一种新型恒功率超级电容器快速充电机设计

2.2 电流电压双闭环控制回路

本设计中采用双闭环的结构实现充电电流和充电电压的控制，使用ST公司的UC3844A控制芯片。UC3844A是一款高性能电流型PWM控制器，其内部结构如图6所示；内部有一个误差放大器和电流放大器可以方便地组建电流电压双闭环，在实际使用中，为了具有更快的响应速度，可略去误差放大器，使用电压调整器TL431和光耦PC817构成电压反馈。电流环通过使用LEM公司的电流传感器LAH 25-NP来组建。



双闭环电路原理图如图7所示，Vs是来自LEM霍尔电流传感器LAH 25-NP输出的电压测量信号，通过一阶滤波环节后进入电流反馈端，即图中电流比较器的负端。VO 48 V来自功率部分的输出，由于TL431最大只能稳压到36 V，故需要对经典TL431稳压电路进行部分修改，以满足48 V稳压要求。在TL431的3脚(即K极)引入24 V稳压管D4_Z1，TL431的端电压约为24 V，从而可在安全工作区内正常稳压工作。PC817实现电气上的隔离，并通过输出电压Vce稳压。当超级电容电压接近48 V时，PC817输出电流Ic增大，则Vce减小，同时进入UC3844补偿端1脚的信号减小，相应输出PWM占空比也减小；当超级电容电压超过48 V时，UC3844补偿端1脚拉低，PWM关断，起到过压保护的作用。



3 整机调试

实验设计了最大功率为1 kW的超级电容充电样机，实验测试表明，对BMOD0165(额定48 V、165 F)超级电容模组充电时间约为5 min。图8为电路中的关键工作波形，其电压为30 V、充电电流约为10 A的充电波形。从上至下依次是Vds、Vpri、PWM信号和开关管峰值电流波形。由于缓冲电路的作用，使得波形干净无杂波，基本没有电压尖峰。Vpri负电压有一定变形，但是不影响电路性能。



本文研究了超级电容的充放电特性，分析了快速充电的方法，设计并实现了快速充电样机，试验表明充电时间短，达到了应用要求。