一种新型恒功率超级电容器快速充电机设计

2 硬件系统设计

　　本设计拟对Maxwell公司的产品BMOD0165(额定电压为48 V，额定容值为165 F)超级电容模组进行充电，系统结构如图3所示。硬件系统由单相整流电路、双管正激变换器、电流电压检测反馈电路及保护电路等部分组成。系统首先将单相220 V交流电经过整流滤波后得到直流电压，然后通过双管正激变换器实现降压，并在电气上实现输入输出的隔离。引入电流反馈环节，通过峰值电流控制实现恒功率充电。

　　2.1 双管正激电路

　　双管正激电路[5]是一种可靠的DC-DC电路，广泛使用于低压大电流场合中，双管正激拓扑如图4所示。如果电路工作在CCM方式，假定MOS开关管Q1、Q2漏源电容电压为零，则漏源电压就能瞬时变化。如图5所示，Vgs1、Vgs2是MOS管栅源驱动信号，两者时序相同，即Q1、Q2同时开通、同时关断。

t0~t1：t0时刻，Q1、Q2同时开通，变压器T1原边电压为直流母线电压Vdcin，设变比为1：n，则副边电压为Vdcin×n，电压极性不变。输出电流线性增大，经过副边整流管D3、扼流圈后进入超级电容。扼流圈存储能量，此时，开关管电流is1、is2由副边反射电流和励磁电流组成，且线性增大。

　　t1~t2：Q1、Q2同时关断，变压器T1原边电流经过原边续流二极管D1、D2进入母线，变压器磁芯复位，此时变压器主侧电压为-Vdcin，则副边电压为-Vdcin×n，电压极性不变。Q1、Q2开关管漏源两端电压Vds1、Vds2为Vdcin。此时，副边整流管D3截止，扼流圈电流通过续流管D4续流，输出电流线性减小，进入超级电容。扼流圈释放能量，此时，开关管电流is1、is2减小到0。

　　t2~t3：t2时刻，原边续流管关断，续流结束，变压器磁芯复位，变压器T1原边电压为零。此时，Q1、Q2漏源两端电压Vds1、Vds2为Vdcin/2。副边续流仍继续，t3时刻续流副边续流结束，下一个驱动高电平到来，开关管Q1、Q2开通。进入下一个开关周期。

　　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。