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由图4可知，超级电容单体在充电电流为3A~8A时保持比较高的充电效率,之后，随着电流强度的增大，损耗在相应电阻上的功率也随之增大,充电效率逐渐下降。

根据上面的结果，我们采用L4970A芯片构成相关的充电电路对超级电容进

行充电，如图5所示，该电路可以提供10A的恒流充电电流，其输出电压由电阻R7和R9确定。

L4970A是ST公司推出的第二代单片开关稳压器，具有输出电流大，输入电压范围宽，开关频率高等特点，具有很高的充电效率。市电220V通过整流滤波之后输出35V的直流电压，随后通过图5所示电路。如图所示，C1和C2为输入端滤波电容，C3、C4分别为驱动级启动端和Vref端的滤波电容。R1和R2构成复位输入端的电阻分压器，C5为软启动电容，C6为复位延迟电容。C8和R3构成误差放大器的频率补偿网络，C7则用于高频补偿。R4和C9分别为定时电阻和定时电容。C10为自举电容。续流二极管VD采用MBR2080型（20A/80V）的肖特基二极管。C11和R5构成吸收网络，R6为复位输出端的内部晶体管的集电极电阻。C12~C14为输出端滤波电容，并联三只相同的220μF/40V的电解电容以降低其等效电感。

L4970A芯片的输出电压设定为10.8V，其输出电阻R7由下式确定：，其中R9=4.7K，令Uo=10.8V，则R7=5.25K，取标称值5.1K。

超级电容的充电的时间根据公式，其中C为超级电容的额定容量，dv为超级电容的电压变化，I为超级电容的充电电流，t为充电时间。故超级电容阵列的充电时间为（充电电流为10A的情况下）

3.2 稳压输出电路

由于代替的蓄电池模块的输出电压为12V，而超级电容的电压为10.8V，且随着超级电容工作不断放电，其两端的电压将不断降低，当超级电容释放储能的50%的能量时, 其端电压将下降到初始电压的70%。因此需要相应的升压控制电路避免由于超级电容阵列电压的降低影响负载的正常运行,提高超级电容储能的利用率。

图6 稳压输出电路

我们采用MAXIM公司的升压型dc/dc芯片MAX668。MAX668具有很宽的输入输出电压范围，它可以将3~12V的输入电压升高到12V输出，同时，由于其采用了低至100mV的电流检测电压和MAXIM公司特有的空闲模式，转换效率高达90%以上，具有最高1A的电流输出能力，升压电路如图6所示。

MAX668为固定频率，电流反馈型PWM控制器，内部采用双极型CMOS多输入比较器，可同时处理输出误差信号、电流检测信号和斜率补偿信号，由于省去了传统的误差放大器，从而抑制了由误差放大产生的相移。MAX668能够驱动多种类型的N沟道MOSFET,这里选择的是FDS6680。由于芯片工作在100 kHz 以上的高频状态，所以二极管D1应选取可高速关断的肖基特二极管，本文选择的是MBR5340T3。

超级电容以4个串联，2组并联的方式构成。每个超级电容的能量输出为

其中，为芯片的最低启动电压。

故超级电容阵列的能量总输出为，超级电容阵列的容量为

本超级电容替代模块的容量为10Ah，最大输出电流为1A，若要扩大其应用范围只需要改变超级电容的串并联数量和相应的芯片即可。

四、总结

由于容量的限制, 电容的作用一直被限制在滤波、耦合、谐振等方面。随着超级电容的发展，其应用范围得到不断拓宽。本文介绍了一种替代蓄电池的超级电容储能模块，通过合理地设计充电和稳压电路，该模块的能量输出可达到59200J,具有稳定性好，转换效率高等特点。通过matlab软件计算本文充电电路的电流与效率之间关系，并确定最佳的充电电流范围。随着超级电容耐压的提升、容量的扩大和价格的降低，相应的小功率储能模块具有很好的应用前景。

关键词： 模块 设计 储能 电容 蓄电池 超级 替代