使用自動電池均衡技術為電容器充電的方法和系統的製作方法
2023-12-01 10:36:36 2
專利名稱：使用自動電池均衡技術為電容器充電的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電能供給電路領域，特別涉及一種為串聯的電容元件，如雙電 層電容器，進行充電的方法和電路。
背景技術：
雙電層電容器作為電子儲能領域最新的創新之一，在眾多領域中，如大容 量儲能和功率分配，都得到了應用。與傳統的電容器相比，這種新的組件能夠 承受更高的能量密度以及功率密度。雙電層電容器基於雙層電容技術製造以提 高其電荷密度。但是，雙電層電容器的最高電壓卻相對較低。為了達到可接受 的功率轉換效率，必須將多個雙電層電容元件或電池串聯以支持在較高的工作 電壓下的操作。
由於單個的電容器的電壓取決於其電荷數，並且可能互不相同，因此，由 串聯的電容器單元組成的雙電層電容器系統需要一個用於對單個電容器單元上 的電壓進行平均的均壓電路。傳統上，所述均壓電路包括與所述電容器單元並 聯的無源電阻或穩壓二極體。然而這種均壓電路將會帶來較大的能量損耗。
有源的電壓均衡技術需要使用降壓/升壓變換器、逆向變換器或者運算放大器電 路來實現。然而，這種對電容器單元進行有源的電壓均衡需要的電路過於複雜。 因此，期待著設計一種簡單高效的充電電路為串聯的電容器單元充電，以 提供電壓自動均衡。
發明內容
本發明提供了一種為電容器模塊充電的電路，所述電容器模塊包括串聯連 接的第一電容元件和第二電容元件。例如，所述第一電容元件和第二電容元件可以為雙電層電容器。所述電路包括輸入節點，用於接收輸入信號；輸出節點，所述輸出節點與所述電容器模塊相連；第三電容元件，所述第三電容元件能連接到所述輸入節點和所述輸出節點；第一開關電路和第二開關電路，所述第一開關電路和第二開關電路與所述第三電容元件相連；電壓感應器，用於確定所述第一電容元件的第一電壓與所述第二電容元件的第二電壓之間的關係，以便於根據所述電壓之間的關係分別控制第一開關電路和第二開關電路的切換。
在本發明的實施例中，第一開關電路包括第一組開關元件，第二開關電路包括第二組開關元件；振蕩器與所述開關元件相連，所述振蕩器用於生成第一時鐘信號和第二時鐘信號；所述第一時鐘信號用於控制第一組開關元件的切換；所述第二時鐘信號與所述第一時鐘信號異相，用於控制第二組開關元件的切換。
例如，所述電壓感應器可以確定第一電壓和第二電壓的差值來控制振蕩器，以當第一電壓低於第二電壓時，提高所述第一時鐘信號的佔空比；當第一電壓高於第二電壓時，降低所述第一時鐘信號的佔空比。
可選的，所述電壓感應器也可以確定第一電壓與第二電壓之間的比率來控制振蕩器，以當所述比率低於預設值時，提高所述第一時鐘信號的佔空比；當所述比率高於預設值時，降低所述第一時鐘信號的佔空比。
在本發明的實施例中，當第一時鐘信號位於第一邏輯電平時，第一組開關元件關閉；當第一時鐘信號位於第二邏輯電平時，第一組開關元件打開。當第二時鐘信號位於第一邏輯電平時，第二組開關元件關閉；當第二時鐘信號位於第二邏輯電平時，第二組開關元件打開。
比較器，用於通過比較輸出節點的輸出電壓與參考電壓來控制振蕩器防止當輸出電壓達到參考電壓時，第一組開關元件和第二組開關元件進行切換。與輸入節點連接有輸入電流驅動電路，用於控制從所述輸入節點流入的輸入電流，以使所述輸入電流在第一時鐘信號的各個相位均基本保持恆定。所述
輸入電流驅動電路包括電流源；
第一電流反射鏡電路，所述第一電流反射鏡電路連接於所述電流源和輸入節點之間；
第二電流反射鏡電路，所述第二電流反射鏡電路連接於輸入節點和第三開關元件之間；
第三電流反射鏡電路，所述第三電流反射鏡電路連接於輸入節點和第一開關元件之間。
在本發明的一個實施例中，第一組開關元件包括
第 一開關元件，所述第 一開關元件連接於第三電容元件和所述輸入電流驅動電路之間；
第二開關元件，所述第二開關元件連接於第三電容元件和接地點之間。第二組開關元件包括
第三開關元件，所述第三開關元件連接於輸入電流驅動電路和位於第一電容元件和第二電容元件之間的普通節點之間；
第四開關元件，所述第四開關元件連接於第三電容元件和輸出節點之間；第五開關元件，所述第五開關元件連接於第三電容元件和所述普通節點之間。
在本發明的另一個實施例中，所述第一組開關元件包括
第 一開關元件，所述第 一開關元件連接於第三電容元件和輸入電流驅動電路之間；
第二開關元件，所述第二開關元件連接於第三電容元件和接地點之間。所述第二組開關元件包括
第三開關元件，所述第三開關元件連接於所述輸入電流驅動電路和第三電容元件之間；
第四開關元件，所述第四開關元件連接於第三電容元件和輸出節點之間；第五開關元件，所述第五開關元件連接於第三電容元件和位於第一電容元件和第二電容元件之間的普通節點之間。
在本發明提供的方法中，用一個充電電路為一個電容裝置充電，所述充電電路包括第三電容元件，所述電容裝置包括串聯的第一電容元件和第二電容元件。所述方法包括提供第一時鐘信號和第二時鐘信號；所述第一時鐘信號用於控制第一開關電路的切換，所述第二時鐘信號與所述第一時鐘信號異相，用於控制第二開關電路的切換。當所述第一開關電路處於第一切換狀態，並且所述第二開關電路處於第二切換狀態時，第三電容元件由輸入端為其充電。當所述第一開關電路處於第二切換狀態，並且所述第二開關電路處於第一切換狀態時，第一電容元件由所述第三電容元件為其充電，並且第二電容元件由輸入端為其充電。確定第一電壓和第二電壓的關係，以改變所述第一時鐘信號的佔空比，所述第一電壓為第一電容元件的電壓，所述第二電壓為第二電容元件的電壓。
特別的，可以確定所述第一電壓和第二電壓之間的差值，以當所述第一電壓低於所述笫二電壓時，提高所述第一時鐘信號的佔空比，及當所述第一電壓高於所述第二電壓時，降低所述第一時鐘信號的佔空比。
可選的，可以確定所述第一電壓和第二電壓的比率，以當所述比率低於預設值時，提高所述第一時鐘信號的佔空比，及當所述比率高於預設值時，降低所述第一時鐘信號的佔空比。
通過接下來詳細的描述，本發明的其他技術特徵和效果對於本領域技術人員將是顯而易見的，本發明所提供的實施例，僅是闡述本發明的最佳實施方式。本發明可應用於其他不同的實施例中，在所述其他的實施例中，在不背離本發明實質的情況下，可以容許在細節方面做出各種容易想到的變化和替換。相應的，附圖和
應被視為對本發明的示例性闡述，而不應視為對本發明應用的限制。
結合附圖，並通過以下的詳細描述，可以對本發明的具體實施得以完全理解，需要說明的是，以下附圖並非是完全按照實際比例製作，而只是為了更好
的闡述本發明的相關技術特徵，其中圖1為本發明的一種實施例；圖2為本發明的另一種實施例；
圖3 (a)至圖3 (c)為流經被充電電容的電流的示意圖。
具體實施例方式
本發明以對一對串聯的電容器進行充電的特定實施例為例進行闡述。顯而易見，本發明可以應用於為任何具有串聯電容器的電容裝置充電的任何電路。
如圖l所示，顯示了充電電路100用於為串聯的電容器C1和C2充電的一
個示例。例如，所述電容器C1和C2可以為基於雙層電容技術製造的雙電層電
容器。所述充電電路IOO包括:輸入節點Vin，所述輸入節點Vin與輸入電源供
給相連，用於接收輸入電壓Vin;輸出節點Cout,所述輸出節點Cout用於提供
由輸入電壓Vin產生的、經調整後的輸出電壓。電容器Cl和C2連接至所述輸出節點Cout。例如，輸出節點Cout與電容器Cl連接，電容器C2與電容器C1並聯連接。在Cl和C2之間可以提供一個普通節點Cx。
所述充電電^各100可以包括電容器C3;開關S1、 S2、 S3、 S4和S5與所述電容器C3相連；振蕩器102,所述振蕩器102用於產生向上述開關提供的時鐘信號CLK和CLKB,以控制所述開關的切換。CLK和CLKB可以由彼此之間異相的數字周期脈衝波生成。在下面更詳細的描述中，在短暫的消隱期中，CLK和CLKB可以同時位於<氐電平。
特別的，時鐘信號CLK被提供於第一組開關，所述第一組開關包括開關S1和S2， CLKB被提供於第二組開關，所述第二組開關包括開關S3、 S4和S5。當CLK位於高電平時，開關S1和S2閉合；當CLK位於低電平時，開關Sl和S2斷開。當CLKB位於高電平時，開關S3、 S4和S5閉合；當CLKB位於低電平時，開關S3、 S4和S5斷開。
另外，所述充電電路100還包括滯後的比較器104,所述比較器104的輸出端與振蕩器102連接。比較器104用於感應輸出節點Cout的電壓值，並將所述電壓值與參考電壓VREF相比較，所述參考電壓VREF可由一個參考電壓源(圖中未顯示)提供。選取參考電壓VREF以為所述充電電路100設定了 一個門限值。當輸出節點Cout的電壓達到所述門限值時，比較器104的輸出端可為低電平以向振蕩器102提供ST0P信號，從而避免所述振蕩器102產生時鐘信號CLK和CLKB，阻止開關S1至S5的切換。當輸出節點Cout的電壓低於所述門限值時，比較器104可產生低電平的輸出信號RUN，以促使產生CLK和CLKB時鐘信號，實現開關Sl至S5的切換。
電阻串，所述電阻串包括電阻R1， R2和R3，所述電阻串被設置於輸出節點Cout和接地點之間。比較器104的反相輸入端與電阻R2和R3之間的節點^連接。參考電壓VREF從比較器104的正相輸入端提供給所述比較器104。
進一步的，所述振蕩器102的輸入端連接有運算放大器106。所述運算放大器106的正相輸入端與介於電容器Cl和C2之間的普通節點Cx相連，反相輸入端與電阻Rl和R2之間的節點相連。例如，電阻Rl的阻#_與電阻R2和R3的阻值之和相等，以使運算放大器106的反相輸入端的電壓與輸出節點Cout電壓的一半相等，從而實現電容C1的電壓VI與電容器C2的電壓^相等。可選的，可以通過預設一個電阻比率R來獲得電壓^和電壓^之間所期望的電壓比率
11 = / ，其中，i = _L，式中《、^和^分別為電阻R1、 R2和R3的阻值。
F2 及2+及3 12，
更進一步的，運算放大器106決定電壓^和^的關係並相應的調整時鐘信號CLK的佔空比。例如，當《-^ + A時，所述運算放大器106決定電壓p;和^之間的差值並調節時鐘信號CLK的佔空比，以使得K和^相等。可選的，當設定預設電阻比率R時，運算放大器106決定電壓比率^/^並相應地調整時鐘信號CLK的佔空比，以使所述電壓比率v^達到期望值R。
所述充電電i 各100還包括可編程電流源108，所述可編程電流源108與電流反射鏡M1， M2和M3相連，所述電流反射鏡Ml, M2和M3與輸入節點Vin相連。在時鐘信號CLK周期的各個相位，電流反射鏡M1， M2和M3通過控制輸入電流Iin，以減小輸入電壓源Vin可能產生噪聲的電壓波動。除了短暫的消隱期中，電流反射鏡Ml, M2和M3提供的輸入電流Iin在時鐘信號CLK周期的各個相位均保持恆定。例如，電流反射鏡M1可以為場效應電晶體(FET);電流反射鏡M2和M3可以為有效柵極寬至長構成的區域為Ml的有效柵極寬至長構成的區域M倍的場效應電晶體。從而提供介於M2/M3和Ml之間電流增益M。
如圖l所示的實施例中，開關S1連接於電流反射鏡M3和電容器C3之間，開關S2連接於電容器C3和接地點之間，開關S3連接於電流反射鏡M2與普通節點Cx之間，開關S4連接於電容器C3與輸出節點Cout之間，開關S5連接於電容器C3與普通節點Cx之間。
當開關S1和S2閉合，並且開關S3、 S4和S5斷開時，輸入電流Iin從輸入節點Vin流入，經過電流反射鏡M3和開關Sl，為電容器C3充電。同時，電流從電容器C3，流經開關S2至地。
當開關S3、 S4和S5閉合，並且開關S1和S2斷開時，輸入電流Hn從輸入節點Vin流入，經過電流源M2、開關S3、電容器C3和開關S4為輸出端電容器C1和C2充電。同時，直接在電容C3和輸出端電容器C1之間通過開關S4和S5也發生了電荷的轉移。
穩定狀態下，在每個時鐘周期內，當開關S1和S2閉合，電容器C3上增加的電荷數c/込《與開關S3、 S4和S5閉合時，從電容器C3轉移至電容器C1上的電荷數相等。特別地，
"込％="込7= ^ = ^*/*。其中
c/込r為開關S3、 S4和S5閉合時，從電容器C3轉移走的電荷數；
"G為轉移至電容器C1上的電荷數；
《為開關Sl和S2在每個時鐘周期內閉合的時間長度；
MW相當於在時間^內，流經電流反射鏡M3的平均電流(其中M為電流反射鏡M3的乘積因子，I為輸入至M3的電流)。
在每個時鐘周期中，當開關S3、 S4和S5閉合時，轉移至電容器C2的電荷數為d込，
^為開關S3、 S4和S5在每個時鐘周期內閉合的時間長度；M"相當於在時間 內，流經電流反射鏡M2的平均電流(其中M為電流反射鏡M2的乘積因子，I為輸入至M2的電流)。
穩定狀態下，如果電阻R1的阻值與電阻R2和R3的阻值之和相等，則電容器C1上的電壓^與電容器C2上的電壓^相等。另夕卜，在每個時鐘周期內，電容器Cl上的電壓變化量JF;與電容器C2上的電壓變化量^^相等
其中q和q分別為電容Cl和C2的電容值。
相應的，& = & C2
因此，開關S1和S2在每個時鐘周期內閉合的時間長度^與開關S3、 S4和S 5在每個時鐘周期內閉合的時間長度、的比率由電容C1和C2的電容值的比率所確定。
如上所述，運算放大器106監測電壓V1和V2的關係，並相應調整時鐘信號CLK的佔空比，所述佔空比確定了時間長度^與《的比率。因而，電壓V1和
V2之間的所欲得到的關係得以建立。
特別的，要使電壓F;和電壓^相等，可以使電阻R1的阻值與電阻R2和R3的阻值之和相等，以使節點Cx和與其相連的運算^:大器106的反相輸入端的電壓均為輸出節點Cout電壓的一半。當電容器Cl上的電壓^低於電容器C2上的電壓^時，節點Cx上的電壓將高於輸出節點Cout電壓的一半。相應的，運算放大器106將產生輸出信號用於控制振蕩器102，以提高時鐘信號CLK的佔空比。所述時鐘信號CLK佔空比的提高將導致在時間長度^內電容器C3上增加的電荷總量^込,的相應提高。因此，在、時間內從電容器C3轉移至電容器C1上的電荷總量^G-de^也相應提高，而在^時間內從輸入節點Vin轉移至電容器C2上的電荷總量d込減少。因此，電壓^增加的速率將低於電壓F;,直至電壓^與^達到相等。
當電容器C1上的電壓^高於電容器C2上的電壓^時，節點Cx上的電壓將 低于于輸出節點Cout上電壓的一半。相應的，運算放大器106將產生輸出信號 用於控制振蕩器102,以降低時鐘信號CLK的佔空比。當所述時鐘信號CLK佔空 比的降低時，在,Jt間內電容器C3上增加的電容總量&h的相應減少。在《時間 內從電容器C3轉移至電容器Cl上的電荷總量dg = "23,也相應減少，而在^時間 內從輸入節點Vin轉移至電容器C2上的電荷d込增加。因此，電壓V2增加的速 率將高於電壓K,直至電壓^與^達到相等。
可選的，除了使電壓F;和J^相等，充電電路IOO還可以確立一個合適的電壓
比率* = / 。在這種情況下，阻值A、及2和/ 3可以通過下式選定 h丄。
穩定狀態下，電容器C1和C2的電壓比率等於R。另外，根據下式，在每個 時鐘周期內，電壓K的變化量^與相應的電壓&的變化量的比值也等於R,
￡/K2 盤，
c2
當VI和V2的電壓比率低於預設值R時，與運算放大器106正相輸入端連 接的節點Cx上的電壓將高於與所述運算放大器106反相輸入端相連的節點^ (介於電阻R1和R2之間)的電壓。相應的，運算放大器106的輸出控制振蕩 器102,以提高時鐘信號CLK的佔空比。所述時鐘信號CLK佔空比的提高將導致 在^時間內電容器C3上增加的電荷總量c/込,的相應提高。因此，在^時間內從電容器C3轉移至電容器C1上的電荷總量^0=^込，也相應提高。而在、時間內從輸 入節點Vin轉移至電器容C2上的電荷c/込減少。因此，電壓^增加的速率將低 於電壓^，直至它們的比率V^2等於R。
當^和r2的電壓比率高於預設值R時，節點Cx上的電壓將低於節點的電 壓。相應的，運算放大器106將產生輸出信號用於控制振蕩器102，以降低時鐘 信號CLK的佔空比。當所述時鐘信號CLK佔空比的降低時，在^時間內電容器 C3上增加的電荷c/込,的相應減少。在、時間內從電容器C3轉移至電容器Cl上的 電荷(/Q = ^/込，也相應減少。而在 時間內從輸入節點Vin轉移至電容器C2上的 電荷d込增加。因此，電壓F,增加的速率將高於電壓F;，直至它們的比率VJV2 等於R。
如圖2所示，為本發明的另一種實施例，其中，充電電路200用於為串聯 的電容器C1和C2充電，所述充電電路200具有與圖1所示的充電電路100相 似的電子元件。但是，在充電電路200中，開關S3連接於電流反射鏡M2和電 容器C3之間，而不是如圖l所示連接於電流反射鏡M2和普通節點Cx之間。
由振蕩器102產生的CLK信號被輸送給開關Sl和S2以控制其切換，由所 述振蕩器102產生CLKB信號^皮輸送給開關S3、 S4和S5以控制其切換。當CLK 信號位於高電平時，開關S1和S2閉合；當CLK信號位於低電平時，開關Sl和 S2斷開。當CLKB信號位於高電平時，開關S3、 S4和S5閉合；當CLKB信號位 於低電平時，開關S3、 S4和S5斷開。
當開關S1和S2閉合，開關S3、 S4和S5斷開時，輸入電流Iin從輸入節 點Vin流入，經過電流反射鏡M3和開關S1，為電容器C3充電。並且，電流從 電容C3，流經開關S2至接地點。當開關S3、 S4和S5閉合，開關Sl和S2斷開 時，輸入電流Iin從輸入節點Vin流入，經過電流反射鏡M2、開關S3、電容器
17C3和開關S4為輸出端電容器C1和C2充電。同時，直接在電容器C3和電容器 C1之間通過開關S4和S5發生了電荷的轉移。當開關S3/S4/S5閉合時，流經電 容器C3的總電流與流經電容器C1的電流相等。另外，流經電容器C2的電流與 輸入電流Iin相等。
穩定狀態下，在每個時鐘周期內，當開關S1和S2閉合，電容器C3上增加 的電荷c/込,與開關S3、 S4和S5閉合時，從電容器C3轉移至電容器C1上的電荷
數相等。特別地，
J込x =必w = = ，其中
d込，為開關S3、 S4和S5閉合時，從電容器C3轉移走的電荷數；
"G為轉移至電容器Cl上的電荷數；
《為開關Sl和S2在每個時鐘周期內閉合的時間長度；
M"相當於在時間^內，流經電流反射鏡M3的平均電流(其中M為電流反 射鏡M3的乘積因子，I為輸入至M3的電流)。
在各時鐘周期中，當開關S3、 S4和S5閉合時，轉移至電容器C2的電荷數 為艱，
af込-M"""其中
、為開關S3、 S4和S5在每個時鐘周期內閉合的時間長度； MV相當於在時間 內，流經電流反射鏡M2的平均電流(其中M為電流反 射鏡M2的乘積因子，I為輸入至M2的電流)。
在穩定狀態下，如果電阻R1的阻值與電阻R2和R3的阻值之和相等，則電 容器C1上的電壓^與電容器C2上的電壓^相等。另外，在每個時鐘周期內，電 容器Cl上的電壓變化量^與電容器C2上的電壓變化量J^相等
q 2 C2其中C,和q分別為電容Cl和C2的電容值。 相應的，& =
因此，開關S1和S2在每個時鐘周期內閉合的時間長度^與開關S3、 S4和 S5在每個時鐘周期內閉合的時間長度、的比率由電容器Cl和C2的電容值的比
率所確定。
充電電路200的工作模式與充電電路100相似。具體的，可以通過選定電 阻Rl、 R2和R3的阻值來使電容器Cl上的電壓K與電容器C2上的電壓P^相等， 或者在所述電壓之間達到一個期望的比率。運算放大器106監測電壓^和^的關 系，並相應調整時鐘信號CLK的佔空比，直到電壓p;和^達到期望的關係。
圖3a-3c顯示了分別流經電容器Cl和C2的電流/。和/ 的示例波艱另外 圖3a-3c還提供了從輸入節點Vin流出的電流Iin和流經輸出端電容器Cl和C2 的電流Iout。時鐘信號CLK和CLKB確定了時間間隔^ (此時在每個時鐘周期內 開關S1和S2閉合)和、(此時在每個時鐘周期內開關S3、 S4和S5閉合)。特 別的，時間間隔^相當於時鐘信號CLK處於高電平時tl時刻至t2時刻之間的間 隔；時間間隔、相當於時鐘信號CLKB處於高電平時t3時刻至t4時刻之間的間
隔。時鐘信號CLK與CLKB之間相互異相。但是在每個時鐘周期裡在t2時刻至 t3時刻及t4時刻至tl時刻之間，會有短暫消隱期，此時，時鐘信號CLK與CLKB 均處於低電平。在所述消隱期中，開關S1至S5均處於斷開狀態以防止輸入電 壓Vin或電容器C3至接地點的電壓或輸出節點Cout短路。除了所述消隱期， 輸入電流Iin均^皮控制保持恆定。
圖3&顯示了當^=~時，分別流經電容器C1和C2的電流4和^;
圖3 b顯示了當時間間隔^小於時間間隔、時的電流/c!和/c 2;
圖3 c顯示了當時間間隔^大於時間間隔~時的電流/c,和/c 2 。在時間間隔^和^期間，輸入電流Iin都等於MW;在時間間隔 期間流經 輸出電容器C2的電流/^也等於M葉在時間間隔 期間流經輸出電容C1的電流 的平均值/。為
少
可控制振蕩器102以限定時鐘信號CLK和CLKB的佔空比，例如，至大約25% 至大約75%之間的間隔。限定時鐘信號CLK和CLKB的佔空比可以避免開關沒有 足夠的時間達到充分閉合狀態的情況，或者通過開關的電流超過了所述開關的 最大允許電流的情況，或者電容器的電流超過了所述電容器的最大允許電流的 情況。
時鐘信號CLK可以在時鐘信號CLKB的整個時鐘周期內保持低電平，時鐘信 號CLKB也可以在時鐘信號CLK的整個時鐘周期內保持低電平。例如，如果電容 器C1或。之一出現漏電現象，而另一電容卻沒有出現，此時就需要將時鐘信 號CLK和CLKB的佔空比調整至接近100%或0%以在電容器Cl和C2上保持相等 的電壓。如上所述，為了避免特定的情況，時鐘信號CLK和CLKB的小佔空比或 大佔空比並不合適。因此，允許時鐘信號CLK或CLKB中的一種在另一種時鐘信 號的整個時鐘周期內保持低電平還是有益的。
以上的敘述圖解和描述了本發明的各個方面。並且，本發明只顯示和介紹 了優選的實施例，^f旦正如前面所述，可以理解的是，本發明可以應用於其它多 種組合、改進和環境中，且可以在不違背此處所述的本發明的精神下進行與上 述描述和/或相關領域的技術或知識相當的變形、改進。
上文所述的實施例只是為進一步的解釋如何實施本發明，以使本領域其它
要的改裝後的實施例。相應的，本文所述不應被視作對本發明在形式或規格上的限制，所附權利 要求理應包括經本發明所能推導出的所有可供選擇的實施例。
權利要求
1、一種為電容器模塊充電的電路，所述電容器模塊包括串聯連接的第一電容元件和第二電容元件，其特徵在於，所述電路包括輸入節點，用於接收輸入信號；輸出節點，所述輸出節點與所述電容器模塊相連；第三電容元件，所述第三電容元件能連接到所述輸入節點和所述輸出節點；第一開關電路和第二開關電路，所述第一開關電路和第二開關電路與所述第三電容元件相連；電壓感應器，用於確定所述第一電容元件的第一電壓與所述第二電容元件的第二電壓之間的關係，以便於根據所述關係分別控制第一開關電路和第二開關電路的切換。
2、 根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，還包括振蕩器，用於產生第一時鐘信號和第二時鐘信號；所述第一時鐘信號用於 控制第一開關電路的切換；所述第二時鐘信號用於控制第二開關電路的切換。
3、 根據權利要求2所述的電路，其特徵在於，所述電壓感應器用於確定所 述第 一 電壓與所述第二電壓之間的差值。
4、 根據權利要求3所述的電路，其特徵在於，所述電壓感應器用於控制所 述振蕩器以當第一電壓小於第二電壓時，增加所述第一時鐘信號的佔空比，及 當第一電壓大於第二電壓時，減少所述第一時鐘信號的佔空比。
5、 根據權利要求2所述的電路，其特徵在於，所述電壓感應器用於確定所 述第 一 電壓與所述第二電壓之間的比率。
6、 根據權利要求5所述的電路，其特徵在於，所述電壓感應器用於控制所 述振蕩器以當所述比率小於預設值時，增加所述第一時鐘信號的佔空比，及當 所述比率大於預設值時，減少所述第一時鐘信號的佔空比。
7、 根據權利要求2所述的電路，其特徵在於，第一開關電路包括第一組開 關元件，第二開關電路包括第二組開關元件。
8、 根據權利要求7所述的電路，其特徵在於，當第一時鐘信號位於第一邏 輯電平時，所述第一組開關元件閉合；當第一時鐘信號位於第二邏輯電平時， 所述第一組開關元件斷開。
9、 根據權利要求8所述的電路，其特徵在於，第二時鐘信號為與所述第一時鐘信號異相的信號。
10、 根據權利要求9所述的電路，其特徵在於，當第二時鐘信號位於第一 邏輯電平時，所述第二組開關元件閉合；當第二時鐘信號位於第二邏輯電平時， 所述第二組開關元件斷開。
11、 根據權利要求2所述的電路，其特徵在於，還包括比較器，用於比較輸出節點處的電壓與參考電壓，以防止當輸出電壓達到參考電壓時，第一開關電路和第二開關電路進行切換。
12、 根據權利要求11所述的電路，其特徵在於，所述比較器用於控制所述 振蕩器。
13、 根據權利要求7所述的電路，其特徵在於，還包括 輸入驅動電路，所述輸入驅動電路與輸入節點相連，用於控制從所述輸入節點流入的輸入電流，以保證在第一時鐘信號處於各相位時，所述輸入電流均 基本保持恆定。
14、根據權利要求n所述的電路，其特徵在於，第一組開關元件包括 第一開關元件，所述第一開關元件連接於第三電容元件和輸入驅動電路之間；第二開關元件，所述第二開關元件連接於第三電容元件和接地點之間。
15、 根據權利要求14所述的電路，其特徵在於，第二組開關元件包括 第三開關元件，所述第三開關元件連接於輸入驅動電路和普通節點之間，所述普通節點為第 一 電容元件與第二電容元件之間的節點；第四開關元件，所述第四開關元件連接於第三電容元件和輸出節點之間； 第五開關元件，所述第五開關元件連接於第三電容元件和所述普通節點之間。
16、 根據權利要求15所述的電路，其特徵在於，輸入驅動電路包括 電流源；第 一 電流反射鏡電路，所述第 一電流反射鏡電路連接於輸入節點和所述電 流源之間；第二電流反射鏡電路，所述第二電流反射鏡電路連接於輸入節點和第三開 關元件之間；第三電流反射鏡電路，所述第三電流反射鏡電路連接於輸入節點和第一開 關元件之間。
17、 根據權利要求13所述的電路，其特徵在於，第一組開關元件包括第 一開關元件，所述第 一開關元件連接於第三電容元件和輸入驅動電路之間；第二開關元件，所述第二開關元件連接於第三電容元件和接地點之間。
18、 根據權利要求17所述的電路，其特徵在於，第二組開關元件包括 第三開關元件，所述第三開關元件連接於輸入驅動電路和第三電容元件之間；第四開關元件，所述第四開關元件連接於第三電容元件和輸出節點之間； 第五開關元件，所述第五開關元件連接於第三電容元件和所述普通節點之間，所述普通節點為第 一 電容元件與第二電容元件之間的節點。
19、 根據權利要求18所述的電路，其特徵在於，輸入驅動電路包括 電5危源；第一電流反射鏡電路，所述第一電流反射鏡電路連接於輸入節點和所述電 流源之間；第二電流反射鏡電路，所述第二電流反射鏡電路連接於輸入節點和第三開 關元件之間；第三電流反射鏡電路，所述第三電流反射鏡電路連接於輸入節點和第 一開 關元件之間。
20、 根據權利要求2所述的電路，其特徵在於，振蕩器被控制用於將第一 時鐘信號和第二時鐘信號的佔空比限定於預設範圍內。
21、 根據權利要求2所述的電路，其特徵在於，振蕩器被控制用於將第一 時鐘信號和第二時鐘信號的佔空比限定於從25%至75%之間的範圍內。
22、 根據權利要求2所述的電路，其特徵在於，振蕩器被控制用於使第二 時鐘信號在第一時鐘信號的整個時鐘周期內無效。
23、 根據權利要求l所述的電路，其特徵在於，所述第一電容元件和第二 電容元件為雙電層電容器。
24、 一種通過使用充電電路為電容器模塊充電的方法，所述電容器模塊包 括串聯連接的第一電容元件和第二電容元件，所述充電電路包括第三電容元 件，第一開關電路和第二開關電路，其特徵在於，所述方法包括提供第一時鐘信號和第二時鐘信號，所述第一時鐘信號用於控制第一開關 電路的切換，所述第二時鐘信號與所述第一時鐘信號異相，用於控制第二開關 電路的切換；當第一開關電路處於第一切換狀態，且第二開關電路處於第二切換狀態時，第三電容元件從輸入端充電；當第一開關電路處於第二切換狀態，且第二開關電路處於第一切換狀態 時，第一電容元件通過第三電容元件充電，並且第二電容元件從輸入端充電；確定第一電容元件的第一電壓與第二電容元件的第二電壓之間的關係，以 便於根據所述關係調整第一時鐘信號的佔空比。
25、 根據權利要求24所述的方法，其特徵在於，所述確定關係的步驟包括 確定所述第一電壓與所述第二電壓之間的差值。
26、 根據權利要求25所述的方法，其特徵在於，當第一電壓小於第二電壓 時，所述第一時鐘信號的佔空比增加；當第一電壓大於第二電壓時，所述第一 時鐘信號的佔空比減少。
27、 根據權利要求25所述的方法，其特徵在於，所述確定關係的步驟包括 確定所述第一電壓與所述第二電壓之間的比率。
28、 根據權利要求27所述的方法，其特徵在於，當所述比率小於預設值時， 所述第一時鐘信號的佔空比增加，當所述比率大於預i殳值時，所述第一時鐘信 號的佔空比減少。
29、 根據權利要求24所述的方法，其特徵在於，第一時鐘信號和第二時鐘 信號的佔空比被限定於在25%至75%之間的範圍內。
30、 根據權利要求24所述的方法，其特徵在於，第二時鐘信號在第一時鐘 信號的整個時鐘周期內無效。
全文摘要
一種為由串聯電容元件組成的電容器模塊充電的電路包括用於接收輸入信號的輸入節點，與所述電容器模塊相連的輸出節點，能連接到所述輸入節點和所述輸出節點的第三電容元件，以及與所述第三電容元件相連的第一開關電路和第二開關電路；電壓感應器，用於確定所述第一電容元件的第一電壓與所述第二電容元件的第二電壓之間的關係，以根據所述電壓之間的關係分別控制第一開關電路和第二開關電路的切換。
文檔編號H02J15/00GK101540518SQ20091012842
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月12日 優先權日2008年3月12日
發明者何維明, 雯 楊, 沈永國 申請人:凌力爾特有限公司