摘要：为了处理现在国内外遍及运用储能元件存在很多环境污染和寿命短的问题，文中规划完结了一种用于依据PWM的超级电容充电设备。该充电设备包含：通讯设备、转化设备、脉冲调制设备、采样设备、逻辑操控设备、稳压器、LED、超级电容、为超级电容供给的如交流电、电池组、太阳能等能量源，其间转化设备、脉冲调制设备、操控设备、通讯设备完结为超级电容充电信号接纳、操控和转化功用。其间采样设备由采样模块组成，采样模块实时地对超级电容的电压、温度等数据进行采样，并将采样到的数据传送给通讯模块进行数据处理和通讯。脉冲调制设备承受逻辑操控设备传送过来的调制信号，对脉冲的宽度进行调制，终究凭借转化设备完结为超级电容器充电的功用。本文选用的充电形式，完结了充电的低本钱，高效率的特色，能够最大化发挥其充电的功用。
关键词：超级电容;PWM;充电设备;脉冲调制
近年来，跟着人们环保认识的增强，节能型电器产品日益遭到欢迎，但是这些产品的运用都离不开储能元件。现在，国内外遍及运用的储能元件首要是蓄电池，如铅酸蓄电池及镍镉电池等，存在着环境污染和寿命短等问题，而超级电容作为一种新式储能元件给处理上述问题带来了期望。现有储能元件储能技能存在以下缺陷：1)充电速度慢，功用密度低。2)循环运用寿命短，深度充放电循环运用次数少。3)放电电流小，放电才能较差。4)贮存、拆解进程或许构成污染，损坏环境。
1 体系的总体规划
为了对储能元件构成的环境污染等一系列问题进行防备，规划了一款依据PWM的超级电容充电设备，该设备由通讯设备、转化设备、脉冲调制设备、采样设备、逻辑操控设备、稳压器、LED、超级电容、为超级电容供给的如交流电、电池组、太阳能等能量源等组成。与现有技能比较，本体系方案规划具有如下长处：充电速度快，经过测验充电10 s～10min可到达其额外容量的95%以上。循环运用寿命长，没有“回忆效应”。能量转化效率高，电流放电才能较强。功用密度高，而且在出产、运用、贮存以及拆解进程中没有污染，是一个十分环保的技能。而且咱们检测也比较便利，电量能够直接读出来。
体系结构框图如图1所示。
2 软硬件部分规划
2.1 通讯设备规划
通讯设备选用通讯模块，通讯模块是信号通讯的根本单元，信号的的安稳传输是整个体系牢靠性的根本确保。通讯模块通常是一个微型的嵌入式体系，从传输功用上看，通讯模块要进行本地信息搜集和数据处理外，还要对搜集到的信息据进行存储、办理和交融等处理，一起传输到用户手持遥控器。现在收发模块的软硬件技能是通讯研讨的要点。本体系通讯模块由微处理器、存储器、晶振等构成，它包含了特定运用的逻辑。
通讯模块广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁体系、小区传呼、工业数据搜集体系、无线标签、身份辨认、非触摸RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火体系、无线遥控体系、生物信号搜集、水文气象监控、机器人操控、无线232数据通讯、无线485/422数据通讯、数字音频、数字图像传输等范畴中。
在通讯设备中，发射机部分依据直接上变频。要发送的数据先被送入128字节的发送缓存器中，头帧和开始帧是经过硬件主动发生的。所要发送的数据流的每4个比特被32码片的扩频序列扩频后送到DA改换器。然后，经过低通滤波和上变频的混频后的射频信号终究被调制到2.4 GHz，并经扩大后发射出去。
该通讯模块能够完结数据的传输通讯功用，超级电容在运转进程中向采样电路传输数据，咱们经过采样电路对数据进行搜集采样，采样设备将其采样到的超级电容的电压、电流、温度等数据传送给通讯设备，之后通讯设备再将数据传送给逻辑操控设备，通讯设备也能够直接进行与超级电容的通讯。
2.2 脉冲调制设备规划
脉冲调制设备选用脉冲调制模块，脉冲调制模块是依据脉冲宽度调制技能而做成的一种模块，脉冲宽度调制是一种模仿操控办法，其依据相应载荷的改动来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来完结晶体管或MOS管导通时间的改动，然后完结开关稳压电源输出的改动。这种办法能使电源的输出电压在作业条件改动时坚持安稳，是运用微处理器的数字信号对模仿电路进行操控的一种十分有用的技能。
本体系中脉冲调制模块承受逻辑操控设备传送过来的调制信号，脉冲调制设备首要是用于对传输过来的信号进行调制比方脉冲信号，在图中对脉冲的宽度进行调制，咱们能够经过软件编程调理充电脉冲的宽度，然后调理波形的占空比、周期和相位，终究凭借操控单元的转化器完结为超级电容器充电的功用。
2.3 逻辑操控设备块规划
逻辑操控设备选用逻辑操控模块，逻辑操控模块是依据数字电路中常见的逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑异或等逻辑运算所开发的一种实用性较高、被广为运用的模块。逻辑操控模块广泛运用各种数字电路、主动化、plc操控等范畴，与各种操控器、单片机等组合能够充分发挥它的逻辑操控效果，国外的大型厂家都开发过专属自己产品的逻辑操控模块。
本体系中选用了逻辑操控模块，它别离与通讯模块和脉冲调制模块相衔接，在中心起着数据处理、转化的效果。在体系中，咱们在逻辑操控模块中预先写入了相应的逻辑运算函数，比方超级电容的荷电状况与电压构成的函数。在超级电容充放电进程中，通讯模块将电压、温度等一系列数据传送给逻辑操控模块，逻辑操控模块依照必定的逻辑算法经过相应的逻辑运算之后，将逻辑运算成果输出给脉冲调制模块，为脉冲调制做出预备。
2.4 采样设备规划
采样设备选用采样模块，采样模块是依据物理量的采样、数据搜集而规划的一种模块。在模仿量操控体系中，出产进程所处理的都是接连改动的物理量。这些物理量都是经过传感器和变送器的改换而变成的规范的接连改动的物理量如电压、电流等。这些物理量假如要送入计算机、plc等数字量设备里必需求先进行采样，采样之后的物理量变为离散量，然后能够被其他设备等示别。
本体系选用了采样模块，在超级电容充放电的进程中，咱们经过采样模块实时地对超级电容的电压、温度等数据进行采样。采样模块选用轮询的机制守时地检测超级电容器电压、温度，并将采样到的数据传送给通讯模块进行数据处理和通讯。
2.5 转化设备规划
转化设备由转化器构成，转化器是在数字电路、模仿电路中常常运用的设备，首要用于数据、信息的转化。常见的转化器有模/数转化器和数/模转化器。模/数转化器又称A/D转化器，首要用于把模仿量转化为数字量处理。数/模转化器又称D/A转化器，首要用于把数字量转化为模仿量处理。本体系中转化器首要是用于接纳脉冲调制模块所传递过来的信号，而且进行处理。脉冲模块先接纳操控单元传递过来的调制信号，该模块先进行调制，调整适宜的脉冲的脉宽，并将该脉冲信号传送给转化器，转化为超级电容所能处理的物理量，并为超级电容充电。
2.6 能量源规划
能量源能够由交流电、太阳能、风能、生物能、电池组、发动机构成作为电源，经过能量源输出端口为整个充电电路供给能量。一方面，能量源能够经过转化设备将交流电、太阳能、风能等动力转化为直流电进入电路，再经过电路的调理效果为超级电容供电。另一方面，由交流电、太阳能、风能、生物能等能够供给作为电源的能量源能够直接凭借稳压器直接为逻辑操控设备供电。
3 体系功用施行
3.1 体系结构功用
在本施行例中，咱们经过研讨超级电容器的电压、电流等参数以及超级电容充电的剩下容量，提出一种不同充电办法的充电设备。在本体系中，超级电容器能够是一个超级电容组成或许由多个超级电容串联构成。与超级电容衔接的采样设备定时地循环扫描超级电容器，检测超级电容的电压、电流、温度等一系列参数，并把采样到的数据传送给通讯设备，然后把通讯设备中获取的信号反馈给逻辑操控设备。逻辑操控设备承受信号后，经过本身设置好的运算办法，来求出超级电容的剩下容量。咱们预先设定了超级电容在零电压时间充电时的剩下容量1和超级电容在满电压时间充电时的剩下容量2。
3.2 体系充电办法
第一步：先将能量源和超级电容衔接，由能量源为超级电容供给电源。
第二步：采样设备定时地循环扫描超级电容器，检测超级电容的电压、电流、温度等一系列参数，并把采样到的数据传送给通讯设备，然后把通讯设备中获取的信号反馈给逻辑操控设备。逻辑操控设备承受信号后，经过本身设置好的运算办法，来求出超级电容的剩下容量。
第三步：将求出的超级电容的剩下容量与上面说到的超级电容在零电压时间充电时的剩下容量1和超级电容在满电压时间充电时的剩下容量2做出比较，其间剩下容量2>剩下容量1。
第四步：逻辑操控设备依据比较成果计算出超级电容所需求的充电电压和电流等数据，而且宣布调制信号给脉冲调制设备。
第五步：脉冲调制设备承遭到调制信号今后，调整充电脉冲宽度，调理PWM占空比，而且经过转化器为超级电容充电。
第六步：不断重复上述进程，直到超级电容完结充电或许停止充电。
在充电进程中，假如逻辑操控设备求出剩下容量大于超级电容在零电压时间充电时的剩下容量1，逻辑操控设备宣布调制信号C给脉冲调制设备，脉冲调制设备依据承遭到的信号，调整充电脉冲宽度，调理PWM占空比，而且经过转化器为超级电容充电。假如逻辑操控设备求出剩下容量小于剩下容量1而且大于剩下容量2，逻辑操控设备宣布调制信号A给脉冲调制设备，脉冲调制设备依据承遭到的信号，调整充电脉冲宽度，调理PWM占空比，而且经过转化器为超级电容充电。假如逻辑操控设备求出剩下容量大于超级电容在零电压时间充电时的剩下容量1，逻辑操控设备宣布调制信号B给脉冲调制设备，脉冲调制设备依据承遭到的信号，调整充电脉冲宽度，调理PWM占空比，而且经过转化器为超级电容充电。
4 结束语
本文规划的依据PWM超级%&&&&&%充电设备的规划设备具有如下特色：1)充电速度快，充电10 s到10 min可到达其额外容量的95%以上;2)循环运用寿命长;3)电流放电才能强，能量转化效率高，进程丢失小;4)功率密度高，无污染，绿色环保。该设备作业安稳牢靠，本钱低价，合适大范围推行运用。
