1 导言
丈量仪器、数据收集体系、伺服体系以及机器人等重要单元或要害部件需在非正常掉电时进行状况记载和必要的体系装备，运用电池往往因为长时刻浮充致使寿数削减，且需定时替换。超级电容器(SupercaPACitor)兼有惯例电容器功率密度大、充电电池比能量高的长处，可进行高功率快速充放电，且可长时刻浮充，在大电流充放电、充放电次数，寿数等方面优于电池，正在开展成为一种新式、高效、有用的能量贮存设备，是介于充电电池和电容器之间的一种新式动力器材。本文选用超级电容器规划了高效、大电流Boost 掉电后备电源。
2 超级电容容量和拓扑的选取
该电源完结短时掉电维护，其装备需求优化，即选用尽量小的电容容量取得尽量长的运用时刻。选用Buck 结构，功率会有所提高，但会有较大的电容电荷不能运用;选用升降压结构的Buck-Boost 发生的反压直接运用会有困难;选用高频变压器阻隔的拓扑，在经济性、功率、功率密度等方面均有必定约束;综上，本文选用了可使电容容量较为合理非阻隔升压拓扑，首要技术指标如下：超级电容电压可用规模3V-5V,最大输入电流18A~20A,输出电压+5V@5A,坚持时刻10 秒。因为掉电维护时刻较短，功率元件降额运用不用太严苛。
超级电容作为储能元件，在正常情况下，该规划由5V 电源供电，并一起给超级电容进行充电。当外接电源掉电后，体系的一切供电需求均由超级电容完结。在此规划中超级电容部分是由两个耐压值为2.7V,容值为220F 的电容串联组成，为了到达较好的均压作用，运用了两个1M 的电阻对两支超级电容进行均压。
3 后备电源主功率规划
3.1 主功率拓扑的规划
主功率电路的拓扑结构选用的是Boost 升压电路，电路如图1 所示，首要包含超级电容，boost 拓扑以及LC 滤波三个部分。
Boost 功率拓扑中，电感和MOSFET 接受的电流较大，最大可到20 A,有必要考虑MOSFET 的耐流和必要的散热办法。电感值选取应适宜(本文选用2.2uH)，因为在输入电压较低的情况下，需求得到必要的增益，MOSFET 和电感的内阻会影响电压增益，即存在最大占空比，当占空比超越该值时，电压增益反而下降，功率变低，易因电感电流过大，引起电感饱满，然后焚毁MOSFET 或电感。MOSFET需求导通阻抗较小，电感的直流阻抗也需求很小。
LC 滤波部分首要包含电感与电容，可经过试验挑选滤波级数。本规划选用0.9uH 的电感作为滤波电感，滤波电容由2200uF 和0.1uF 的并联。
图 1 主功率电路原理图
图 2 操控驱动原理图
3.2 驱动操控规划
驱动操控选用UCC2813,开关频率为100K,如图2 所示，由该芯片的输出Gate1 直接驱动MOSFET.
图 3 关断电路的原理图
4 牢靠关断电路规划
使命完结后能牢靠下电，即下电电压敏捷且是单调下降的，关断电路的原理如图 3 所示，首要包含TL431 基准电路，LM339 运放比较电路两部分，经过检测超级电容两头电压，与设定及比较，构成滞环，完结电路的输出堵截，图中滞环比较器在电容电压小于3. 5V 时电路关断。
5 试验成果
在输出为满载 5A 和空载的条件下测验，输出与操控占空比波形、电压纹波以及关断电压波形别离如图4、图5 和图6 所示，电压管段波形如图7 所示。
图 4 空载输出波形，电压平均值为5.0V(左)满载输出波形，电压平均值为 4.98V(右)。
图 5 空载时，输出电压波形(2)和占空比波形(1)(左)满载时，输出电压波形(2)和占空比波形(1)(右)。
图 6 空载时，输出电压纹波波形(左)满载时，输出电压纹波波形(右)。
图7 电压关断时的波形。
输出空载时，电压为5.0V,纹波峰-峰值50mV;输出电流5A 时，电压安稳，为4.98V,在完好作业期间纹波峰-峰值为150mV,负载调整率小于1%,占空比调理安稳;关断电路作业正常，可瞬间关断输出，波形单调，不发生振动，超级电容从5V 下降至3.5V,可供设备以5A 继续供电10s,满意规划要求。
6 定论
本文介绍了一种掉电后备电源的规划，选用超级电容作为储能元件可长时刻浮充，大电流放电，提高了运用寿数;选用升压型拓扑，优化了超级电容容量装备，可在5V@5A 条件下，继续作业10s,并在%&&&&&%因欠压停止作业时，可敏捷关断输出，输出电压单调下降，不发生振动，满意了大多数设备的需求。
