一种基于Type3型补偿器的超级电容组及其控制器

技术领域

本发明涉及机器人电池技术领域，特别适用一种基于Type3型补偿器的超级电容组及其控制器

背景技术

发明内容

本专利正是基于现有技术的上述需求而提出的，本专利要解决的技术问题是，在电源输出功率受限制的情况下，给出一种超级电容组及其控制器，能够平滑补偿机器人需要远超出电源输出功率下的应用场景，如紧急功率补充和高峰功率需求等，并利用超级电容的储能能力，实现了多余动能回收利用，提高了电源的使用效率。
本专利还利用外置隔离电源的方法使得超级电容控制器的上侧功率管能够常开，降低了功率管的导通损耗，进一步提高了电源使用效率。
本专利提供的技术方案包括：超级电容组和超级电容控制器。
所述超级电容组包括11个超级电容单体和过压保护电路。
进一步地，所述超级电容单体为2.7V，50F，单体之间通过串联形成电容组，理论最大能量2004J，充电至2.65V，最终电压29.15V，理论能量1931.1875J；
所述过压保护电路由BW6101超级电容保护芯片及其外围电路组成。
所述超级电容控制器包括采集模块，MCU控制模块，通信模块，功率模块和辅助电源模块。
所述MCU控制模块对接收的数据进行处理，输出PWM信号控制功率模块调节输出并通过通信模块将必要数据传输至机器人控制系统。
所述功率模块为Buck-Boost双向DCDC变换器，包括八个MOSFET功率开关管，一个电感，两个栅极驱动器和一个隔离电源模块。
所述通信模块包括CAN通信和UART串口通信，所述MCU控制模块通过所述CAN接口接入机器人CAN总线，与机器人控制系统新型数据交换；所述UART串口通信将与上位机相连接，传输必要调试数据并显示波形帮助调试。
所述采集模块包括电压采集模块和电流采集模块，对所述功率模块和超级电容组进行电压和电流采样，并送至所述MCU控制模块的ADC输入通道。
所述辅助电源模块包括两个Buck降压DCDC电路，一个LDO降压电路，一个高精度电压基准源和一个隔离电源模块。
进一步地。所诉电压采集模块使用运算放大器搭建的采集电路，将采集的电压信号进行缩小。所述运算放大器选用ADI
公司的
进一步地，所述电流采集模块使用电流感应放大器，型号为德州仪器的INA240。
进一步地，所述MCU控制模块包括单片机及其外围电路。所述单片机为ST公司的STM32G474RET6。所述外围电路包括去耦电容，高速外部晶振和复位电路。
进一步地，所述CAN通信包括CAN收发器及其外围电路，所述CAN收发器选用TJA1044。所述外围电路包括去耦电容，信号线匹配电阻和CAN终端电阻。
进一步地，所述串口通信包括USB转UART芯片及其外围电路，所述USB转UART芯片选用CH340K。所述外围电路包括退耦电容和信号线匹配电阻。
进一步地，所述辅助电源模块的LDO降压电路主要为MCU控制模块和高精度电压基准源提供电力，所述Buck降压DCDC电路第一个为24V转12V，为功率模块中的栅极驱动器和辅助电源模块中的隔离电源模块提供电源；第二个Buck降压DCDC电路为24V转5V，为LDO和通信模块中的CAN收发器和USB转UART芯片提供电源。