1 引言　　

測量儀器、數(shù)據采集系統(tǒng),、伺服系統(tǒng)以及機器人等重要單元或關鍵部件需在非正常掉電時進行狀態(tài)記錄和必要的系統(tǒng)配置,，使用電池往往由于長期浮充致使壽命減少，且需定期更換,。超級電容器（Supercapacitor）兼有常規(guī)電容器功率密度大,、充電電池比能量高的優(yōu)點，可進行高效率快速充放電,，且可長期浮充,，在大電流充放電、充放電次數(shù),，壽命等方面優(yōu)于電池,，正在發(fā)展成為一種新型、高效,、實用的能量儲存裝置,，是介于充電電池和電容器之間的一種新型能源器件。本文采用超級電容器設計了高效,、大電流Boost 掉電后備電源,。　　

2 超級電容容量和拓撲的選取　　

該電源實現(xiàn)短時掉電保護,，其配置需要優(yōu)化,，即采用盡量小的電容容量獲得盡量長的使用時間。采用Buck 結構,，效率會有所提高,，但會有較大的電容電荷不能利用；采用升降壓結構的Buck-Boost 產生的反壓直接利用會有困難；采用高頻變壓器隔離的拓撲,，在經濟性,、效率、功率密度等方面均有一定限制,；綜上,，本文采用了可使電容容量較為合理非隔離升壓拓撲，主要技術指標如下：超級電容電壓可用范圍3V-5V,最大輸入電流18A~20A,輸出電壓+5V@5A,保持時間10 秒,。由于掉電保護時間較短,，功率元件降額使用不必太苛刻?！　?/p>

超級電容作為儲能元件,，在正常情況下，該設計由5V 電源供電,，并同時給超級電容進行充電,。當外接電源掉電后,，系統(tǒng)的所有供電需求均由超級電容完成,。在此設計中超級電容部分是由兩個耐壓值為2.7V,容值為220F 的電容串聯(lián)組成，為了達到較好的均壓效果,，使用了兩個1M 的電阻對兩支超級電容進行均壓,。　　

3 后備電源主功率設計　　

3.1 主功率拓撲的設計　　

主功率電路的拓撲結構采用的是Boost 升壓電路,，電路如圖1 所示,，主要包括超級電容，boost 拓撲以及LC 濾波三個部分,?！　?/p>

Boost 功率拓撲中，電感和MOSFET 承受的電流較大,，最大可到20 A,必須考慮MOSFET 的耐流和必要的散熱措施,。電感值選取應合適（本文選用2.2uH），由于在輸入電壓較低的情況下,，需要得到必要的增益,，MOSFET 和電感的內阻會影響電壓增益，即存在最大占空比,，當占空比超過該值時,，電壓增益反而下降，效率變低,，易因電感電流過大,，引起電感飽和，從而燒毀MOSFET 或電感。MOSFET需要導通阻抗較小,，電感的直流阻抗也需要很小,。

LC 濾波部分主要包括電感與電容，可經過試驗選擇濾波級數(shù),。本設計選用0.9uH 的電感作為濾波電感,，濾波電容由2200uF 和0.1uF 的并聯(lián)。

圖 1 主功率電路原理圖

3.2 驅動控制設計　　

驅動控制采用UCC2813,開關頻率為100K,如圖2 所示,，由該芯片的輸出Gate1 直接驅動MOSFET,。

4 可靠關斷電路設計　　

任務完成后能可靠下電，即下電電壓迅速且是單調下降的,，關斷電路的原理如圖 3 所示,，主要包括TL431 基準電路，LM339 運放比較電路兩部分,，通過檢測超級電容兩端電壓,，與設定及比較，形成滯環(huán),，完成電路的輸出切斷,，圖中滯環(huán)比較器在電容電壓小于3. 5V 時電路關斷。