利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法

摘要

本发明涉及一种利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法，包括：电池开启电源，向所述轻武器火力控制系统供电；设置于供电电路中的可变电流控制器根据微处理器的检测结果切换至低电流控制模式；电池通过设置于供电电路中的稳压二极管预充超级电容器；微处理器将升压转换器切换到升压量较低的第一升压状态，同时将可变电流控制器切换到高电流控制模式；电池通过稳压二极管和处于第一升压状态的升压转换器继续对超级电容器充电；微处理器将升压转换器切换到升压量较高的第二升压状态；电池继续对超级电容器充电直至充满；微处理器将可变电流控制器切换至中电流控制模式，此后所述电池和所述超级电容器联合放电以释放瞬时大功率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种供电方法，尤其是涉及一种利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法。

背景技术

通常，为了便于携带，轻武器火力控制系统只由一个电池驱动，并且系统的主控板和红外处理板必须在电池的最大连续放电电流范围内被驱动。火力控制系统还必须能够向需要瞬时大功率的设备供电，需要瞬时大功率的情况包括例如驱动激光测距仪模块以及在最大脉冲放电电流范围内引信装定器的能量存储等等。

例如，瞬时大功率需要电池向系统连续供应1.5安的平均电流的情况下，供应至少0.5秒的时间，并且每5秒的周期内供应一次。达成这一目的的办法是使用具有足够高容量的电池或能够补偿瞬时高电流的超级电容器。

因此，由电池驱动且便携的轻武器系统稳定供电的最合适方法是设计出一种具有电池和超级电容器联合体的供电方法

但是，这一办法会造成以下问题：当电池給电容器初始充电时，需要电池产生过电流，这将对电池造成损害。也会对轻武器火控系统中的其他电子元器件造成损害。

因此，现有的使用电池和超级电容器联合体的供电方法采用电流限制电路来防止超级电容器初始充电时产生的过电流。然而，为了防止过电流的发生，当前的电流限制电路将电流限定为一固定的电流值而不顾系统的供电状况。因此，不能有效使用系统电能，从而导致超级电容器充电时间延长。

尤其是，在轻武器火力控制系统中，驱动激光测距仪模块、红外遮光器以及和引信装定器的快速能量存储都需要更精确地功率控制，超级电容器的充电时间缩短也尤为重要，因此在轻武器火力控制系统中，有效利用系统电能这一问题更加重要。

特别是，在为了最小化整个系统的尺寸而只使用一个电池驱动的轻武器火力控制系统中，需要电源向负载稳定地提供所需电压，然而所需电压几倍甚至几百倍于电池电压。因此，还需要有一个能够升压电池电压的升压转换器和超级电容器以有效提供瞬时大功率。

然而在实践中，例如在一个激光测距仪模块之类的负载在几毫秒内需要数百伏电压的情况下，如果超级电容器被通过升压转换器预先升压的电池电压充满，则会产生一个很高的初始涌入电流，这将会对超级电容器和其他元器件带来重创。考虑到升压转换器的平均效率是80-85％，这还会导致充电效率降低的问题。

为此，有人提出了采用双步充电法来解决上述问题，即对超级电容器采用两次充电，首先直接用电池对超级电容器进行充电，随后再通过升压转换器对超级电容器进行充电。这种方法能够在保持超级电容器较高充电效率的基础上，减小涌入电流造成的损害。

然后实践中发现，上述方法还是存在电能利用率低，超级电容器充电时间不够迅速等缺陷。

发明内容

因此，为了解决现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种供电方法，特别提供一种由电池驱动的轻武器火力控制系统以及类似轻武器火力控制系统的供电方法，其中，供给超级电容器的有限电流值可以使用微处理器根据系统的电力状况而变化，超级电容器初始充电时产生的涌入电流的影响可以被最小化，且充电效率获得提高。

尤其是，本发明的供电方法对超级电容器采用三步充电法，且可变电流控制器可以控制电流根据需要连续变化，因此能最大限度地利用电能，提高超级电容器的充电效率，减小涌入电流产生的危害。

为达到上述目的，本发明提供一种利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法，其中，所述供电方法包括以下步骤：

步骤一、电池开启电源，向所述轻武器火力控制系统供电；

步骤二、设置于供电电路中的可变电流控制器根据微处理器的检测结果切换至低电流控制模式；

步骤三、电池通过设置于供电电路中的稳压二极管预充超级电容器至电压达到电池电压的0.5倍左右；

步骤四、微处理器将升压转换器切换到升压量较低的第一升压状态，同时将可变电流控制器切换到高电流控制模式；

步骤五、电池通过稳压二极管和处于第一升压状态的升压转换器继续对超级电容器充电至电压达到电池电压的3倍左右；

步骤六、微处理器将升压转换器切换到升压量较高的第二升压状态；

步骤七、电池通过稳压二极管和处于第二升压状态的升压转换器继续对超级电容器充电直至充满；

步骤八、微处理器将可变电流控制器切换至中电流控制模式，此后所述电池和所述超级电容器联合放电以释放瞬时大功率。

进一步地，本发明所述的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述负载包括引信装定器或遮光器驱动电路。

进一步地，本发明所述的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述负载为激光测距仪模块。

进一步地，本发明所述的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述可变电流控制器包括两种电流控制模式：低电流控制模式和高电流控制模式。

进一步地，本发明并所述的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述可变电流控制器的低电流控制模式中将电流控制在80毫安～100毫安之间，而在高电流控制模式中将电流控制在0.5安培～0.6安培之间。

进一步地，本发明所述的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述可变电流控制器包括三种电流控制模式：低电流控制模式、中电流控制模式和高电流控制模式。

进一步地，本发明所述的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述可变电流控制器的低电流控制模式中将电流控制在80毫安～100毫安之间，在中电流控制模式中，将电流控制在0.2～0.3安培之间，而在高电流控制模式中将电流控制在0.5安培～0.6安培之间。

进一步地，本发明所述的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述轻武器火力控制系统的电池的电压为9v。

进一步地，本发明所述的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述可变电流控制器为可供所述电池和负载之间的电路系统的电流限定值连续变化的控制器。

为达到上述目的，本发明还提供了一种利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法，其中，所述供电方法包括：

步骤一、电池开启电源，向所述轻武器火力控制系统供电；

步骤二、设置于供电电路中的连续可变电流控制器根据微处理器的检测结果切换至低电流控制模式；

步骤三、电池通过设置于供电电路中的稳压二极管预充超级电容器，同时连续可变电流控制器的电流限定值由低到高逐渐增加，直到超级电容器的电压与电池电压相当，此时连续可变电流控制器的电流限定值介于0.3安培～0.4安培之间；

步骤四、微处理器将升压转换器切换到升压量较低的第一升压状态；

步骤五、电池通过稳压二极管和处于第一升压状态的升压转换器继续对超级电容器充电至电压达到电池电压的2倍左右；

步骤六、微处理器将升压转换器切换到升压量较高的第二升压状态；

步骤七、电池通过稳压二极管和处于第二升压状态的升压转换器继续对超级电容器充电直至充满；

步骤八、微处理器保持连续可变电流控制器的电流限定值介于0.3安培～0.4安培之间，且所述电池和所述超级电容器联合放电以释放瞬时大功率。

根据本发明提供的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法，使用可变电流控制器，或者使用连续可变电流控制器，并且系统中超级电容器的电力状态被实时检测，从而根据所检测的结果切换可变电流控制器的限定值，由此，限制电流值可以变化，从而在电池的连续放电电流的有限范围内，可以向系统稳定地分三次向超级电容器供电。此外，在超级电容器充电的过程中，电力控制微处理器实时监测超级电容器的充电电压，同时首先通过稳压二极管向电容器充电，并且当超级电容器所充电压达到电池电压的0.5倍时，通过升压转换器的升压量较低的第一升压状态继续向所述超级电容器充电至达到电池电压的3倍，随后再将超级电容器充至最终电压。因此，与利用升压转换器从开始直接充至最终电压以及通过两步充压达到最终电压相比，涌入电流的影响可以被最小化，超级电容器的充电效率提高。

附图说明

图1为现有的轻武器火力控制系统的供电装置的结构示意图；

图2为根据本发明的一个实施方式的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法所用装置的结构示意图；

图3为根据本发明的另一个实施方式的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法所用装置的结构示意图；

图4为根据本发明的一个实施方式的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明进行详细的描述。

图1显示了用于提供瞬时大功率的常用供电方法的构造，由电池2供应的电能被提供至负载5、超级电容器6和其他电器设备1。在提供給负载5和超级电容器6的电流值被设定为电流限制电路3进行电流限定值，其中通常由其他电器设备5消耗的最大电流值被排除在电池1的最大脉冲放电电流之外。因此，超级电容6通过升压转换器4被充满。如上所述，当负载5需要瞬时大功率时，被充电的超级电容6可以辅助电池2，由此向负载5供应瞬时大电流。

图2显示了一种基于本发明的轻型武器火力控制系统的供电设备的构造。供电方法首先包括电池1，其用于向所述轻武器火力控制系统供电，换言之，电池1既向负载6供电，又向超级电容器供电。电池1同时还向其他电器元件或电路板供电。

在电池1与负载6之间的连接电路上，还设有可变电流控制器3，其与所述电池连接，用于控制所述电池输出的电流根据需要变化。可变电流控制器3能够根据需要条件从电池1输出的电流的大小。例如，如果电池1初始向超级电容器供电，则可变电流控制器3将电流控制在一较低的值，而随着超级电容器中电量的增加，超级电容器的电压也逐渐增大。当超级电容器的电压增大至电池电压的0.5倍时，可变电流控制器3将切换电流限定值至一较高的值，此时升压转换器4同时启动，并切换至第一升压状态。电池1通过较高的电流值和处于第一升压状态的升压转换器4的升压作用继续向超级电容器充电，直到将超级电容器的电压充至电池电压的3倍左右。当微处理器检测到超级电容器的电压达到电池电压的3倍时，控制升压转换器4切换到第二升压状态。电池1通过较高的电流值和处于第二升压状态的升压转换器4的升压作用继续向超级电容器充电，直到将超级电容器充满为止。超级电容器放电时，微处理器将可变电流控制器切换至电流限定量处于中间的中电流控制模式，这样既能增加超级电容器的充电效率，又能降低充电过程中的涌入电流，降低涌入电流对系统中电子元器件造成的伤害。

供电方法中还包括应用微处理器2，其与所述可变电流控制器和设置在所述可变电流控制器和负载之间的升压转换器4连通，用以检查所述轻武器火力控制系统供电状况和超级电容器的实时电压，并且控制所述可变电流控制器和所述升压转换器的开关。微处理器2监测轻武器火力控制系统供电状况主要是指监测电池1为电路系统提供的电流值，以免发生过电流现象伤害电池本身。而微处理器2监测超级电容器的实时电压，则是为了了解超级电容器的充电状况。当检测到超级电容器已经预充电到其电压值与电池的电压值的0.5倍相当时，则微处理器2通知可变电流控制器切换电流限制值至一较高的值，并开启升压转换器4处于第一升压状态，以继续向超级电容器5充电，直至超级电容器5被充电至达到电池电压的3倍。

超级电容器5，其一端设置在所述电池和所述负载之间的电路上，且与所述升压转换器4连通，另一端接地，所述超级电容器5可以接受电池1充电。在超级电容器5被充满之后，超级电容器5可以与电池1一起向负载放电，从而使得负载6获得瞬时大功率。例如，在轻武器的射击模式下，引信装定器要在每5秒产生持续500毫秒的7.5W瞬时高功率；遮光器驱动电路要在用于红外零点校正时产生持续300毫秒的7.5W的瞬时高功率；当驱动激光测距仪模块时，激光测距仪模块需要持续100毫秒的300V电压和大约25毫安电流。而本发明的设计均能够满足所述诸如引信装定器、遮光器驱动电路或者激光测距仪模块之类的负载需要的瞬时大功率。

本发明所述的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述可变电流控制器包括两种电流控制模式：低电流控制模式和高电流控制模式。电池1对超级电容器5初始充电时，可变电流控制器采用低电流控制模式，而当超级电容器5的电压与电池电压的0.5倍相当时，可变电流控制器切换为高电流控制模式。

本发明所述的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述可变电流控制器包括三种电流控制模式：低电流控制模式、中电流控制模式和高电流控制模式。在这种情况下，电池1对超级电容器5初始充电时，可变电流控制器采用低电流控制模式，而当超级电容器5的电压与电池电压的0.5倍相当时，可变电流控制器切换为高电流控制模式。而当电池1和超级电容器5联合放电时，可变电流控制器切换到中电流控制模式，以即使在瞬时大功率的情况下，也保持系统电流稳定。防止大电流对系统中的电器元件造成伤害。

本发明的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述微处理器包括监控模块和控制模块，所述监控模块用于检查所述轻武器火力控制系统供电状况和超级电容器的实时电压，而所述控制模块用于控制所述可变电流控制器和所述升压转换器的开关。

本发明的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述超级电容器为多个串联在一起的子电容器。多个串联在一起的子电容器可以以较低的成本实现较高的电压。

在本发明的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述激光测距仪模块和所述超级电容器5之间还可以设有稳压二极管7(如图3所示)，稳压二极管7设置在诸如激光测距仪、引信装订器之类的负载和超级电容器之间，是为了减小电流泄露，以及为了保持系统电路稳定。

在本发明所述的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述升压转换器5与所述微处理器相连，并接受所述微处理器的开关控制。

在本发明所述的利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法中，所述可变电流控制器3为可供所述电池和负载之间的电路系统的电流连续变化的控制器。这样所述可变电流控制器3可以根据微处理器的指示，随时控制电路的电流限定值符合需要。作流程如图4所示：电能由电池1向系统供电；可变电流控制器3限定一较低电流提供给系统；超级电容5首先由电池的低电流充电；超级电容器5由稳压二极管充电至与电池1的电压相当的预定电压。如果超级电容已达到预定电压，微处理器2将升压转换器4开启，同时可变电流控制器3从低电流控制模块切换到高电流控制模块，超级电容通过升压转换器4再次充电，直到将超级电容器5充满；可变电流控制器3从高电流控制模块切换到低电流控制模块，超级电容器5和电池11联合将电压提供给需要大功率的负载。

步骤一S1、电池1开启电源，向所述轻武器火力控制系统供电。

步骤二S2、设置于供电电路中的可变电流控制器3根据微处理器的检测结果切换至低电流控制模式；通常低电流控制模式中将电流控制在80毫安～100毫安之间。

步骤三S3、电池通过设置于供电电路中的稳压二极管预充超级电容器至电压达到电池电压的0.5倍左右(步骤S4)；

步骤四S5、微处理器将升压转换器切换到升压量较低的第一升压状态，同时将可变电流控制器切换到高电流控制模式；而在高电流控制模式中通常将电流控制在0.5安培～0.6安培之间

步骤五S6、电池通过稳压二极管和处于第一升压状态的升压转换器继续对超级电容器充电至电压达到电池电压的3倍左右(步骤S7)；

步骤六S8、微处理器将升压转换器切换到升压量较高的第二升压状态；

步骤七、电池通过稳压二极管和处于第二升压状态的升压转换器继续对超级电容器充电直至充满(步骤S9)；在轻武器火力控制系统中，超级电容其的充满电压一般在50v以上，甚至可能会达到300v。

步骤八步骤S10、此后所述电池和所述超级电容器联合放电以释放瞬时大功率(步骤S11)。瞬时大功率可以达到10w。

在步骤八中，微处理器还可以将可变电流控制器切换至中电流控制模式，在中电流控制模式中，通常将电流控制在0.2～0.3安培之间。

本发明还提供了另外一种利用超级电容器的轻武器火力控制系统的供电方法，其中，所述供电方法包括：

步骤一、电池开启电源，向所述轻武器火力控制系统供电；

步骤二、设置于供电电路中的连续可变电流控制器根据微处理器的检测结果切换至低电流控制模式；

步骤三、电池通过设置于供电电路中的稳压二极管预充超级电容器，同时连续可变电流控制器的电流限定值由低到高逐渐增加，直到超级电容器的电压与电池电压相当，此时连续可变电流控制器的电流限定值介于0.3安培～0.4安培之间；

步骤四、微处理器将升压转换器切换到升压量较低的第一升压状态；

步骤五、电池通过稳压二极管和处于第一升压状态的升压转换器继续对超级电容器充电至电压达到电池电压的2倍左右；

步骤六、微处理器将升压转换器切换到升压量较高的第二升压状态；

步骤七、电池通过稳压二极管和处于第二升压状态的升压转换器继续对超级电容器充电直至充满；

步骤八、微处理器保持连续可变电流控制器的电流限定值介于0.3安培～0.4安培之间，且所述电池和所述超级电容器联合放电以释放瞬时大功率。

在这种方法中，可变电流控制器的电流限定值变化是连续的，更有利于对系统电能的利用，以及充电放电过程中的平稳性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。