一、产品概述

在现代工业控制、物联网终端、边缘计算等领域，设备供电的连续性至关重要。主电源的瞬时中断或波动可能导致数据丢失、系统异常甚至设备损坏。为此，我司推出了一款小型超级电容UPS电源，以法拉电容（超级电容）串联模组为核心储能单元，结合高效的DC-DC功率变换电路和专业的过压保护方案，为各类低压直流设备提供稳定、可靠的短时间不间断备用供电。

该产品在用户主电源正常时，通过降压型DC-DC恒流充电电路为超级电容模组充电储能；当主电源掉电时，超级电容模组中储存的能量经升压型DC-DC电路稳定升压至12V或24V输出，为用户系统提供不间断电源，确保关键操作完成或数据安全保存。

得益于超级电容的固有优势，本产品具有使用寿命长、体积小、绿色环保、使用安全等显著特点，是传统电池UPS的理想替代方案。

二、系统工作原理

图1  系统工作原理框图 

本产品由四大核心模块构成：超级电容储能模组、降压型DC-DC恒流充电模块、升压型DC-DC放电模块以及BW6101过压保护模块。各模块协同工作，构成完整的能量存储与转换链路。正常工作时，外部DC电源经Buck充电电路为电容模组恒流充电；主电源掉电时，电容模组中储存的能量经Boost升压电路稳定输出12V或24V，实现不间断供电切换。

2.1  超级电容串联模组

产品核心采用多颗法拉电容（超级电容）串联构成储能模组。通过串联连接，有效提升电容模组的整体工作电压，满足后级升压电路的输入需求。超级电容兼具传统电容器的高功率密度和蓄电池的高能量密度，具有以下突出优势：

• 超长循环寿命：充放电循环次数可达50万次以上，远超传统锂电池的几百至几千次，从根本上解决了UPS频繁更换电池的维护痛点。

• 极速充放电：超级电容内阻极低，可在数秒至数分钟内完成充放电，响应速度远快于化学电池。

• 宽温域工作：工作温度范围可达-40°C至+70°C，适应严苛的工业及户外环境，无传统电池低温性能衰减的问题。

• 体积小巧：能量密度高，在同等储能需求下，体积远小于传统蓄电池方案，适合空间受限的安装场景。

• 绿色环保：不含重金属和有害化学物质，符合RoHS标准，无需特殊回收处理，对环境友好。

2.2  降压型DC-DC恒流充电模块

充电部分采用降压型（Buck）DC-DC恒流充电架构，恒定充电电流为1A，充电电路最高可接受32V的输入电压。其设计特点如下：

• 恒流精准控制：采用恒流模式为超级电容模组充电，确保充电过程平稳可控。1A的充电电流兼顾了充电速度与电容安全性，在保证较快充满的同时延长模组使用寿命。

• 宽输入电压适配：Buck降压架构最高可接受32V输入电压，可适配工业现场常见的24V直流母线或适配器输出，经降压后为电容模组安全充电。

• 高效率转换：同步整流Buck拓扑转换效率高，有效降低充电过程中的热损耗，提升系统整体能效。

• 智能充电管理：充电模块内置充满检测与自动截止功能，当电容模组电压达到设定阈值时自动停止充电，防止过充。

2.3  升压型DC-DC放电模块

放电部分采用升压型（Boost）DC-DC变换电路，将超级电容模组中储存的能量稳定升压至12V或24V进行输出，最大输出电流达5A。该模块的最低输入电压为6V，能够充分利用法拉电容模组中储存的能量，最大程度延长有效放电时间。其核心设计包括：

• 稳压输出：无论超级电容模组电压如何随放电过程下降，升压电路均能将输出电压稳定在设定的12V或24V，确保后端设备获得稳定的供电电压。

• 大电流输出能力：最大5A的输出电流可覆盖绝大多数低压直流负载的供电需求，包括工控主板、传感器集群、通信模块等。

• 低输入电压设计：最低输入电压仅6V，使升压电路能够在电容模组电压较低时仍持续工作，充分榨取电容中储存的剩余能量，提升能量利用率。

• 高效升压转换：采用高性能升压拓扑与低导阻MOSFET，在满载条件下仍保持高转换效率，减少发热并提升续航时长。

• 多重输出保护：输出端具备过流保护、短路保护及过温保护功能，确保异常工况下负载与电源本体的安全。

2.4  BW6101过压保护模块

超级电容串联使用时，由于各单体电容的容量和内阻存在固有差异，充电过程中容易出现单体电压不均衡的问题——部分电容可能过压，长期过压将导致电容性能衰减甚至损坏。为彻底解决这一难题，本产品在法拉电容模组中集成了BW6101过压保护电路，可以充分保护法拉电容单体不过压，保障电容模组安全。

BW6101是专为超级电容串联均压保护设计的专用芯片，其核心功能包括：

• 单体过压检测与旁路：当某颗电容电压超过设定保护阈值时，BW6101自动启动旁路泄放回路，将多余电流旁路，使该单体电压钳位在安全范围内。

• 低静态功耗：在正常工作状态下，BW6101静态功耗极低，不会对系统待机功耗和电容自放电造成显著影响。

• 高可靠性设计：采用成熟的集成电路工艺，具备宽工作温度范围和高抗干扰能力，适用于工业级应用场景。

三、产品核心特点

相较于传统电池UPS方案，本产品在多个维度具有显著优势：

综合来看，本产品在寿命、温度适应性、充电速度、体积和安全环保等方面全面领先于传统电池UPS方案，尤其适合要求高可靠性、长寿命和免维护的应用场景。

四、典型应用场景

本产品适用于各类需要短时间不间断备用供电的低压直流设备，典型应用场景包括：

• 工业自动化控制：为PLC、DCS系统、工业网关等关键设备提供断电保护，确保生产数据不丢失、控制系统安全停机。

• 物联网终端节点：为远程部署的物联网传感器、数据采集终端提供备用电源，应对电网波动和临时断电。

• 边缘计算与服务器：为边缘计算网关、微型服务器提供断电续航，支撑数据持久化与安全关机流程。

• 汽车电子：为车载电子控制单元（ECU）、行车记录仪等提供瞬时备用供电，应对车辆电源瞬断。

• 通信基站与设备：为小型通信设备、中继节点提供备用供电保障，减少因断电导致的通信中断。

• 智能仪表与测控设备：为智能电表、流量计等现场仪表提供断电数据保存所需的短时供电。

五、技术参数

六、产品列表

备注：输入电压输出电压可以根据用户需求进行调整，12V输出可以调整为12V-24V，24V输出可以调整为24-30V，电压调整后，最高输出电流要相应降低，以确保输出总输出功率保持不变

七、总结

我司小型超级电容UPS电源以超级电容串联模组为储能核心，结合降压恒流充电（最高输入32V、1A恒流）、升压稳压放电（12V/24V输出、最大5A、最低输入6V）及BW6101专业级过压保护技术，构建了一套高效、安全、长寿命的短时间备用供电解决方案。

相较于传统电池UPS，本产品在循环寿命、温度适应性、充电速度、体积和安全环保等方面具有显著优势，且得益于BW6101的逐单体均压保护设计，电容模组的安全性与使用寿命得到了充分保障。当主电源掉电时，产品可为用户系统提供短时间的不间断电源输出，确保关键操作完成或数据安全保存。

无论是工业现场的断电保护、物联网终端的供电续接，还是边缘计算设备的安全关机，本产品都能提供稳定可靠的备用供电，是传统电池UPS的理想替代方案。我们期待与各行业客户深入合作，共同推动绿色、高效、长寿命储能供电技术的应用与发展。

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