CN103647337B - 便携式太阳能笔记本移动电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及便携式太阳能笔记本移动电源，整体电路结构包括主控电路、太阳能MPPT充电系统、锂电池保护电路、大功率升压电路、两个大功率降压电路、输出滤波电路和LCD液晶显示屏，主控电路分别与锂电池保护电路、大功率升压电路、两个大功率降压电路、输出滤波电路及LCD液晶显示屏连接；有益效果：通过全新电路和壳体外形结构设计，提高太阳能移动电源的便携性和实用性；利用最大功率跟踪技术，提高了太阳能电池板给太阳能移动电源的充电效率；采用了自主优化的大功率元器件构成了升、降压电路，具有高效率，可切换电压的输出特性，采用了软硬件双层过充、过放、过流、过温的保护，具有更好的安全性，对太阳能移动电源的设计具有很好的参考意义。

Description

便携式太阳能笔记本移动电源
技术领域
     本发明涉及便携式太阳能笔记本移动电源， 特别涉及一种新型的便携式移动电源。该移动电源可通过太阳能电池板为其补充电能，通过内置的聚合物锂电池保存由太阳能电池板转换的这些能量。该移动电源具有标准的USB插槽（5V/2A输出），4.8/1.7mm大功率DC输出接口（19V、16V、12V/4.5A，9V/1.5A输出），5.5/2.1mm大功率DC输入接口（15-20V/3A），能够智能选择输出电压，为多种手机、笔记本电脑及数码设备进行充电。
背景技术
    随着人们生活水平的不断提高，便携式的数码产品在种类和数量上都越来越多，如手机、平板电脑、数码相机、笔记本电脑、医疗保健设备。这些设备都要用到电池，但这些设备的内置电池总会因为容量太小而不能满足长时间的使用。当出差或旅游时又是这些设备经常在关键时刻电池没有电了，特别是在手机正在打电话时和数码相机正在拍照时。而也不可能把每种设备都配一个备用电池，成本高而且也不方便。基于此，各类移动电源应运而生。
    市面上现有的移动电源产品容量可以做的比较高，单节电池容量可达2500mAh到3200mAh，一般采用聚合物锂离子电芯，普通锂离子电芯的容量和体积成正比。容量再大的移动电源，如果不及时补充电能，由锂电池保存的电能也会用完。如果利用太阳能为移动电源续航，就可避免由于内部锂离子电池没电而造成移动电源无法使用的问题。如果利用太阳能电池板来收集太阳能转换为电能，直接把电能输入到移动电源的充电端，会由于移动电源充电端的输入阻抗和太阳能电池板的输出阻抗不匹配造成太阳能的利用率很低。太阳能电池板的输出阻抗又随着光照的强度和输出电压的变化而变化。所以如果研制太阳能移动电源就必须采用一种新型方法提高太阳能电池板的利用效率，这就是MPPT最大功率跟踪技术。
    当前，各类数码产品汗牛充栋，各类数码产品需要的供电电压也各不相同，为了广泛的适应各类数码产品、笔记本电脑的充电需要，移动电源必须朝着大功率、可调电压方向发展。
    普通移动电源都会有自放电现象，不给其他数码产品充电，自身的电量也会随着时间而减小，这是由于锂离子电芯的静态损耗电流引起的，所以为了提高移动电源的空载保持能力就必须采用高性能的电池管理技术。
    除了应具备高性能的电池管理技术，移动电源的安全性也是研制太阳能移动电源应该受到重视的问题。移动电源在内部一定要具备：过充、过放、短路、过流保护措施。
发明内容
    本发明的目的就是为克服现有技术的不足，提供一种便携式太阳能笔记本移动电源的设计方案，要解决的技术问题包括：(1)设计一种壳体结构，提高太阳能移动电源的便携性和实用性。(2)研究最大功率跟踪技术的原理和最大功率跟踪的电路结构，采用一种新型方法匹配太阳能电池板和移动电源充电端的阻抗，提高太阳能电池板给太阳能移动电源的充电效率。(3)采用高性能的DC-DC电池管理技术，防止因电池的静态工作电流引起的移动电源电量自损失现象，解决太阳能移动电源过充、过放、短路、过流的问题。(4)设计适用于各类数码产品和笔记本电脑的大功率、可调电压的电压变换电路。
    本发明是通过这样的技术方案实现的：便携式太阳能笔记本移动电源，其特征在于，整体电路结构包括主控电路、太阳能MPPT充电系统、锂电池保护电路、大功率升压电路、两个大功率降压电路、输出滤波电路和LCD液晶显示屏，主控电路分别与锂电池保护电路、大功率升压电路、两个大功率降压电路、输出滤波电路及LCD液晶显示屏连接；
     锂电池保护电路分别与MPPT充电管理电路、大功率升压模块、大功率降压模块和锂电池组连接；太阳能MPPT充电系统通过5.5/2.1mm大功率DC输入接口（15-20V/3A）与太阳能电池板连接，通过外径为2.5平方毫米的硅胶线与锂电池保护电路连接；
    所述主控电路由单片机及外围电路构成，采用16位单片机作为主控IC；
主控电路通过测量电池电压、电池保护模块后电压、USB口输出电压、DC输出口电压、DC输入口电压、电池输出电流、USB口输出电流、DC输出口输出电流，对整个系统进行实时监控，在电池保护电路的硬件保护的基础上，进行系统的软件保护；
    主控电路连接两个按键，通过按键控制LED手电灯珠的使能，控制LCD液晶屏幕背光的使能，控制DC输出口的输出电压的切换，控制DC输出口输出电压的使能，
    主控电路通过连接LCD液晶显示屏，显示规定的图像；
    主控电路通过检测电池输出电流、USB口输出电流、DC输出口输出电流，实时判断是否有外接负载，外界负载的大小，既可以起到软件过流保护的目的，又可以随时判断是否有负载，从而智能关机，达到节约电量的目的；
    所述MPPT充电管理电路采用DC开关电源的工作模式，内部包括功率晶体管，内部的模拟-数字转换电路；
    所述锂电池保护电路由过充、过放、过流、过温保护电路构成，锂电池保护电路是连接锂离子电芯与充放电电路的接口，通过两个MOS场效应管对锂离子电芯进行了完全的隔离；
    所述大功率升压模块包括PWM/PFM切换控制电路及二极管、电感、MOS场效应管构成的CMOS升压DC/DC控制器，特别选用了大功率磁环电感与大功率MOS场效应管与二极管，能够稳定的进行最高达85W的放电。升压电路通过控制反馈点接地电阻，可以进行输出电压控制，可以在19V、16V、12V的输出电压之间进行切换；
     两个所述大功率降压模块分别由PWM/PFM切换控制电路及二极管、MOS场效应管构成的CMOS降压DC/DC控制器构成，能够同时输出5V/2A与9V/1.5A，此中降压电路具有自动输出硬件过流保护功能。
     壳体外形结构采用金属外框加塑料中框的结构。
    本发明的有益效果：通过全新电路和壳体外形结构设计，提高太阳能移动电源的便携性和实用性；利用最大功率跟踪技术，提高了太阳能电池板给太阳能移动电源的充电效率；采用了自主优化的大功率元器件构成了升、降压电路，具有高效率，可切换电压的输出特性。采用了软硬件双层过充、过放、过流、过温的保护，使此发明具有更好的安全性。本发明对太阳能移动电源的设计具有很好的参考意义。
附图说明
    图1、本发明的系统结构图；
图2、本发明的应用结构图A；
图3、本发明的应用结构图B。
图中：1、柔性太阳能充电器，2、预置防水接口，3、防水转接线，4、便携式太阳能笔记本移动电源。5、USB转接线，6、手机通用转接头，7、DC转接线，8、笔记本电脑通用转接头，9、手机，10、笔记本电脑，11、适配器，12、家用电插座。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
     如图1至图 3所示，便携式太阳能笔记本移动电源，主控电路由单片机及外围电路构成，采用16位单片机作为主控IC；控电路通过测量电池电压、电池保护模块后电压、USB口输出电压、DC输出口电压、DC输入口电压、电池输出电流、USB口输出电流、DC输出口输出电流，对整个系统进行实时监控，在电池保护电路的硬件保护的基础上，进行系统的软件保护；主控电路连接两个按键，通过按键控制LED手电灯珠的使能，控制LCD液晶屏幕背光的使能，控制DC输出口的输出电压的切换，控制DC输出口输出电压的使能，主控电路通过连接LCD液晶显示屏，显示规定的图像；    主控电路通过检测电池输出电流、USB口输出电流、DC输出口输出电流，实时判断是否有外接负载，外界负载的大小，既可以起到软件过流保护的目的，又可以随时判断是否有负载，从而智能关机，达到节约电量的目的。
    MPPT充电管理电路由所述MPPT充电管理电路采用DC开关电源的工作模式，内部包括功率晶体管和模拟-数字转换电路。
     锂电池保护电路由过充、过放、过流、过温保护电路构成，锂电池保护电路是连接锂离子电芯与充放电电路的接口，通过两个MOS场效应管对锂离子电芯进行了完全的隔离。
大功率升压模块包括PWM/PFM切换控制电路及二极管、电感、MOS场效应管构成的CMOS升压DC/DC控制器，特别选用了大功率磁环电感与大功率MOS场效应管与二极管，能够稳定的进行最高达85W的放电。升压电路通过控制反馈点接地电阻，可以进行输出电压控制，可以在19V、16V、12V的输出电压之间进行切换； 两个所述大功率降压模块分别由PWM/PFM切换控制电路及二极管、MOS场效应管构成的CMOS降压DC/DC控制器构成，能够同时输出5V/2A与9V/1.5A，此中降压电路具有自动输出硬件过流保护功能。
结构件包括壳体，壳体外形结构采用结构件包括壳体，壳体外形结构采用金属外框加塑料中框的结构，以塑料中框为支撑体，电路板安装在塑料中框内，壳体本身，包括上盖、下盖与中间空腔件，在上盖与下盖形成的空腔内收纳有聚合物锂电池和PCB电路板，中间空腔件边缘设有标准的USB插槽（5V/2A输出），4.8/1.7mm大功率DC输出接口（19V、16V、12V/4.5A，9V/1.5A输出），5.5/2.1mm大功率DC输入接口（15-20V/3A），高亮LED灯珠，上盖设有LED手电控制（LED）按键，综合控制（ON/OFF）按键、LCD液晶显示屏，可以方便用户直观地了解电量、当前输出电压等状态。下盖安装有防磨胶粒，方便使用。
本发明包括3块PCB电路板，3块PCB板之间通过插针与线缆进行连接，3块PCB板分别为PCB1号板，PCB2号板，PCB3号板，PCB1号板包括最大功率跟踪的充电电路、大功率升压放电电路、降压放电电路两组，输出滤波电路，PCB2号板包括主控电路，LCD液晶显示电路，PCB3号板包括锂电池保护电路。
     采用太阳能最大功率跟踪技术设计充电模块，能够根据输入太阳能电池板的电流输出能力自动调整输入端阻抗，从而自动调整充电电流，可最大限度地利用输入太阳能电池板的功率输出能力，提高太阳能充电效率，另外，此充电管理电路也可以连接专用适配器进行充电，支持的充电电压为15-20V,最大支持充电电流为3A，采用了定制的大功率升、降压电路，并且能够切换输出电压，切换输出使能，使用了一块16位单片机作为主控IC，主控电路通过测量各个连接点的电压与电流，对整个系统进行实时监控，在电池保护电路的硬件保护的基础上，进行系统的软件保护。主控电路连接两个按键，可以通过按键控制LED手电灯珠的使能，控制LCD液晶屏幕背光的使能，控制DC输出口的输出电压的切换，控制DC输出口输出电压的使能；主控电路通过连接LCD液晶显示屏，能够显示规定的图像，方便用户观察与使用；主控电路通过检测相关测试点的电流，可以实时判断是否有外接负载，外界负载的大小，既可以起到软件过流保护的目的，又可以随时判断是否有负载，从而智能关机，达到节约电量的目的。
   根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (3)

1.便携式太阳能笔记本移动电源，其特征在于，整体电路结构包括主控电路、太阳能MPPT充电系统、锂电池保护电路、大功率升压电路、两个大功率降压电路、输出滤波电路、LCD液晶显示屏和LED手电灯珠，主控电路分别与锂电池保护电路、大功率升压电路、两个大功率降压电路、输出滤波电、LCD液晶显示屏和LED手电灯珠连接；
     锂电池保护电路分别与MPPT充电管理电路、大功率升压模块、大功率降压模块和锂电池组连接；太阳能MPPT充电系统通过5.5/2.1mm大功率DC输入接口与太阳能电池板连接，通过外径为2.5平方毫米的硅胶线与锂电池保护电路连接；
      所述主控电路由单片机及外围电路构成，采用16位单片机作为主控IC；
主控电路通过测量电池电压、电池保护模块后电压、USB口输出电压、DC输出口电压、DC输入口电压、电池输出电流、USB口输出电流、DC输出口输出电流，通过电池保护电路对整个系统进行保护和实时监控；
    主控电路连接两个按键，通过按键控制LED手电灯珠开关，控制LCD液晶屏幕背光的使能，控制DC输出口的输出电压的切换，控制DC输出口输出电压的使能；
    主控电路通过连接LCD液晶显示屏，显示规定的图像；
    主控电路通过检测电池输出电流、USB口输出电流、DC输出口输出电流，实时判断是否有外接负载，外接负载的大小，既可以起到过流保护的目的，又可以随时判断是否有负载，从而智能关机，达到节约电量的目的；
    所述MPPT充电管理电路采用DC开关电源的工作模式，内部包括功率晶体管及内部的模拟-数字转换电路；
    所述锂电池保护电路由过充、过放、过流、过温保护电路构成，锂电池保护电路是连接锂离子电芯与充放电电路的接口，通过两个MOS场效应管对锂离子电芯进行了完全的隔离；
所述大功率升压模块包括PWM/PFM切换控制电路及二极管、大功率磁环电感、大功率MOS场效应管构成的CMOS升压DC/DC控制器，升压电路通过控制反馈点接地电阻，在19V、16V、12V的输出电压之间进行切换；
     两个所述大功率降压模块均由PWM/PFM切换控制电路及二极管、MOS场效应管构成的CMOS降压DC/DC控制器构成，能够同时输出5V/2A与9V/1.5A，两个所述大功率降压模块具有自动输出过流保护功能。
2.     如权利要求1所述便携式太阳能笔记本移动电源，其特征在于，包括电源壳体，电源壳体外形结构采用金属外框加塑料中框的结构，以塑料中框为支撑体，电路板安装在塑料中框内，电源壳体本身，包括上盖、下盖与中间空腔件，在上盖与下盖形成的空腔件内收纳有聚合物锂电池和PCB电路板，中间空腔件边缘设有标准的USB插槽，4.8/1.7mm大功率DC输出接口，5.5/2.1mm大功率DC输入接口，高亮LED手电灯珠，上盖设有LED手电灯珠控制按键，控制按键、LCD液晶显示屏，可以方便用户直观地了解电量、当前输出电压状态，下盖安装有防磨胶粒。
3.  如权利要求1所述便携式太阳能笔记本移动电源，其特征在于，包括3块PCB板，3块PCB板之间通过插针与线缆进行连接，3块PCB板分别为PCB1号板，PCB2号板，PCB3号板，PCB1号板包括最大功率跟踪的充电电路、大功率升压放电电路、降压放电电路两组，输出滤波电路，PCB2号板包括主控电路，LCD液晶显示电路，PCB3号板包括锂电池保护电路。
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