CN103779891B - 一种用于多输出型移动电源的拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于多输出型移动电源的拓扑结构，包括由五个电芯、两个场效应管、两个开关组件若干个低压差线性稳压器、微控制器和保护IC连接组成，五个电芯分为三个一组和两个一组，通过两个开关组件的连接实现两组之间的串联和并联，并通过低压差线性稳压器调节电压输出。本发明能提供多种输出压供不同需求的设备使用，减少了移动电源的携带量，并且电池能量利用率高，减少能量的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及移动电源领域，具体涉及一种用于多输出型移动电源的拓扑结构。
背景技术
应广大消费者需求，市场上出现许多5V输出的充电电源，给手机或IPAD充电，但是这种充电电源只能输出5V，不能给上网本，笔记本等高于5V的充电需求提供移动电源。
目前常规的高压(大于5V，小于等于21V)移动电源的方法是单输出型移动电源或是DC转换型移动电源。
单输出型移动电源的主要缺点是：
1、一种移动电源只能适用于一类电子设备，如9V输出只适用于上网本；19V输出只适用于某一类笔记本，对于有很多电子设备的用户，通常要带有多个单输出移动电源，繁琐沉重。
2、高压单输出型移动电源需要多节电芯串联实现，而多节电芯串联需要保证每串电芯的电压和内阻的一致性，<3mOhm&<5mV.这样对于电芯的要求非常高，而且会有很多离散电芯得不到充分使用。
DC转换型移动电源的主要缺点是：当前一些多输出型移动电源，主要是通过DC转换来实现，比如锂电实际是5V输出，通过DC-DC转换成19V或21V。这种方法的缺点是转换效率极低，通常只能达到能量的一半左右，极大的影响了用户使用性能，而且热能较大，因为损失的能量大都转换成不必要的热能在内部消耗。
由上可知，当今的单输出型移动电源结构或是多输出通过DC转换型结构完全不能满足当今消费者的需求，且造成能量浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种用于多输出型移动电源的拓扑结构，本发明能提供多种输出压供不同需求的设备使用，减少了移动电源的携带量，并且电池能量利用率高，减少能量的浪费。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种用于多输出型移动电源的拓扑结构，包括由电源部分、高压输出部分、低压输出部分、微控制器和保护IC连接组成；
所述电源部分由电芯一、电芯二、电芯三、电芯四、电芯五、开关组件一和开关组件二连接组成，所述电芯一、电芯二和电芯三依次串联连接，所述电芯四和电芯五串联连接，所述电芯一的正极通过开关组件一与电芯四的正极和高压输出部分连接，所述电芯三的负极通过开关组件二与电芯四的正极、电芯五的负极和负输出端连接，所述电芯三的负极与电芯五的负极之间设置有第一场效应管和第二场效应管，所述电芯四的正极还与低压输出部分连接，所述电芯五的负极接地；
所述高压输出部分包括若干个低压差线性稳压器和与所述低压差线性稳压器配合连接的正输出端组成；
所述低压输出部分由低压差线性稳压器和正输出端连接组成；
所述微控制器的A/D接口一、A/D接口二、A/D接口三、A/D接口四和A/D接口五分别与电芯一、电芯二、电芯三、电芯四和电芯五的正极连接，所述微控制器的I/O接口一与开关组件二连接并接地，所述微控制器的I/O接口四与开关组件一连接并接地，所述微控制器的I/O接口二与第一场效应管的栅极连接，所述微控制器的I/O接口三与第二场效应管的栅极连接；
所述保护IC的电源端与电芯四的正极连接，所述保护IC还与第一场效应管和第二场效应管的栅极连接。
进一步的，所述低压输出部分的低压差线性稳压器输出电压为5V，并且输出端与微控制器的电源端接口连接。
进一步的，所述开关组件为直流接触器、继电器和多路开关中的一种。
进一步的，所述高压输出部分的低压差线性稳压器数量至少为1。
本发明的有益效果是:
1、电芯一致性降低，只需要保证每小分组内的电芯一致性即可，即电芯一、电芯二和电芯三3节保持一致，电芯四和电芯五2节保持一致，这样与保持整个电池组的5节电芯一致相比，极大的降低了电池使用条件与利用率。
2、转换效率提升，相对于DC/DC转换型电源，能量转换提升到85％以上，充分利用了能源，减少不必要的能量损失。
3、实现同一款移动电源具有多种电压同时输出的功能，极大方便了消费者。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的整体结构示意框图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
参照图1所示，一种用于多输出型移动电源的拓扑结构，由电源部分(1)、高压输出部分(2)、低压输出部分(3)、微控制器(MCU)和保护IC连接组成；将电芯一(CELL5)、电芯二(CELL4)和电芯三(CELL3)依次串联连接，电芯四(CELL2)和电芯五(CELL1)串联连接，电芯一的正极通过开关组件一(K1)与电芯四的正极和高压输出部分连接，高压输出部分内设置四个低压差线性稳压器(LDO1、LDO2、LDO3、LDO4)作为四种不同电压的输出，电芯三的负极通过开关组件二(K2)与电芯四的正极、电芯五的负极和负输出端连接，电芯三的负极与电芯五的负极之间设置有第一场效应管(Q1)和第二场效应管(Q2)，电芯四的正极还与低压输出部分的低压差线性稳压器(LDO5)连接，电芯五的负极接地；微控制器的A/D接口一、A/D接口二、A/D接口三、A/D接口四和A/D接口五分别与电芯一、电芯二、电芯三、电芯四和电芯五的正极连接，微控制器的I/O接口一与开关组件二连接并接地，I/O接口四与开关组件一连接并接地，I/O接口二与第一场效应管的栅极连接，I/O接口三与第二场效应管的栅极连接；保护IC的电源端与电芯四的正极连接，并且还与第一场效应管和第二场效应管的栅极连接。
将低压输出部分的低压差线性稳压器(LDO5)输出电压设置为5V，并且输出端与微控制器的电源端接口连接，用于直接供电。开关组件使用多路开关。
本实施例的工作原理如下：
在电路上将多节电芯合理分成若干小组，例如5节电芯，则分成3节一组和2节一组的两个小组。通过多路开关的通道选择，对两个小组的电芯进行节联或并联组合，当组合成串联结构时，则是5节电芯输出，并通过调节高压输出部分的低压差线性稳压器，将四个低压差线性稳压器的输出电压分别设置为21V，19V，16V和12V，用于迎合现有充电设备的充电电压，然后通过对应的正输出端再输出，达到一种移动电源多输出的目的。而当组合成并联结构时，由于电芯节数不一样，利用电流由高向低的特征，由节数多的3穿电芯一组组向节数少的2节电芯一组充电，从而达到了低压电芯组的容量翻近一倍的使用效果。
如图1所示，将开关组件一与电芯四正极的连接端设置为A1、与高压输出部分的连接端设置为A2，将关组件二与电芯四正极的连接端设置为B1、与低压输出部分的连接端设置为B2。
当用于5V移动电源输出时，微控制器控制开关组件一打到A1，开关组件二打到B1，形成两组电芯的并联结构，使得3节电芯给2节电芯充电，这样2节电芯的容量加大了一倍。
当用于高压充电时，如12V～21V，微控制器控制开关组件一打到A2，开关组件二打到B2，形成5节电芯串联输出结构，通过低压差线性稳压器将电压转换成需要电压值输出。
本发明结构简单，一个移动电源即可代替多个单输出电源，携带方便，并且可任意转换，当使用5V电源时，能量转换率高，使用更长久。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于多输出型移动电源的拓扑结构，其特征在于：包括由电源部分、高压输出部分、低压输出部分、微控制器和保护IC连接组成；
所述电源部分由电芯一、电芯二、电芯三、电芯四、电芯五、开关组件一和开关组件二连接组成，所述电芯一、电芯二和电芯三依次串联连接，所述电芯四和电芯五串联连接，所述电芯一的正极通过开关组件一与电芯四的正极和高压输出部分连接，所述电芯三的负极通过开关组件二与电芯四的正极、电芯五的负极和负输出端连接，所述电芯三的负极与电芯五的负极之间设置有第一场效应管和第二场效应管，所述电芯四的正极还与低压输出部分连接，所述电芯五的负极接地；具体地，将开关组件一与电芯四正极的连接端设置为A1、与高压输出部分的连接端设置为A2，将关组件二与电芯四正极的连接端设置为B1、与低压输出部分的连接端设置为B2，当用于移动电源输出时，控制开关组件一打到A1，开关组件二打到B1，形成两组电芯的并联结构，当用于高压充电时，控制开关组件一打到A2，开关组件二打到B2，形成串联输出结构；
所述高压输出部分包括至少1个低压差线性稳压器和与所述低压差线性稳压器配合连接的正输出端组成；
所述低压输出部分由低压差线性稳压器和正输出端连接组成；
所述微控制器的A/D接口一、A/D接口二、A/D接口三、A/D接口四和A/D接口五分别与电芯一、电芯二、电芯三、电芯四和电芯五的正极连接，所述微控制器的I/O接口一与开关组件二连接并接地，所述微控制器的I/O接口四与开关组件一连接并接地，所述微控制器的I/O接口二与第一场效应管的栅极连接，所述微控制器的I/O接口三与第二场效应管的栅极连接；
所述保护IC的电源端与电芯四的正极连接，所述保护IC还与第一场效应管和第二场效应管的栅极连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于多输出型移动电源的拓扑结构，其特征在于：所述低压输出部分的低压差线性稳压器输出电压为5V，并且输出端与微控制器的电源端接口连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于多输出型移动电源的拓扑结构，其特征在于：所述开关组件为直流接触器、继电器和多路开关中的一种。
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