CN104901378A - 一种移动电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动电源，包括电池和直流-直流变换器，所述直流-直流变换器包括变压器，所述直流-直流变换器的输入、输出由所述变压器隔离开，所述电池和直流-直流变换器串联作为移动电源的输出，所述电池的正负极与所述直流-直流变换器输入连接、作为直流-直流变换器的输入电源，所述移动电源输出电压等于所述电池电压与所述直流-直流变换器输出电压的和。本发明的移动电源的输出电能迭加了电池电能和直流-直流变换器输出电能。这样，整体提高了转换率。

Description

一种移动电源

技术领域

本发明涉及电源领域，特别是涉及一种移动电源。

背景技术

现有的移动电源采用直流-直流变换器，把电池电压从3.7伏提高到5伏，5伏级别的输出电能全部从3.7伏电池变换，实际转换效率不高。

如图1所示，一种移动电源主电路(是直流-直流变换器的一种)，包括开关管T、电感L、二级管D和电容C等。开关管T导通，电感L充电，开关管T关断，电感L储存的电能通过二级管D给电容C充电和负载供电。因二极管D单向导通，和负载大小合适(指不过快消耗电能)，随着开关管T不断导通、关断，变换器输出电压E2越来越高直到达到和稳定在5伏。锂电池E1电压2.7伏-4.2伏，主要为3.7伏，变换器输出电压E2为5伏。

图2是现有技术的变压器隔离的直流-直流变换器的原理图。直流-直流变换器输入、输出通过变压器电气隔离。直流-直流变换器的输入I1、I2分别与电池的两端连接，输出O1、O2分别与负载两端连接。

上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明(主要)目的在于提出一种移动电源，以解决上述现有技术存在的低转换效率的技术问题。

为此，本发明提出一种移动电源。移动电源包括电池和直流-直流变换器，所述直流-直流变换器包括变压器，所述直流-直流变换器的输入、输出由所述变压器隔离开，所述电池和直流-直流变换器串联作为移动电源的输出，所述电池的正负极与所述直流-直流变换器输入连接、作为直流-直流变换器的输入电源，所述移动电源输出电压等于所述电池电压与所述直流-直流变换器输出电压的和。

所述直流-直流变换器的输入正极与所述电池正极连接，所述直流-直流变换器输入负极与所述电池负极连接，所述直流-直流变换器输出负极与所述电池正极连接，所述移动电源输出正极与所述直流-直流变换器输出正极连接，所述移动电源输出负极与所述电池负极连接。

所述的移动电源还包括电池保护电路，所述电池保护电路与所述电池连接，对电池进行充电、放电保护。

所述直流-直流变换器还包括整流电路，所述整流电路与所述变压器副边绕组相连。

所述直流-直流变换器为单端正激式、单端反激式、半桥式、全桥式或推挽式。

所述直流-直流变换器包括变压器、整流二极管、滤波电容和开关管，所述变压器原边绕组同名端连接电池正极，所述变压器副边绕组同名端的另一端连接所述整流二极管的阳极，所述滤波电容连接在所述变压器副边绕组同名端与所述整流二极管的阴极之间，所述开关管耦合在所述变压器原边绕组同名端的另一端与电池负极之间。

所述直流-直流变换器包括变压器、第三开关管、滤波电容和开关管，所述变压器原边绕组同名端连接电池正极，所述变压器副边绕组同名端的另一端连接所述第三开关管的第一端，所述滤波电容连接在所述变压器副边绕组同名端与所述第三开关管的第二端之间，所述开关管耦合在所述变压器原边绕组同名端的另一端与电池负极之间，所述开关管与第三开关管互锁。

所述的移动电源还包括电压反馈电路、电流反馈电路，以对移动电源进行恒压控制和过电流、短路保护。

所述直流-直流变换器包括变压器、第三开关管和开关管，所述变压器原边绕组同名端连接电池正极，所述变压器副边绕组同名端的另一端连接所述第三开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接移动电源放电插座正极，所述变压器副边绕组同名端连接电池正极，所述开关管耦合在所述变压器原边绕组同名端的另一端与电池负极之间，所述开关管与第三开关管互锁。

所述直流-直流变换器包括变压器、第三开关管、反馈绕组、削反峰二极管和开关管，所述变压器原边绕组同名端、副边绕组同名端的另一端连接电池正极，所述变压器副边绕组同名端连接所述第三开关管的第一端，所述第三开关管第二端连接移动电源放电插座正极，所述开关管耦合在所述变压器原边绕组同名端的另一端与电池负极之间，所述削反峰二极管阳极接电池负极，所述削反峰二极管阴极接所述反馈绕组同名端，所述反馈绕组同名端的另一端接电池正极。

所述的移动电源还包括外壳，所述电池和直流-直流变换器封装在外壳内。

所述电池输出的电能大于所述变换器输出的电能。

本发明与现有技术对比的有益效果包括：本发明的移动电源的输出电能迭加了电池电能和直流-直流变换器输出电能。这样，整体提高了转换率。

附图说明

图1是现有的移动电源的电路结构图；

图2是变压器隔离的直流-直流变换器的原理图；

图3是本发明移动电源的原理图；

图4是本发明第一个实施例的移动电源的电路结构图；

图5是图4所示电路的简化电路结构图；

图6是本发明第二个实施例的移动电源的电路结构图；

图7是本发明第三个实施例的移动电源的电路结构图；

图8是本发明第四个实施例的移动电源的电路结构图；

图9是本发明第五个实施例的移动电源的电路结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参照以下附图，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。

本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例仅是用来描述一个或多个特定实施方式。

图3是本发明的移动电源的原理图。如图3所示，一种移动电源，包括主电路和控制电路，主电路包括电池和直流-直流变换器BHQ，电池和直流-直流变换器BHQ串联作为移动电源的输出，电池的正负极与直流-直流变换器BHQ输入连接、作为直流-直流变换器BHQ的输入电源。移动电源输出电压E3等于电池电压E1与直流-直流变换器BHQ输出电压E2的和。

如图3所示，直流-直流变换器BHQ包括变压器，直流-直流变换器BHQ的输入、输出由变压器隔离开。

直流-直流变换器BHQ的输入正极I1与电池正极连接，直流-直流变换器BHQ输入负极I2与电池负极连接。直流-直流变换器BHQ输出负极O2与电池正极连接。移动电源输出正极与直流-直流变换器BHQ输出正极O1连接，移动电源输出负极与电池负极连接。

图4是图3所示的移动电源的反激式电路结构图。图5是图4所示电路的简化电路结构图。移动电源还包括电池保护电路，电池保护电路与电池连接，对电池进行充电、放电保护。如图4、图5所示，电池保护电路包括开关管T1、T2、二极管D1、D2。其保护锂电池不过充电、过放电。

图4、图5与图1的主要区别包括，电感L改为变压器BYQ，相应地整流电路改为与变压器的副边绕组相连接，变压器兼做储能电感。变换器BHQ为单端反激式结构，为变压器隔离的直流-直流变换器的一种。当然变换器BHQ可以是变压器隔离的直流-直流变换器的其他结构。直流-直流变换器BHQ结构有单端正激式、单端反激式、半桥式、全桥式或推挽式等。

充电时，充电电流从充电插座CD正极依次流过电阻R、肖特基二极管D3、电池正极、电池负极、放电开关管T1的续流二极管D1、充电开关管T2、回到充电插座CD负极。

图4中直流-直流变换器BHQ是反激式。直流-直流变换器包括变压器BYQ、整流二极管D、滤波电容C和开关管T，变压器BYQ原边绕组同名端连接电池E1正极，变压器BYQ副边绕组同名端的另一端连接整流二极管D的阳极，滤波电容C连接在变压器BYQ副边绕组同名端与整流二极管D的阴极之间，开关管T耦合在变压器BYQ原边绕组同名端的另一端与电池负极之间。在图4中，开关管T第一端与变压器BYQ原边绕组同名端的另一端相连，开关管T第二端与充放电保护电路的开关管T2的第二端相连，开关管T控制端接有控制信号。

开关管T导通时，变压器BYQ原边绕组由电池供电、电流增大，变压器BYQ副边绕组感应出正电压，因二极管D不能反向导通，副边绕组不能构成回路，同时变压器BYQ储能，开关管T关断时，变压器BYQ副边绕组左边感应出正电压，变压器BYQ存储的电能通过副边绕组、整流二极管D给滤波电容C充电和通过电池、副边绕组、整流二极管D、放电插座FD、充电开关管T2的续流二极管D2、放电开关管T1给负载(放电插座FD)升压供电，在开关管T导通变压器BYQ储能时，通过电池E1、滤波电容C、放电插座FD、充电开关管T2的续流二极管D2、放电开关管T1，继续给负载(放电插座FD)升压供电。

图4中，变换器BHQ为单端反激式结构，为变压器隔离的直流-直流变换器的一种。当然变换器BHQ可以是变压器隔离的直流-直流变换器的其他结构。直流-直流变换器BHQ结构有单端正激式、单端反激式、半桥式、全桥式或推挽式等。BHQ无论为何种结构，都必须具有整流电路，图4的整流电路为二极管D，与变压器BYQ副边绕组相连。

如图4所示，变换器BHQ还具有滤波电路，滤波电路为跨接在BHQ输出端子O1、O2两端的电容C，称为变换器BHQ输出滤波。这时，移动电源输出正负极(放电插座FD正负两端)可以没有滤波电容。

高频导通、关断开关管T，变压器BYQ(储能电感)就不断通过原边绕组储能、副边绕组放电，使电池升压给负载供电。在充电回路中，电阻R起保护作用。肖特基二极管D3起单向导通作用。

如图6所示，本实施例与图4所示的实施例的主要不同在于：图4中的二极管D被通态电阻极低的专用功率MOS管替代，定义为第三开关管T3，第三开关管T3与开关管T互锁，开关管T导通，第三开关管T3关断，开关管T关断,第三开关管T3导通。这种整流方式称为同步整流。在本实施例中，直流-直流变换器包括变压器BYQ、第三开关管T3、滤波电容C和开关管T，变压器BYQ原边绕组同名端连接电池E1正极，变压器BYQ副边绕组同名端的另一端连接第三开关管T3的第一端，滤波电容C连接在变压器BYQ副边绕组同名端与第三开关管T3的第二端之间，开关管T耦合在变压器BYQ原边绕组同名端的另一端与放电插座FD负极之间，开关管T与第三开关管T3互锁。

如图7所示，移动电源还可包括电压反馈电路、电流反馈电路，以对移动电源进行恒压控制和过电流、短路保护，具体地，电压反馈电路由相串联的电阻RF1、RF2组成，跨接在移动电源放电插座FD正负极两端，电阻RF1、RF2的中点U作为电压反馈取样点与控制电路相连。电流反馈电路由电阻RL组成，电阻RL串联在放电插座FD的负极与开关管T第二端之间，放电插座FD负极与电阻RL的连接点W作为电流反馈取样点与控制电路相连。

如图8所示，在本实施例中，直流-直流变换器包括变压器BYQ、第三开关管T3、和开关管T，变压器BYQ原边绕组同名端连接电池E1正极，变压器BYQ副边绕组同名端的另一端连接第三开关管T3的第一端，变压器BYQ副边绕组同名端连接电池E1正极，开关管T耦合在变压器BYQ原边绕组同名端的另一端与电池E1负极之间，开关管T与第三开关管T3互锁。滤波电容C跨接在移动电源正负极(放电插座FD正负极两端)，称为移动电源输出滤波，此时，结合整流采用同步整流方式，移动电源的电池充放电保护电路可优化，即可把图4中的充放电保护电路的开关管T1、T2，续流二极管D1、D2去掉，这可提高移动电源的转换效率。放电保护电路由开关管T、第三开关管T3兼做，在电池电压过低时，控制电路将不再导通开关管T、第三开关管T3。充电保护电路由电阻R和开关管T4组成，与电池连接，对电池进行充电保护。具体地，充电插座CD负极连接电池负极、充电插座CD正极经电阻R、开关管T4连接电池正极。在开关管T4导通时，电池将充电，电流从充电插座CD正极流出，依次经过电阻R、开关管T4、电池，回到充电插座CD负极。当电池电压过高时，控制电路将关断开关管T4。电阻R为过流保护电路，电流过大时电阻R将烧断成开路。

参考图9，图9所示的移动电源与图8所示的移动电源的不同在于，图9移动电源的变换器BHQ为正激式结构，即图9变换器BHQ是正激式。

直流-直流变换器BHQ包括变压器BYQ、第三开关管T3、反馈绕组FK、削反峰二极管XFF和开关管T。变压器BYQ原边绕组同名端、副边绕组同名端的另一端连接电池E1正极，变压器BYQ副边绕组同名端连接第三开关管T3第一端，第三开关管T3第二端连接放电插座FD正极，开关管T耦合在变压器BYQ原边绕组同名端的另一端与电池E1负极之间，削反峰二极管XFF阳极接电池E1负极，削反峰二极管XFF阴极接反馈绕组FK同名端，反馈绕组FK同名端的另一端接电池E1正极。

开关管T导通时，变压器BYQ原边绕组由电池供电，变压器BYQ副边绕组左边感应出正电压，副边绕组通过第三开关管T3给电容C充电和副边绕组通过电池、第三开关管T3给负载(放电插座FD)升压供电，在开关管T关断时，通过电容C继续给负载升压供电。高频导通、关断开关管T，变压器BYQ就不断把电池的电能传递给副边绕组，使电池升压给负载供电。

反馈绕组FK和与反馈绕组FK相串联的削反峰二极管XFF,用于给变压器原边绕组关断时已存储在变压器的能量提供返回电池的通路和使变压器磁性复位，以及对原边绕组关断时原边绕组的反电动势进行限幅。

电池输出的电能大于变换器输出的电能。电池直接输出占大部分(因电池电压主要在3.7伏，占移动电源输出电压5伏的3.7/5＝74％)，转换率为100％，小部分通过变换器转换，因而这种移动电源整体有更高的转换率。

移动电源还包括外壳，电池和直流-直流变换器BHQ封装在外壳内。直流-直流变换器可以设置在电子线路板上。

本发明的移动电源尤其适合给手机、IPAD等便携电器充电。

尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。

Claims (10)

1.一种移动电源，其特征在于：包括电池和直流-直流变换器，所述直流-直流变换器包括变压器，所述直流-直流变换器的输入、输出由所述变压器隔离开，所述电池和直流-直流变换器串联作为移动电源的输出，所述电池的正负极与所述直流-直流变换器输入连接、作为直流-直流变换器的输入电源，所述移动电源输出电压等于所述电池电压与所述直流-直流变换器输出电压的和。

2.如权利要求1所述的移动电源，其特征在于：所述直流-直流变换器的输入正极与所述电池正极连接，所述直流-直流变换器输入负极与所述电池负极连接，所述直流-直流变换器输出负极与所述电池正极连接，所述移动电源输出正极与所述直流-直流变换器输出正极连接，所述移动电源输出负极与所述电池负极连接。

3.如权利要求1所述的移动电源，其特征在于：所述移动电源还包括电池保护电路，所述电池保护电路与所述电池连接，对电池进行充电、放电保护，或者所述直流-直流变换器还包括整流电路，所述整流电路与所述变压器副边绕组相连。

4.如权利要求1所述的移动电源，其特征在于：所述直流-直流变换器为单端正激式、单端反激式、半桥式、全桥式或推挽式，或者还包括外壳，所述电池和直流-直流变换器封装在外壳内。

5.如权利要求1所述的移动电源，其特征在于：所述直流-直流变换器包括变压器、整流二极管、滤波电容和开关管，所述变压器原边绕组同名端连接电池正极，所述变压器副边绕组同名端的另一端连接所述整流二极管的阳极，所述滤波电容连接在所述变压器副边绕组同名端与所述整流二极管的阴极之间，所述开关管耦合在所述变压器原边绕组同名端的另一端与电池负极之间。

6.如权利要求1所述的移动电源，其特征在于：所述直流-直流变换器包括变压器、第三开关管、滤波电容和开关管，所述变压器原边绕组同名端连接电池正极，所述变压器副边绕组同名端的另一端连接所述第三开关管的第一端，所述滤波电容连接在所述变压器副边绕组同名端与所述第三开关管的第二端之间，所述开关管耦合在所述变压器原边绕组同名端的另一端与电池负极之间，所述开关管与第三开关管互锁。

7.如权利要求1所述的移动电源，其特征在于：还包括电压反馈电路、电流反馈电路，以对移动电源进行恒压控制和过电流、短路保护。

8.如权利要求1所述的移动电源，其特征在于：所述直流-直流变换器包括变压器、第三开关管和开关管，所述变压器原边绕组同名端连接电池正极，所述变压器副边绕组同名端的另一端连接所述第三开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接移动电源放电插座正极，所述变压器副边绕组同名端连接电池正极，所述开关管耦合在所述变压器原边绕组同名端的另一端与电池负极之间，所述开关管与第三开关管互锁。

9.如权利要求1所述的移动电源，其特征在于：所述直流-直流变换器包括变压器、第三开关管、反馈绕组、削反峰二极管和开关管，所述变压器原边绕组同名端、副边绕组同名端的另一端连接电池正极，所述变压器副边绕组同名端连接所述第三开关管的第一端，所述第三开关管第二端连接移动电源放电插座正极，所述开关管耦合在所述变压器原边绕组同名端的另一端与电池负极之间，所述削反峰二极管阳极接电池负极，所述削反峰二极管阴极接所述反馈绕组同名端，所述反馈绕组同名端的另一端接电池正极。

10.如权利要求1-9任一所述的移动电源，其特征在于：所述电池输出的电能大于所述变换器输出的电能。