CN106787029A - 一种基于过充保护的可移动充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于过充保护的可移动充电系统，其特征在于，主要由主控芯片，均与主控芯片相连接的三端稳压电路、显示屏、蜂鸣器、固体继电器、蓄电池和电压采样器，与三端稳压电路相连接的USB输入接口，分别与过充保护电路和电压采样器相连接的USB输出接口，以及与固体继电器相连接的过充保护电路组成。本发明的结构简单、实用性强，本发明通过电采样器与过充保护电路相结合的方式，有效的解决了现有移动充电系统所存在的问题，并且本发明的过充保护电路能对输出的电压电流进行调整，使输出的充电电流更稳定，从而确保了本发明能解决充电电池过充、输出电流不稳定的问题。

Description

一种基于过充保护的可移动充电系统

技术领域

本发明涉及一种充电电源，具体的说，是一种基于过充保护的可移动充电系统。

背景技术

移动电源是一种集供电和充电功能于一体的便携式充电器，可以给手机等数码设备随时随地充电或待机供电。一般由锂电芯或者干电池作为储电单元。区别于产品内部配置的电池，也叫外挂电池。一般配备多种电源转接头，通常具有大容量、多用途、体积小、寿命长和安全可靠等特点，是可随时随地为智能手机、平板电脑、数码相机、MP3、MP4等多种数码产品供电或待机充电的功能产品。

现有的充电电池用移动充电电源可分为硬件移动电源和软件移动电源两种。然而现有的移动充电电源存在过充保护效果差、恒流不准确的问题，导致充电电池的充电时间过长，致使充电电池长时间的处于高温状态，即使充电电池易损坏，从而给人们造成不必要的麻烦。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的移动充电电源存在过充保护效果差、恒流不准确的缺陷，提供的一种基于过充保护的可移动充电系统。

本发明通过以下技术方案来实现：一种基于过充保护的可移动充电系统，主要由主控芯片，均与主控芯片相连接的三端稳压电路、显示屏、蜂鸣器、固体继电器、蓄电池和电压采样器，与三端稳压电路相连接的USB输入接口，分别与过充保护电路和电压采样器相连接的USB输出接口，以及与固体继电器相连接的过充保护电路组成。所述过充保护电路与USB输出接口的输出端相连接；所述电压采样器与USB输出接口的反馈端相连接。

所述三端稳压电路由稳压芯片U1，三极管VT1，三极管VT2，三极管VT3，正极级电阻R1后与三极管VT1的发射极相连接、负极经电阻R3后与三极管VT1的集电极相连接的极性电容C1，P极经电阻R2后与三极管VT1的发射极相连接、N极与三极管VT1的基极相连接的二极管D1，一端与极性电容C1的负极相连接后接地、另一端与稳压芯片U1的IN管脚相连接的电感L，一端与三极管VT3的基极相连接、另一端与稳压芯片U1的IN管脚相连接的电阻R4，正极与三极管VT2的基极相连接、负极与三极管VT3的发射极相连接的极性电容C2，P极与三极管VT2的集电极相连接、N极与三极管VT3的集电极相连接的二极管D2，正极与稳压芯片U1的IN管脚相连接、负极经可调电阻R5后与稳压芯片U1的COM管脚相连接的极性电容C3，N极经电阻R6后与三极管VT2的集电极相连接、P极经电阻R7后与稳压芯片U1的OUT管脚相连接的稳压二极管D3，以及正极与稳压芯片U1的OUT管脚相连接、负极接地的极性电容C4组成；所述二极管D1的P极与三极管VT2的发射极相连接；所述三极管VT1的发射极在作为三端稳压电路的输入端并与USB输入接口相连接；所述稳压二极管D3的N极作为三端稳压电路的输出端并与主控芯片相连接。

所述过充保护电路由控制芯片U2，三极管VT4，三极管VT5，场效应管MOS1，场效应管MOS2，P极顺次经电阻R9和电阻R8后与控制芯片U2的VSS管脚相连接、N极经电阻R14后与三极管VT5的集电极相连接的稳压二极管D4，正极与三极管VT4的基极相连接、负极与控制芯片U2的VCC管脚相连接的极性电容C5，正极经电阻R10后与三极管VT4的发射极相连接、负极与控制芯片U2的GND管脚相连接的极性电容C6，一端与控制芯片U2的CR管脚相连接、另一端与控制芯片U2的GND管脚相连接的电阻R11，一端与控制芯片U2的DO管脚相连接、另一端与场效应管MOS1的栅极相连接的电阻R12，一端与控制芯片U2的OUT管脚相连接、另一端与三极管VT5的基极相连接的电阻R13，P极与控制芯片U2的CO管脚相连接、N极与场效应管MOS2的栅极相连接的二极管D5，P极与场效应管MOS1的源极相连接、N极与场效应管MOS1的漏极相连接的二极管D6，P极与场效应管MOS2的漏极相连接、N极与场效应管MOS2的源极相连接的二极管D7，以及正极与三极管VT5的发射极相连接、负极与场效应管MOS2的源极相连接的极性电容C7组成；所述三极管VT4的集电极接地；所述极性电容C6的正极还分别与控制芯片U2的CR管脚和VSS管脚相连接；所述场效应管MOS1的源极还与控制芯片U2的GND管脚相连接，该场效应管MOS1的漏极与场效应管MOS2的漏极相连接；所述电阻R9与电阻R8的连接点和极性电容C6的正极共同形成过充保护电路的输入端并与固体继电器相连接；所述稳压二极管D4的N极与场效应管MOS2的源极共同形成过充保护电路的输出端并与USB输出接口的输出端相连接。

为了本发明的实际使用效果，所述稳压芯片U1为TA78L005AP集成芯片；所述控制芯片U2为NIR5421集成芯片。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明的结构简单、实用性强，本发明通过电采样器与过充保护电路相结合的方式，有效的解决了现有移动充电系统所存在的问题，并且本发明的过充保护电路能对输出的电压电流进行调整，使输出的充电电流更稳定，从而确保了本发明能解决充电电池过充、输出电流不稳定的问题，使充电电池的充电时间更短，有效的避免了充电电池长时间的处于高温状态，即使充电电池易损坏。

(2)本发明的过充保护电路能对充电电池充电时达到额定电压后及时的对充电进行截止，能对输出的电流进行调整，输出稳定的电流；并且该电路能防止本系统的蓄电池出现过放的现象，从而确保了本发明能有效的防止充电电池过充。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图。

图2为本发明的三端稳压电路的电路结构示意图。

图3为本发明的过充保护电路的电路结构的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明主要由主控芯片，均与主控芯片相连接的三端稳压电路、显示屏、蜂鸣器、固体继电器、蓄电池和电压采样器，与三端稳压电路相连接的USB输入接口，分别与过充保护电路和电压采样器相连接的USB输出接口，以及与固体继电器相连接的过充保护电路组成。所述过充保护电路与USB输出接口的输出端相连接；所述电压采样器与USB输出接口的反馈端相连接。

实施时，本发明的主控芯片采用了MC32P21集成芯片，该芯片性能稳定，其具有自充保护、过热保护等功能。外部电源的适配器通过USB输入接口为本发明提供充电电源，输入的电压传输给三端稳压电路，该电路对人电压进行调节，并能有效的对电压的电流强度进行调节，使电压的电流强度增强，使本发明的自充更稳定、更快捷。显示屏则用于对本发明和充电电池的电量进行显示，便于人们能及时的得到本发明的电量存储情况，和能及时的得到充电电池的电量情况。当本发明的自充达到饱和后，主控芯片内的自充保护器则会断开，本发明则停止充电，显示屏上则会显示本发明的电量值，同时，主控芯片则输出电压给蜂鸣器，蜂鸣器发出提示音，本发明的自充完成。

本发明在使用时，用电设备通过USB数据线与本移动充电系统相连接，当用电设备与本移动充电系统相连接后，电压采样器对充电电池内的电量进行采集，该电压采样器将采集的充电电池内的电量信息传输给主控芯片，本发明的电压采样器采用了宁波璟瑞仪器厂生产的DF5887VI电压采样器，该电压采样器具有电流取样两个独立的通道，其取样的相位误差小的特点。主控芯片在接收到的电流值小于充电电池的额定电流值时，主控芯片输出控制电流给固体继电器，固体继电器得电而吸合，其常开触点闭合，过充保护电路过电，该过充保护电路输出电流经USB输出接口为充电电池充电，电压采样器则实时对充电电池的电量进行采样。当充电电池的电量达到额定值时，过充保护电路则会停止输出充电电流，同时，电压采样器也会将充电电池的电量值信息传输给主控芯片，主控芯片则会停止输出控制电流，固体继电器失电而断开，其常开触点也断开，充电截止。本发明通过电压采样器与过充保护电路相结合，有效的实现了防止充电电池过充的效果，很好的解决了充电电池的充电时间过长，而致使充电电池长时间的处于高温状态，即使充电电池易损坏，从而有效的消除了移动充电系统过充保护效果差、恒流不准确给人们造成的麻烦。

进一步地，所述三端稳压电路如图2所示，其由型号为MC32P21的稳压芯片U1，型号为3AX81的三极管VT1、三极管VT3，型号为3DG12的三极管VT2，阻值为10kΩ的电阻R1、电阻R3，阻值为47kΩ的电阻R2，阻值为2kΩ的电阻R4，阻值为0～200kΩ的可调电阻R5，阻值为20kΩ的电阻R6、电阻R7，容值为12μF的极性电容C1、极性电容C4，容值为2μF的极性电容C2，容值为8μF的极性电容C3，型号为1N4013的二极管D1、二极管D2，型号为1N4002的稳压二极管D3，以及自感值为100μH的电感L组成。

连接时，极性电容C1的正极级电阻R1后与三极管VT1的发射极相连接，负极经电阻R3后与三极管VT1的集电极相连接。二极管D1的P极经电阻R2后与三极管VT1的发射极相连接，N极与三极管VT1的基极相连接。电感L的一端与极性电容C1的负极相连接后接地，另一端与稳压芯片U1的IN管脚相连接。电阻R4的一端与三极管VT3的基极相连接，另一端与稳压芯片U1的IN管脚相连接。极性电容C2的正极与三极管VT2的基极相连接，负极与三极管VT3的发射极相连接。

二极管D2的P极与三极管VT2的集电极相连接，N极与三极管VT3的集电极相连接。极性电容C3的正极与稳压芯片U1的IN管脚相连接，负极经可调电阻R5后与稳压芯片U1的COM管脚相连接。稳压二极管D3的N极经电阻R6后与三极管VT2的集电极相连接，P极经电阻R7后与稳压芯片U1的OUT管脚相连接。极性电容C4的正极与稳压芯片U1的OUT管脚相连接，负极接地。

所述二极管D1的P极与三极管VT2的发射极相连接；所述三极管VT1的发射极在作为三端稳压电路的输入端并与USB输入接口相连接；所述稳压二极管D3的N极作为三端稳压电路的输出端并与主控芯片相连接。

运行时，当本发明存储的电量不足时，外部的电源适配器与USB输入接口接通，输入的电压传输给电阻R1、极性电容C1和三极管VT1形成的放大器，该放大器对输入的电压的电流的细微波动进行放大，便于反馈调整控制，放大器是的电压使二极管D1导通，二极管D1输出的电压传输给三极管VT2、极性电容C2、二极管D2和三极管VT3形成的跟随器，该跟随器为输入高阻抗，输出低阻抗，使输入的电压的阻抗与采样电压的阻抗相匹配，即使电压的电流强度保持一致。当跟随器输出的电压为稳定的电压时，电压经电阻R6进行限流后输出；当跟随器输出的电压出现波动时，跟随器输出的电压则经电阻R4后经稳压芯片U1的IN管脚传输给稳压芯片U1，该稳压芯片U1作为三端稳压电路的二次稳压器，稳压芯片U1对电压的电流进行调节、稳压后经OUT管脚输出，OUT管脚输出的电压经电阻R7进行限流，限流后的电压通过稳压二极管D3进行再一次稳压后输出，从而使三端稳压电路实现了对输入电压的多次稳压处理，有效的提高了本发明自充的稳定性，很好的延长了本发明的使用寿命。

更进一步地，所述过充保护电路如图3所示，其由型号为NIR5421的控制芯片U2，型号为3DG12的三极管VT4，型号为3AX81的三极管VT5，型号为TO-263的场效应管MOS1、场效应管MOS2，阻值为1000kΩ的电阻R8，阻值为10kΩ的电阻R9、电阻R10，阻值为20kΩ的电阻R11，阻值为8kΩ的电阻R12，阻值为40kΩ的电阻R13，阻值为120kΩ的电阻R14，容值为1μF的极性电容C5，容值为47μF的极性电容C6，容值为22μF的极性电容C7，型号为1N4002的稳压二极管D4，型号为1N4016的二极管D5，以及型号为1N4013的二极管D6、二极管D7组成。

连接时，稳压二极管D4的P极顺次经电阻R9和电阻R8后与控制芯片U2的VSS管脚相连接，N极经电阻R14后与三极管VT5的集电极相连接。极性电容C5的正极与三极管VT4的基极相连接，负极与控制芯片U2的VCC管脚相连接。极性电容C6的正极经电阻R10后与三极管VT4的发射极相连接，负极与控制芯片U2的GND管脚相连接。电阻R11的一端与控制芯片U2的CR管脚相连接，另一端与控制芯片U2的GND管脚相连接。

电阻R12的一端与控制芯片U2的DO管脚相连接，另一端与场效应管MOS1的栅极相连接。电阻R13的一端与控制芯片U2的OUT管脚相连接，另一端与三极管VT5的基极相连接。二极管D5的P极与控制芯片U2的CO管脚相连接，N极与场效应管MOS2的栅极相连接。二极管D6的P极与场效应管MOS1的源极相连接，N极与场效应管MOS1的漏极相连接。二极管D7的P极与场效应管MOS2的漏极相连接，N极与场效应管MOS2的源极相连接。极性电容C7的正极与三极管VT5的发射极相连接，负极与场效应管MOS2的源极相连接。

所述三极管VT4的集电极接地；所述极性电容C6的正极还分别与控制芯片U2的CR管脚和VSS管脚相连接；所述场效应管MOS1的源极还与控制芯片U2的GND管脚相连接，该场效应管MOS1的漏极与场效应管MOS2的漏极相连接；所述电阻R9与电阻R8的连接点和极性电容C6的正极共同形成过充保护电路的输入端并与固体继电器相连接；所述稳压二极管D4的N极与场效应管MOS2的源极共同形成过充保护电路的输出端并与USB输出接口的输出端相连接。

运行时，蓄电池输出的电流，在充电电池未达到额定电压电流时，控制芯片U2的DO管脚和CO管脚输出的均为高电压，场效应管MOS1和场效应管MOS2也都处于导通状态，极性电容C7为高电平，极性电容C7对三极管VT5释放高电压，三极管VT5也为导通状态，通过稳压二极管D4对输出的电压进行稳压调整后经USB输出接口为充电电池充电，充电电池可以自由地进行充电和放电，由于场效应管MOS1和场效应管MOS2的导通阻抗很小，通常小于30毫欧，因此其导通时的电阻对电路的性能影响很小。此状态下过充保护电路的消耗电流为μA级，通常小于7μA。当控制芯片U2检测到电池电压达到4.28V，本发明所采用的控制芯片U2的控制的高电压值为4.28V，低电压为2.3V，不同的控制芯片有不同的控制电压值。其控制芯片U2的CO管脚由高电压转变为零电压，使场效应管MOS2由导通转为关断，从而切断了充电回路，使本发明无法再对充电电池进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于场效应管MOS的源极与漏极之间的二极管D7，充电电池可以通过该二极管D7对外部负载进行放电。本发明的控制芯片U2在检测到电池电压超过4.28V至控制场效应管MOS2断开之间，还有一段延时时间，该延时时间的长短由极性电容C6的容值来决定，本发明采用的极性电容C6的容值为47μF，即延时为5秒左右，以避免因干扰而造成误判断，影响本发明的充电效果。

当控制IC检测到系统的蓄电池的电压低于2.3V时，其控制芯片U2的DO管脚由高电压转变为零电压，使场效应管MOS1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使蓄电池无法再对负载进行放电，起到了对蓄电池的过放电保护作用。而此时由于场效应管MOS1的源极与漏极之间串接的二极管D6，充本系统可以通过该二极管D6对充电电池进行延时充电5秒左右，以防止充电电池内的电压出现瞬间的回流现象，从而影响充电电池的电量。

按照上述实施例，即可很好的实现本发明。

Claims (5)

1.一种基于过充保护的可移动充电系统，其特征在于，主要由主控芯片，均与主控芯片相连接的三端稳压电路、显示屏、蜂鸣器、固体继电器、蓄电池和电压采样器，与三端稳压电路相连接的USB输入接口，分别与过充保护电路和电压采样器相连接的USB输出接口，以及与固体继电器相连接的过充保护电路组成。所述过充保护电路与USB输出接口的输出端相连接；所述电压采样器与USB输出接口的反馈端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于过充保护的可移动充电系统，其特征在于，所述三端稳压电路由稳压芯片U1，三极管VT1，三极管VT2，三极管VT3，正极级电阻R1后与三极管VT1的发射极相连接、负极经电阻R3后与三极管VT1的集电极相连接的极性电容C1，P极经电阻R2后与三极管VT1的发射极相连接、N极与三极管VT1的基极相连接的二极管D1，一端与极性电容C1的负极相连接后接地、另一端与稳压芯片U1的IN管脚相连接的电感L，一端与三极管VT3的基极相连接、另一端与稳压芯片U1的IN管脚相连接的电阻R4，正极与三极管VT2的基极相连接、负极与三极管VT3的发射极相连接的极性电容C2，P极与三极管VT2的集电极相连接、N极与三极管VT3的集电极相连接的二极管D2，正极与稳压芯片U1的IN管脚相连接、负极经可调电阻R5后与稳压芯片U1的COM管脚相连接的极性电容C3，N极经电阻R6后与三极管VT2的集电极相连接、P极经电阻R7后与稳压芯片U1的OUT管脚相连接的稳压二极管D3，以及正极与稳压芯片U1的OUT管脚相连接、负极接地的极性电容C4组成；所述二极管D1的P极与三极管VT2的发射极相连接；所述三极管VT1的发射极在作为三端稳压电路的输入端并与USB输入接口相连接；所述稳压二极管D3的N极作为三端稳压电路的输出端并与主控芯片相连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于过充保护的可移动充电系统，其特征在于，所述过充保护电路由控制芯片U2，三极管VT4，三极管VT5，场效应管MOS1，场效应管MOS2，P极顺次经电阻R9和电阻R8后与控制芯片U2的VSS管脚相连接、N极经电阻R14后与三极管VT5的集电极相连接的稳压二极管D4，正极与三极管VT4的基极相连接、负极与控制芯片U2的VCC管脚相连接的极性电容C5，正极经电阻R10后与三极管VT4的发射极相连接、负极与控制芯片U2的GND管脚相连接的极性电容C6，一端与控制芯片U2的CR管脚相连接、另一端与控制芯片U2的GND管脚相连接的电阻R11，一端与控制芯片U2的DO管脚相连接、另一端与场效应管MOS1的栅极相连接的电阻R12，一端与控制芯片U2的OUT管脚相连接、另一端与三极管VT5的基极相连接的电阻R13，P极与控制芯片U2的CO管脚相连接、N极与场效应管MOS2的栅极相连接的二极管D5，P极与场效应管MOS1的源极相连接、N极与场效应管MOS1的漏极相连接的二极管D6，P极与场效应管MOS2的漏极相连接、N极与场效应管MOS2的源极相连接的二极管D7，以及正极与三极管VT5的发射极相连接、负极与场效应管MOS2的源极相连接的极性电容C7组成；所述三极管VT4的集电极接地；所述极性电容C6的正极还分别与控制芯片U2的CR管脚和VSS管脚相连接；所述场效应管MOS1的源极还与控制芯片U2的GND管脚相连接，该场效应管MOS1的漏极与场效应管MOS2的漏极相连接；所述电阻R9与电阻R8的连接点和极性电容C6的正极共同形成过充保护电路的输入端并与固体继电器相连接；所述稳压二极管D4的N极与场效应管MOS2的源极共同形成过充保护电路的输出端并与USB输出接口的输出端相连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于过充保护的可移动充电系统，其特征在于，所述稳压芯片U1为TA78L005AP集成芯片。

5.根据权利要求3所述的一种基于过充保护的可移动充电系统，其特征在于，所述控制芯片U2为NIR5421集成芯片。