CN109599911B - 一种稳压可调输出的快速充电备用电源 - Google Patents

一种稳压可调输出的快速充电备用电源 Download PDF

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Abstract

本发明是一种稳压可调输出的快速充电备用电源,包括:控流模块,所述控流模块通过一电源输入端Vin连接工作电源,控制充电电流值和输出电压值,控流模块至少包括一电压输出端Vout,用于输出经过控流模块控制后稳定的充电电流值和输出电压值,恒流充电模块,若干个恒流充电模块串联于所述控流模块的电压输出端Vout与地端GND之间,并且电压输出端Vout连接负载,所述恒流充电模块以电容为充电载体并设有调节电路,调节每个串联的恒流充电模块中电容的充电速度,使得每个电容均匀充电。本发明能实现备用电源稳定快速充电,并能调节充电电流、输出可控电压,消除对其他供电设备的干扰。

Description

一种稳压可调输出的快速充电备用电源
技术领域
本发明涉及备用电源快充技术领域,具体涉及一种稳压可调输出的快速充电备用电源。
背景技术
在目前备用市场上的备用电源实现方式都是化学燃料电池,内部包含镍、锌、铅、酸,实现方式都是外加电源通过内部离子的移动实现,充电时间长,废弃后对环境污染大,尤其其中的重金属离子;
化学燃料电池的充电时间长,至少4-5小时,瞬间充电电流大,对线路要求高,长期使用时,电线老化易引起火灾,且和其他设备共电源,容易导致设备供电异常。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题,提供一种稳压可调输出的快速充电备用电源,调节充电电流,消除老化线缆存在危害,消除对其他共电设备的干扰,提高充电的安全性和可靠性。
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:
一种稳压可调输出的快速充电备用电源,包括:
控流模块,所述控流模块通过一电源输入端Vin连接工作电源,控制充电电流值和输出电压值,控流模块至少包括一电压输出端Vout,用于输出经过控流模块控制后稳定的充电电流值和输出电压值,
恒流充电模块,若干个恒流充电模块串联于所述控流模块的电压输出端Vout与地端GND之间,并且电压输出端Vout连接负载,所述恒流充电模块以电容为充电载体并设有调节电路,调节每个串联的恒流充电模块中电容的充电速度,使得每个电容均匀充电。
进一步的,所述控流模块包括电流控制芯片U1,所述电流控制芯片U1的引脚VCC分别连接电容C5和上拉电阻R5的一端,电容C5的另一端接地,上拉电阻R5的另一端分别连接续流二极管D2的负极端和NMOS管D4的漏极,续流二极管D2的正极端连接电源输入端Vin,并且续流二极管D2的正极端通过电容C1、电容C2、电容C3并联接地,电源输入端Vin依次通过二极管D1、电阻R1、电阻R2正向串联接地;
所述电流控制芯片U1的引脚VREF通过电阻R3和电阻R4串联后再并联电容C4接地,电阻R4的高电平端分压连接至电流控制芯片U1的引脚ISET,用于设定充电电流;
所述电流控制芯片U1的引脚CE连接引脚VREF,电流控制芯片U1的引脚REGN通过续流二极管D3正向连接引脚BTST,并且引脚REGN通过电容C6接地,电流控制芯片U1的引脚BTST通过电容C7连接引脚PH;
所述电流控制芯片U1的引脚PH通过电感L1和电阻R6串联后再通过电容C9、电容C10、电容C11并联接地作为电压输出端Vout,电压输出端Vout通过电阻R7和电阻R8串联接地,电阻R8的高电平端分压连接至电流控制芯片U1的引脚VFB;
所述电流控制芯片U1的引脚HIDRV连接NMOS管D4的栅极,NMOS管D4的源极分别连接引脚PH和NMOS管D5的漏极,NMOS管D5的栅极连接引脚LODRV,D4栅极接HIDRV, NMOS管D5栅极连接电流控制芯片U1的引脚LODRV,源极接地。
进一步的,所述恒流充电模块包括PNP型三极管D12,所述PNP型三极管D12的发射极通过电阻R14连接控流模块的电压输出端Vout,PNP型三极管D12的基极连接电阻R13的一端,电阻R13的另一端分别连接稳压二极管D6的负极端和电阻R12的一端,电阻R12的另一端连接电压输出端Vout,PNP型三极管D12集电极连接电阻R15的一端,电阻R15的另一端分别连接稳压二极管D6的正极端和电阻R11的一端,电阻R11的另一端通过电阻R10串接至电压输出端Vout,电阻R11的另一端分压连接至稳压二极管D6的参考电源端,电压输出端Vout通过并联的电容C12、电容C13、电容C14连接至电阻R15的另一端和下一级的恒流充电模块。
进一步的,所述控流模块中电阻R2的高电平端分压连接至掉电检测芯片U2的引脚Vin,用于通过分压检测输入电压,掉电检测芯片U2引脚Vss接地,掉电检测芯片U2的引脚Vout输出信号给外部,用于产生中断GPIO_INT1,告知电源输入端Vin是否掉电。
进一步的,所述控流模块中电流控制芯片U1的引脚SFR和引脚SPN分别连接电阻R6的两端,并且引脚SFR和引脚SPN之间连接有电容C8,用于检测输出的充电电流值是否为设定输出值。
进一步的,所述控流模块的电压输出端Vout连接PMOS管D9的源极,PMOS管D9的漏极连接二极管D10的正极端并输出至负载,PMOS管D9的栅极依次连接电阻R29和电阻R30后连接至NMOS管D11的漏极,PMOS管D9的源极连接电阻R28并和电阻R29并联,NMOS管D11的源极接地,栅极连接充电控制开关GPIO_INT2。
本发明的有益效果是:
1、实现充电电路的恒流快速充电,上电后,充电电流能被限制在一个稳定值,随着充电的进行,充电电流逐渐减小,占空比逐渐变小,直到充电完成,保持在恒定的占空比和充电电流值;
2、输出电压可调,根据实际需要,调整电路参数,即可输出任意需要电压;
3、串联电容的均匀充电,能保证电容使用寿命,防止过压和过流充电。
附图说明
图1为本发明的控流模块电路图;
图2为本发明的恒流充电模块电路图。
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。
一种稳压可调输出的快速充电备用电源,包括:
控流模块,所述控流模块通过一电源输入端Vin连接工作电源,控制充电电流值和输出电压值,控流模块至少包括一电压输出端Vout,用于输出经过控流模块控制后稳定的充电电流值和输出电压值,
恒流充电模块,若干个恒流充电模块串联于所述控流模块的电压输出端Vout与地端GND之间,并且电压输出端Vout连接负载,所述恒流充电模块以电容为充电载体并设有调节电路,调节每个串联的恒流充电模块中电容的充电速度,使得每个电容均匀充电。
如图1所示,所述控流模块包括电流控制芯片U1,所述电流控制芯片U1的引脚VCC分别连接电容C5和上拉电阻R5的一端,电容C5的另一端接地,上拉电阻R5的另一端分别连接续流二极管D2的负极端和NMOS管D4的漏极,续流二极管D2的正极端连接电源输入端Vin,并且续流二极管D2的正极端通过电容C1、电容C2、电容C3并联接地,电源输入端Vin依次通过二极管D1、电阻R1、电阻R2正向串联接地;
所述电流控制芯片U1的引脚VREF通过电阻R3和电阻R4串联后再并联电容C4接地,电阻R4的高电平端分压连接至电流控制芯片U1的引脚ISET,用于设定充电电流;
所述电流控制芯片U1的引脚CE连接引脚VREF,电流控制芯片U1的引脚REGN通过续流二极管D3正向连接引脚BTST,并且引脚REGN通过电容C6接地,电流控制芯片U1的引脚BTST通过电容C7连接引脚PH;
所述电流控制芯片U1的引脚PH通过电感L1和电阻R6串联后再通过电容C9、电容C10、电容C11并联接地作为电压输出端Vout,电压输出端Vout通过电阻R7和电阻R8串联接地,电阻R8的高电平端分压连接至电流控制芯片U1的引脚VFB;
所述电流控制芯片U1的引脚HIDRV连接NMOS管D4的栅极,NMOS管D4的源极分别连接引脚PH和NMOS管D5的漏极,NMOS管D5的栅极连接引脚LODRV,D4栅极接HIDRV, NMOS管D5栅极连接电流控制芯片U1的引脚LODRV,源极接地。
如图2所示,所述恒流充电模块包括PNP型三极管D12,所述PNP型三极管D12的发射极通过电阻R14连接控流模块的电压输出端Vout,PNP型三极管D12的基极连接电阻R13的一端,电阻R13的另一端分别连接稳压二极管D6的负极端和电阻R12的一端,电阻R12的另一端连接电压输出端Vout,PNP型三极管D12集电极连接电阻R15的一端,电阻R15的另一端分别连接稳压二极管D6的正极端和电阻R11的一端,电阻R11的另一端通过电阻R10串接至电压输出端Vout,电阻R11的另一端分压连接至稳压二极管D6的参考电源端,电压输出端Vout通过并联的电容C12、电容C13、电容C14连接至电阻R15的另一端和下一级的恒流充电模块。
所述控流模块中电阻R2的高电平端分压连接至掉电检测芯片U2的引脚Vin,用于通过分压检测输入电压,掉电检测芯片U2引脚Vss接地,掉电检测芯片U2的引脚Vout输出信号给外部,用于产生中断GPIO_INT1,告知电源输入端Vin是否掉电。
所述控流模块中电流控制芯片U1的引脚SFR和引脚SPN分别连接电阻R6的两端,并且引脚SFR和引脚SPN之间连接有电容C8,用于检测输出的充电电流值是否为设定输出值。
所述控流模块的电压输出端Vout连接PMOS管D9的源极,PMOS管D9的漏极连接二极管D10的正极端并输出至负载,PMOS管D9的栅极依次连接电阻R29和电阻R30后连接至NMOS管D11的漏极,PMOS管D9的源极连接电阻R28并和电阻R29并联,NMOS管D11的源极接地,栅极连接充电控制开关GPIO_INT2。
本发明原理
本发明中,以图1和图2上的器件参数为例,电流控制芯片U1采用BQ24640芯片,掉电检测芯片U2采用MCP111芯片,采用10个恒流充电模块串联,每个恒流充电模块的电路结构相同,电阻R3、R4对引脚VREF分压,引脚ISET检测电压值,控制充电电流值稳定,其充电电流ICHARGE=VISET/(20xR6)=0.4/(20x0.01)=2A,如果按照常规方式,在充电的瞬间电流会非常大,导致接入电源所有电流被吸进来给电容充电,导致其他用电设备工作异常,而在本实施例中,以图1中的电路结构,则能使充电电流值稳定在2A,本发明的电阻R7、R8分压控制电压输出端Vout的输出,Vout=VFBx(R7+R8)/R8=2.1x(100+10)x10=23.1V,根据需要调节想要输出的电压,输出的电压对图2中的电容C12、C13.....C19、C20充电,如图2所示,稳压二极管D6恒定输出1.25V,稳压二极管D6和PNP型三极管D12控制输出每个电容两端的电压不超过2.5V,V=1.25x(R10+R11)/R11=2.5V,如果超过,PNP型三极管D12导通,此恒流充电模块中的电容充电电流减小,其它恒流充电模块中的充电电流增加,以保证每个电容均匀充电,保证电容的寿命,采用电容充电,内部为电解液和铝箔,废弃也不会对环境造成污染,环保。
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 (4)

1.一种稳压可调输出的快速充电备用电源,其特征在于,包括:
控流模块,所述控流模块通过一电源输入端Vin连接工作电源,控制充电电流值和输出电压值,控流模块至少包括一电压输出端Vout,用于输出经过控流模块控制后稳定的充电电流值和输出电压值,
恒流充电模块,若干个恒流充电模块串联于所述控流模块的电压输出端Vout与地端GND之间,并且电压输出端Vout连接负载,所述恒流充电模块以电容为充电载体并设有调节电路,调节每个串联的恒流充电模块中电容的充电速度,使得每个电容均匀充电;
所述控流模块包括电流控制芯片U1,所述电流控制芯片U1的引脚VCC分别连接电容C5和上拉电阻R5的一端,电容C5的另一端接地,上拉电阻R5的另一端分别连接续流二极管D2的负极端和NMOS管D4的漏极,续流二极管D2的正极端连接电源输入端Vin,并且续流二极管D2的正极端通过电容C1、电容C2、电容C3并联接地,电源输入端Vin依次通过二极管D1、电阻R1、电阻R2正向串联接地;
所述电流控制芯片U1的引脚VREF通过电阻R3和电阻R4串联后再并联电容C4接地,电阻R4的高电平端分压连接至电流控制芯片U1的引脚ISET,用于设定充电电流;
所述电流控制芯片U1的引脚CE连接引脚VREF,电流控制芯片U1的引脚REGN通过续流二极管D3正向连接引脚BTST,并且引脚REGN通过电容C6接地,电流控制芯片U1的引脚BTST通过电容C7连接引脚PH;
所述电流控制芯片U1的引脚PH通过电感L1和电阻R6串联后再通过电容C9、电容C10、电容C11并联接地作为电压输出端Vout,电压输出端Vout通过电阻R7和电阻R8串联接地,电阻R8的高电平端分压连接至电流控制芯片U1的引脚VFB;
所述电流控制芯片U1的引脚HIDRV连接NMOS管D4的栅极,NMOS管D4的源极分别连接引脚PH和NMOS管D5的漏极,NMOS管D5的栅极连接引脚LODRV,D4栅极接HIDRV, NMOS管D5栅极连接电流控制芯片U1的引脚LODRV,源极接地;
所述恒流充电模块包括PNP型三极管D12,所述PNP型三极管D12的发射极通过电阻R14连接控流模块的电压输出端Vout,PNP型三极管D12的基极连接电阻R13的一端,电阻R13的另一端分别连接稳压二极管D6的负极端和电阻R12的一端,电阻R12的另一端连接电压输出端Vout,PNP型三极管D12集电极连接电阻R15的一端,电阻R15的另一端分别连接稳压二极管D6的正极端和电阻R11的一端,电阻R11的另一端通过电阻R10串接至电压输出端Vout,电阻R11的另一端分压连接至稳压二极管D6的参考电源端,电压输出端Vout通过并联的电容C12、电容C13、电容C14连接至电阻R15的另一端和下一级的恒流充电模块。
2.根据权利要求1所述的稳压可调输出的快速充电备用电源,其特征在于,所述控流模块中电阻R2的高电平端分压连接至掉电检测芯片U2的引脚Vin,用于通过分压检测输入电压,掉电检测芯片U2引脚Vss接地,掉电检测芯片U2的引脚Vout输出信号给外部,用于产生中断GPIO_INT1,告知电源输入端Vin是否掉电。
3.根据权利要求1所述的稳压可调输出的快速充电备用电源,其特征在于,所述控流模块中电流控制芯片U1的引脚SFR和引脚SPN分别连接电阻R6的两端,并且引脚SFR和引脚SPN之间连接有电容C8,用于检测输出的充电电流值是否为设定输出值。
4.根据权利要求1所述的稳压可调输出的快速充电备用电源,其特征在于,所述控流模块的电压输出端Vout连接PMOS管D9的源极,PMOS管D9的漏极连接二极管D10的正极端并输出至负载,PMOS管D9的栅极依次连接电阻R29和电阻R30后连接至NMOS管D11的漏极,PMOS管D9的源极连接电阻R28并和电阻R29并联,NMOS管D11的源极接地,栅极连接充电控制开关GPIO_INT2。
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