CN201781300U - 锂电型便携式多功能电源 - Google Patents
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Abstract
锂电型便携式多功能电源，包括电源主机、救车电缆、DC5/12V输出电缆、充电器、逆变输出电缆、DC 6.0V～30V输出电缆，其中电源主机包括锂电池、DC/AC逆变模块、DC/DC低压直流模块、单片机模块、LCD显示屏、总开关和薄膜开关，单片机模块分别与DC/AC逆变模块、DC/DC低压直流模块、LCD显示屏和薄膜开关连接，锂电池分别与DC/AC逆变模块和DC/DC低压直流模块连接，DC/AC逆变模块与DC/DC低压直流模块连接，DC/DC低压直流模块与总开关连接，锂电池分别与充电器和救车电缆连接，DC/AC逆变模块与逆变输出电缆连接，DC/DC低压直流模块分别与DC5/12V输出电缆和DC 6.0V～30V输出电缆连接。本实用新型是一种采用模块化设计的多功能电源，它集市电充电、太阳能、汽车电池充电等于一身，实现了交、直流多路输出。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种便携式电源，特别是涉及一种锂电型便携式多功能电源，属于军用野战移动式多功能电源应急技术领域。
背景技术
随着市场经济的快速发展，我国信息产业结构也发生了深刻的变化，从而带动了微电子技术和电力电子技术的发展，也促进了电源技术的大发展。目前各类先进电源产品已经广泛的应用到农业、工业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、国防、教育、文化等领域。各行各业迅猛发展的同时又对电源产业提出了更多、更高的要求。如节能、节材、减重、防止污染、可靠、安全等。
当前的电源产业，占主导地位的产品有线性稳压电源、通讯用AC/DC开关电源、DC/DC开关电源、交流变频电源、中频感应加热电源、正弦波逆变电源、大功率高频直流稳压电源、绿色照明电源、化学电源、光伏逆变电源等。现有大多电源功能集成度较低，输出路数少，应用方面受到限制。
便携式电源发展至今，实现高集成、高智能、节能高效的呼声也日渐增强。电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。本实用新型正是顺应市场需求，满足现代化用户多种需求的电源系统。
实用新型内容
本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种成本低、重量轻、节能环保且具有多种功能于一体的锂电型便携式多功能电源。
本实用新型的技术解决方案是：锂电型便携式多功能电源，包括电源主机、救车电缆、DC5/12V输出电缆、充电器、逆变输出电缆、DC 6.0V～30V输出电缆，其中电源主机包括锂电池、DC/AC逆变模块、DC/DC低压直流模块、单片机模块、LCD显示屏、总开关和薄膜开关，单片机模块分别与DC/AC逆变模块、DC/DC低压直流模块、LCD显示屏和薄膜开关连接，锂电池分别与DC/AC逆变模块和DC/DC低压直流模块连接，DC/AC逆变模块与DC/DC低压直流模块连接，DC/DC低压直流模块与总开关连接，锂电池分别与充电器和救车电缆连接，DC/AC逆变模块与逆变输出电缆连接，DC/DC低压直流模块分别与DC5/12V输出电缆和DC 6.0V～30V输出电缆连接。
所述的DC/AC逆变模块包括隔离变换模块、全桥逆变模块、PWM控制模块和SPWM控制模块，锂电池的电压经隔离变换模块并由PWM控制模块控制隔离变换模块后端输出DC360V电压，DC360V电压再经SPWM控制模块控制的全桥逆变模块转换为AC220V输出。
所述的DC/DC低压直流模块包括DC5V固定电压输出模块、DC12V固定电压输出模块和DC6.0V～30V连续可调电压输出模块，DC5V固定电压输出模块和DC12V固定电压输出模块分别与锂电池连接，将锂电池的电压隔离变换成5V和12V输出，DC6.0V～30V连续可调电压输出模块与DC/AC逆变模块中的DC360V输出电压相连，将DC360V隔离变换输出DC 6.0V～30V连续可调电压输出。
所述的单片机模块包括A/D采集前端调整电路、A/D采集模块、键盘输入电路、温度保护电路、I/O模块、D/A输出模块、模拟输出调整电路、RS232串口模块和RS232串口接口电路，DC5V、12V、锂电池的电压通过A/D采样前端调整电路把采样信号传输给A/D采样模块，经单片机处理后输出的电压显示信号经RS232串口模块、RS232串口接口电路传到LCD液晶显示屏，键盘输入电路经I/O模块把要输出的DC6.0V～30V可调电压输入单片机，经单片机处理后，把输出信号经D/A输出模块、模拟输出调整电路对DC6.0V～30V连续可调电压输出模块的电压进行调节，键盘输入电路通过薄膜开关对DC/AC逆变模块的输出进行开关控制，温度保护电路经I/O模块把温度信号输入单片机，经单片机处理后，把输出信号经RS232串口模块、RS232串口接口电路传到LCD液晶显示屏。
所述的充电器包括快速充电器和集成充电器，快速充电器由市电供电，集成充电器由太阳能板或汽车电瓶供电。
所述的DC6.0V～30V连续可调电压输出模块包括隔离变换模块、高频滤波模块和PWM控制模块，DC360V电压经隔离变换模块得到交流方波，交流方波再经高频滤波模块得到DC6.0V～30V输出电压，PWM控制模块与隔离变换模块相连用于控制输出电压，隔离变换模块采用半桥变换拓扑结构。
所述的DC12V固定电压输出模块包括隔离变换模块、高频滤波模块和PWM控制模块，锂电池电压经隔离变换模块输出交流方波，交流方波再经高频滤波得到DC12V，PWM控制模块与隔离变换模块相连用于控制输出电压，隔离变换模块采用单端反激变换器，PWM控制模块由电流型PWM芯片、光耦、基准源和阻容器件组成。
所述的DC5V固定电压输出模块采用开关感应转换型DC/DC稳压器。
本实用新型与现有技术相比有益效果为：
(1)本实用新型对市场上现有DC/AC逆变模块在性能进行了改进，市场上的多为修正波DC/AC逆变模块，而本实用新型中的DC/AC逆变模块为纯正弦波DC/AC逆变模块，它具有启动负载性能好，适用性强等特点，能满足不同负载的要求，可以带纯阻性、纯感性、纯容性以及由它们组成的多样负载；
(2)本实用新型不仅有完美的正弦波交流输出，还有DC 5V、DC 12V固定电压输出，以及DC 6.0V～30V连续可调电压输出；
(3)本实用新型是一种采用模块化设计的多功能电源，它集市电充电、太阳能、汽车电池充电等于一身，实现了交、直流多路输出，并且交流输出功率达150W，可为小型用电设备提供电力，采用模块化设计，互换性好，结构布局设计合理、便于维修，满足应急条件下的使用需求；
(4)本实用新型采用体积小、重量轻的锂电池作为储能模块，与同等规格容量的铅酸电池相比重量减轻了2/3，在使用、维护和管理上有着明显的优势，从整体上减轻了便携式电源的重量，其军用野战更加灵活、方便的优势尤显突出；同时考虑到使用环境的适宜性，配备两种充电器，以适应不同环境下的不同需求。
(5)本实用新型提供了受控输出DC 6.0V～30V连续可调电压，在可调电压范围内输出电流达1A，满足对不同设备对不同电压的需求；
(6)本实用新型输出固定DC 5.0V和DC 12V，为野外条件下各种小型用电设备提供快速应急保障；
(7)本实用新型采用高强度铝合金材料制作电源主机1的外壳，既保证了整机结构的强度，又减轻整机重量；
(8)本实用新型适用于特殊应急场所，特别适合野外探险，边远山区等一些经济不发达地区。
附图说明
图1为本实用新型的整体示意图；
图2为本实用新型功能框图；
图3为本实用新型电源主机结构框图；
图4为本实用新型DC/AC逆变模块电路原理框图；
图5为本实用新型DC12V固定电压输出模块电路原理框图；
图6为本实用新型DC6.0V～30V连续可调电压输出模块电路原理框图；
图7为本实用新型单片机模块电路原理框图；
图8为本实用新型DC12V固定电压输出模块电压采样与反馈电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，锂电型便携式多功能电源，包括电源主机1、救车电缆2、DC5/12V输出电缆3、充电器4、逆变输出电缆5和DC 6.0V～30V输出电缆6。充电器4通过自身带的电缆与电源主机相连，救车电缆2、DC5/12V输出电缆3、逆变输出电缆5和DC 6.0V～30V输出电缆6的一端与电源主机1相连，它们的另一端与各自的负载相连。
电源主机1通过救车电缆2于汽车电瓶相连用于启动汽车；电源主机1通过DC5/12V输出电缆3对外输出DC5V和12V电压，为小功率直流设备提供电能。当存在太阳能电池板时可以通过充电器4对电源主机1进行充电；无太阳能电池板时也可用汽车电瓶通过充电器4对电源主机1进行充电；还可以用市电通过充电器4对电源主机1充电。电源主机1通过逆变输出电缆5为小功率交流设备提供交流电。电源主机1通过DC 6.0V～30V输出电缆6输出DC6.0V～30V可调电压，可为多种直流设备供电。
如图2所示，本实用新型工作原理为：
位于室内情况时，可以用市电通过快速充电器为电源主机1充电，其充电时间短，快捷；当位于室外时，可以用太阳能板或汽车电瓶通过集成充电器为电源主机1充电，其较便携，移动性强。当汽车电瓶亏电不能启动时，电源主机1可以通过救车电缆2来启动汽车。电源主机1提供交流AC220V电压，可为小型交流设备供电。电源主机1具有DC5V、12V，DC 6.0V～30V可调电压输出功能，可为直流设备提供电能。
电源主机1如图3所示，它是锂电型便携多功能电源的核心，完成各种能源输入到输出的变换、系统控制、显示及保护功能。电源主机1主要包括DC/AC逆变模块、DC/DC低压直流模块、单片机模块、锂电池、LCD显示屏、总开关和薄膜开关。单片机模块分别与DC/AC逆变模块、DC/DC低压直流模块、LCD显示屏和薄膜开关连接，锂电池分别与DC/AC逆变模块和DC/DC低压直流模块连接，DC/AC逆变模块与DC/DC低压直流模块连接，DC/DC低压直流模块与总开关连接，锂电池分别与充电器4和救车电缆2连接，DC/AC逆变模块与逆变输出电缆5连接，DC/DC低压直流模块分别与DC5/12V输出电缆3和DC 6.0V～30V输出电缆6连接。
DC/AC逆变模块如图4所示，包括隔离变换模块、全桥逆变模块、PWM控制模块和SPWM控制模块。锂电池经隔离变换模块并由PWM控制模块控制隔离变换模块后端输出电压，使输出电压稳定在高压直流DC360V，其中PWM控制模块并有过压、欠压、过温等保护功能。DC360再经SPWM控制模块控制的全桥逆变模块使输出电压转换为AC220V，另外SPWM控制模块还具有过流保护功能。
全桥逆变模块采用全桥变换技术。全桥变换技术所用的驱动信号由SPWM控制模块提供。SPWM控制模块主要采用调制法，即把正弦波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的SPWM波。目前应用最多的是采用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称，这符合SPWM控制的要求。载波和调制波经过电压信号的合成和变换，送到逆变功率部分的是SPWM的驱动信号，用以驱动功率MOS管生成按正弦波规律的功率方波。在通过输出滤波后得到完美的正弦波。同时，DC/AC逆变模块设有原边电流逐个脉冲检测，支持输出短路，输出过流、过压保护，保护特性可以按用户要求设定。DC/AC逆变模块具有过温保护，内部过温保护设定点为75℃±5℃，该电路动作后，关闭DC/AC逆变模块输出。本实用新型的DC/AC逆变模块输出功率达150W，能满足等效负载中小功率用电设备的需求。
DC/DC低压直流模块有三路直流输出，DC5V、DC 12V固定电压输出和DC6.0V～30V连续可调电压输出。DC/DC低压直流模块包括DC5V固定电压输出模块、DC12V固定电压输出模块和DC6.0V～30V连续可调电压输出模块，DC5V固定电压输出模块和DC12V固定电压输出模块与锂电池连接，将锂电池的电压隔离变换成5V和12V输出；DC6.0V～30V连续可调电压输出模块将DC/AC逆变模块中的DC360V经隔离变换输出DC 6.0V～30V连续可调电压。
DC5V固定电压输出模块由锂电池作为输入供电。它采用美国TI公司集成开关感应转换型DC/DC稳压器TPS5430，外部器件仅需2只电阻3只电容和1只电感。该稳压器采用同步校正技术，转换效率高、尺寸小。封装为8HSOIC，输出额定电流为3A，转换效率高达95％，负载稳定度优于2％。
DC12V固定电压输出模块如图5所示，采用单端反激变换器，将电池电压经变压器隔离变换输出稳定的DC 12V。DC12V固定电压输出模块包括隔离变换模块、高频滤波模块和PWM控制模块。DC 12V固定电压输出由锂电池经隔离变换模块输出交流方波，此交流方波再经高频滤波得到DC12V。PWM控制模块与隔离变换模块相连用于控制输出电压，并具有过流保护功能。DC12V固定电压输出模块中的隔离变换采用单端反激结构，使用器件少，性能优良。
DC12V固定电压输出模块中的PWM控制模块主要由电流型PWM芯片UC2843、光耦、基准源和阻容等器件组成。传统的电压反馈回路结构简单、成本低，但输出电压稳定精度不高，抗干扰能力差。为了提高输出电压的稳定度，电压采样及反馈回路由光耦PC817，基准源TL431及与它们相连的阻容网络构成(如图8)。改进后的反馈回路在实际应用中，测试结果表明：此电路性能指标明显好于传统反馈电路；动态响应快，控制精度高，性能稳定可靠。
DC6.0V～30V连续可调电压输出模块如图6所示，采用半桥变换器，将DC/AC逆变模块中的DC360V经变压器隔离变换输出稳定的DC 6.0V～30V连续可调电压。DC6.0V～30V连续可调电压输出模块包括隔离变换模块、高频滤波模块、PWM控制模块。DC360V经隔离变换模块得到交流方波，然后交流方波再经高频滤波模块得到DC6.0V～30V输出电压，PWM控制模块与隔离变换模块相连用于控制输出电压。
DC6.0V～30V连续可调电压输出模块的隔离变换模块采用半桥变换拓扑结构，PWM控制模块主要采用电压型控制芯片SG2525。输出电压直接反馈，驱动信号经隔离驱动变压器推动开关管。电压直接采样反馈提高了电路的动态响应和抗干扰能力。在变压器原边取电流反馈控制信号，当输出短路或过载时，电流信号能快速反应及时保护功率开关管。输出电压通过单片机控制模块并实时显示。
单片机模块如图7所示，A/D采集前端调整电路、A/D采集模块、键盘输入电路、温度保护电路、I/O模块、D/A输出模块、模拟输出调整电路、RS232串口模块、RS232串口接口电路。DC5V、12V、锂电池等电压通过A/D采样前端调整电路把采样信号传输给A/D采样模块，然后由单片机进行处理，输出的电压显示信号经RS232串口模块、RS232串口接口电路传到LCD液晶显示屏，然后由LCD液晶显示屏对电压进行显示。键盘输入电路经I/O模块把要输出的DC6.0V～30V可调电压输入单片机，经单片机处理后，把输出信号经D/A输出模块、模拟输出调整电路对DC6.0V～30V连续可调电压输出模块的电压进行调节；键盘输入电路还能通过薄膜按键对DC/AC逆变模块的输出进行开关控制。温度保护电路经I/O模块把温度信号输入单片机，经单片机处理后，把输出信号经RS232串口模块、RS232串口接口电路传到LCD液晶显示屏，然后由LCD液晶显示屏显示过温窗口。
锂电池作为储能模块，与同等规格容量的铅酸电池相比重量减轻了2/3，在使用、维护和管理上有着明显的优势，从整体上减轻了便携式电源的重量。锂电池并具有较强的瞬间放电能力，能紧急启动汽车。
LCD显示屏主要用于显示电源主机1的工作状态，分别显示DC 5V、DC12V、DC6.0V～30V、DC/AC逆变模块输出电压AC220V，其显示亮度高，字体图案显示清晰明亮，对比度高，无视觉障碍等优点。工作温度范围-20℃～70℃，背光亮度可以软件64级调节。
总开关用于控制电源主机1的输出，只有总开关开通才能使电源主机1的各路输出有相应电压。薄膜开关主要控制DC/AC逆变模块的输出和DC6.0V～30V可调直流电压的调节，通过薄膜按键可以选择DC6.0V～30V不同的电压；并能对DC/AC逆变模块的输出进行开关控制。
本实用新型考虑到使用环境的适宜性，配备两种充电器给锂电池充电，以适应不同环境下的不同需求。一种为快速充电器，一种为集成充电器。快速充电器主要由市电AC220作为输入，AC220经快速充电器充电电流可达20A，实现快速充电要求。集成充电器主要由太阳能板或汽车用电瓶提供输入电压，此电压经集成充电器得到锂电池所需的16.7V的充电电压，但充电电流较小，约为1A。
本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (8)
1.锂电型便携式多功能电源，其特征在于：包括电源主机(1)、救车电缆(2)、DC5/12V输出电缆(3)、充电器(4)、逆变输出电缆(5)、DC 6.0V～30V输出电缆(6)，其中电源主机(1)包括锂电池、DC/AC逆变模块、DC/DC低压直流模块、单片机模块、LCD显示屏、总开关和薄膜开关，单片机模块分别与DC/AC逆变模块、DC/DC低压直流模块、LCD显示屏和薄膜开关连接，锂电池分别与DC/AC逆变模块和DC/DC低压直流模块连接，DC/AC逆变模块与DC/DC低压直流模块连接，DC/DC低压直流模块与总开关连接，锂电池分别与充电器(4)和救车电缆(2)连接，DC/AC逆变模块与逆变输出电缆(5)连接，DC/DC低压直流模块分别与DC5/12V输出电缆(3)和DC 6.0V～30V输出电缆(6)连接。
2.根据权利要求1所述的锂电型便携式多功能电源，其特征在于：所述的DC/AC逆变模块包括隔离变换模块、全桥逆变模块、PWM控制模块和SPWM控制模块，锂电池的电压经隔离变换模块并由PWM控制模块控制隔离变换模块后端输出DC360V电压，DC360V电压再经SPWM控制模块控制的全桥逆变模块转换为AC220V输出。
3.根据权利要求1所述的锂电型便携式多功能电源，其特征在于：所述的DC/DC低压直流模块包括DC5V固定电压输出模块、DC12V固定电压输出模块和DC6.0V～30V连续可调电压输出模块，DC5V固定电压输出模块和DC12V固定电压输出模块分别与锂电池连接，将锂电池的电压隔离变换成5V和12V输出，DC6.0V～30V连续可调电压输出模块与DC/AC逆变模块中的DC360V输出电压相连，将DC360V隔离变换输出DC 6.0V～30V连续可调电压输出。
4.根据权利要求1所述的锂电型便携式多功能电源，其特征在于：所述的单片机模块包括A/D采集前端调整电路、A/D采集模块、键盘输入电路、温度保护电路、I/O模块、D/A输出模块、模拟输出调整电路、RS232串口模块和RS232串口接口电路，DC5V、12V、锂电池的电压通过A/D采样前端调整电路把采样信号传输给A/D采样模块，经单片机处理后输出的电压显示信号经RS232串口模块、RS232串口接口电路传到LCD液晶显示屏，键盘输入电路经I/O模块把要输出的DC6.0V～30V可调电压输入单片机，经单片机处理后，把输出信号经D/A输出模块、模拟输出调整电路对DC6.0V～30V连续可调电压输出模块的电压进行调节，键盘输入电路通过薄膜开关对DC/AC逆变模块的输出进行开关控制，温度保护电路经I/O模块把温度信号输入单片机，经单片机处理后，把输出信号经RS232串口模块、RS232串口接口电路传到LCD液晶显示屏。
5.根据权利要求1所述的锂电型便携式多功能电源，其特征在于：所述的充电器(4)包括快速充电器和集成充电器，快速充电器由市电供电，集成充电器由太阳能板或汽车电瓶供电。
6.根据权利要求3所述的锂电型便携式多功能电源，其特征在于：所述的DC6.0V～30V连续可调电压输出模块包括隔离变换模块、高频滤波模块和PWM控制模块，DC360V电压经隔离变换模块得到交流方波，交流方波再经高频滤波模块得到DC6.0V～30V输出电压，PWM控制模块与隔离变换模块相连用于控制输出电压，隔离变换模块采用半桥变换拓扑结构。
7.根据权利要求3所述的锂电型便携式多功能电源，其特征在于：所述的DC12V固定电压输出模块包括隔离变换模块、高频滤波模块和PWM控制模块，锂电池电压经隔离变换模块输出交流方波，交流方波再经高频滤波得到DC12V，PWM控制模块与隔离变换模块相连用于控制输出电压，隔离变换模块采用单端反激变换器，PWM控制模块由电流型PWM芯片、光耦、基准源和阻容器件组成。
8.根据权利要求3所述的锂电型便携式多功能电源，其特征在于：所述的DC5V固定电压输出模块采用开关感应转换型DC/DC稳压器。
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