CN203278376U - 备用电源的自控制多电压输出系统 - Google Patents

备用电源的自控制多电压输出系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种备用电源的自控制多电压输出系统,其包括市电充电单元、太阳能充电单元、蓄电池组、充放电保护单元和电源输出单元,市电充电单元和太阳能充电单元通过充放电保护单元以择一方式对蓄电池组进行充电,充放电保护单元的输出端与电源输出单元的输入端连接并对蓄电池组的电能进行放电管理,电源输出单元包括用于输出5~36V直流电压的第一直流电源输出电路、用于输出4~6V直流电压的第二直流电源输出电路、用于输出10~14V直流电压的第三直流电源输出电路和用于输出AC220V/50Hz交流电压的交流电源输出电路。本实用新型具备太阳能充电和市电充电功能,能实现多电压输出功能,整合多种常用电压于一体,携带方便。

Description

备用电源的自控制多电压输出系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电源设备,更具体地说,是涉及一种备用电源的自控制多电压输出系统。
背景技术
[0002] 随着消费类电子产品在人们日常生活中的应用越来越多,如:笔记本电脑、MP3、MP4、手机、数码相机等,该消费类电子产品已成为人们生活中不可缺少的一部分。随着消费类电子产品的日益增多,随之而来的便产生一个问题,现有技术中的消费类电子产品大多是采用锂电池进行供电,不可避免的会产生使用到一半的时候,锂电池突然没电的情况。虽然各种电子产品一般都会配备一个充电器,但是,由于各个电子产品需要的电压高低不同,而且,各种电子产品的电源接口也不尽相同,所以,没有办法做到充电器的通用,如果携带多个电子产品出差、旅游,就要同时携带多个充电器,造成很多不便。同时,目前的消费类电子产品充电器都只具有电压转换和充电功能,在没有外接电源的情况,就显得无能为力了。
实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的在于克服现有技术中的上述缺陷,提供一种具有市电和太阳能充电功能并整合多种常用电压于一体的备用电源的自控制多电压输出系统。
[0004] 为实现上述目的,本实用新型提供的技术方案如下:一种备用电源的自控制多电压输出系统,其包括市电充电单元、太阳能充电单元、蓄电池组、充放电保护单元和电源输出单元,所述市电充电单元和所述太阳能充电单元通过所述充放电保护单元以择一方式对所述蓄电池组进行充电,所述充放电保护单元的输出端与所述电源输出单元的输入端连接并对所述蓄电池组的电能进行放电管理,所述电源输出单元包括:
[0005] 第一直流电源输出电路,用于将所述蓄电池组放电后的直流电压通过同步升降压方式变成5〜36V直流电压供外部负载使用;
[0006] 第二直流电源输出电路,用于将所述蓄电池组放电后的直流电压通过同步降压方式变成10〜14V直流电压供外部负载使用;
[0007] 第三直流电源输出电路,用于将所述蓄电池组放电后的直流电压通过同步降压方式变成4〜6V直流电压供外部负载使用;以及
[0008] 交流电源输出电路,用于将所述蓄电池组放电后的直流电压转换成AC220V/50HZ的交流电压供外部负载使用。
[0009] 与现有技术相比,本实用新型的有益效果在于:
[0010] 1、本实用新型具备太阳能充电和市电充电功能,实用性强,携带方便,可进行室外作业,如在晴天的环境下,太阳能充电能在5小时内将蓄电池组充足,市电充电能在3〜4小时内完成充电。
[0011] 2、本实用新型的电源输出单兀包括用于输出5〜36V直流电压的第一直流电源输出电路、用于输出4〜6V直流电压的第二直流电源输出电路、用于输出10〜14V直流电压的第三直流电源输出电路和用于输出AC220V/50HZ交流电压的交流电源输出电路,能实现多电压输出功能,整合多种常用电压于一体,能满足所有使用DC20V、DC5V、DC12V的电子产品供电,AC220V/50HZ的交流电压符合中国的电压标准,能满足功率为500W以内的电子产品使用,可驱动400W以内的感性负载(如电动机)。
附图说明
[0012] 图1是本实用新型的电路结构方框图。
[0013] 图2是本实用新型的市电充电单元的电路原理图。
[0014] 图3是本实用新型的MPPT电路的电路原理图。
[0015] 图4是本实用新型的蓄电池组的电路原理图。
[0016] 图5是本实用新型的充放电保护单元的电路原理图。
[0017] 图6是本实用新型的显示单元的电路原理图。
[0018] 图7是本实用新型的第一直流电源输出电路的电路原理图。
[0019] 图8是本实用新型的第二直流电源输出电路的电路原理图。
[0020] 图9是本实用新型的第三直流电源输出电路的电路原理图。
[0021] 图10是本实用新型的交流电源输出电路的电路原理图。
具体实施方式
[0022] 为了阐述本实用新型的思想及目的,下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0023] 请参考图1,图中示出了一种备用电源的自控制多电压输出系统,其包括市电充电单元1、太阳能充电单元2、蓄电池组3、充放电保护单元4、电源输出单元5和显示单元6。该备用电源的自控制多电压输出系统具有市电和太阳能充电功能并整合多种常用电压于一体。
[0024] 如图2所示,市电充电单元I包括整流器11、PWM控制芯片N5、MOS管Q19、变压器12、光稱合器13和恒流/恒压器14。市电充电单兀I将AC100-240V的输入电压转换成DC21.6V/6A输出,对蓄电池组3进行充电,具备恒流恒压功能。由于市电充电单元I为现有技术,在此不再赘述。
[0025] 如图3所示,太阳能充电单元2由太阳能板21和MPPT电路22组成,MPPT电路22实时侦测太阳能板21的发电电压,并追踪最高电压电流值,以最高的效率对蓄电池组充电。其中,太阳能板21输出的电压为21〜27V,MPPT电路22包括PWM控制芯片N4、M0S管Q9、Q10、电阻R5、电感L4、电容C10、C11和二极管Dl,PWM控制芯片N4分别与MOS管Q9、Q10的栅极连接并输出驱动信号控制MOS管Q9、QlO的导通或截止,电流通过MOS管Q9、QlO输出,输出电流自动调节,电感L4的一端连接在MOS管Q9的源极与MOS管QlO的漏极之间,另一端连接电阻R5,电阻R5为电流检测电阻,电容CIO、Cll的正极和二极管Dl的阳极分别与电阻R5连接,电容C10、C11的负极接地,MPPT电路22的输出电压为20.8V。太阳能充电单元2增强本实用新型的环保性,还扩大本实用新型的适用环境。
[0026] 市电充电单元I和太阳能充电单元2通过充放电保护单元4以择一方式对蓄电池组3进行充电,无市电输入时太阳能板21给蓄电池组3充电。在晴天的环境下,太阳能充电能在5小时内将蓄电池组充足,市电充电能在3〜4小时内完成充电。
[0027] 如图4所示,蓄电池组3由若干单节锂电池采用串联和并联方式连接组成。在本实施例中,蓄电池组3的型号优选为18650或26700,18650采用5颗串联12颗并联的锂电池组设计,26700为5颗串联6颗并联的锂电池组设计。单颗锂电池电压为2.8〜4.2V,蓄电池组3的输出电压为14.8〜21V。
[0028] 如图1和图5所示,充放电保护单元4的输入端与蓄电池组3的输出端连接,充放电保护单元4的输出端与电源输出单元5的输入端连接并对蓄电池组3的电能进行放电管理。具体的,充放电保护单元4包括充放电管理芯片Ul、MOS管Qll、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16、Q17、Q18和电阻R6、R7。其中,MOS管Qll、Q12、Q13、Q14的漏极分别与蓄电池组3的输出端连接,MOS管QlU Q12、Q13、Q14的源极通过电阻R6后接地,MOS管QlU Q12、Q13、Q14的栅极分别与充放电管理芯片Ul的输入端连接,MOS管Qll、Q12、Q13、Q14为充电控制MOS管,电阻R6为电流检测电阻,如充电电流过大,或者充电电压过高,或者电池充满后,则自行关断电池。MOS管Q15、Q16、Q17、Q18的漏极分别与电源输出单元5的输入端连接,MOS管Q15、Q16、Q17、Q18的源极通过电阻R7后接地,MOS管Q15、Q16、Q17、Q18的栅极分别与充放电管理芯片Ul的输出端连接,MOS管Q15、Q16、Q17、Q18为输出控制MOS管,输出电压为14.8〜21V,电阻R7为电流检测电阻,如放电电流过大,或者负载短路,或者电压低于14.8V时,则自行关断保护电池。
[0029] 如图1和图6所示,显示单元6与充放电保护单元4的输出端相连接,用于显示蓄电池组3的工作状态和充电状态的显示单元6。其中,显示单元6包括MCU61、比较器62、数码管63、发光二极管D2、D3和Buck变换器64,MCU61分别与比较器62、数码管63和Buck变换器64连接,MCU61通过比较器62和Buck变换器64监测充放电保护单元4的输出端的电压,驱动数码管63进行显示。数码管63显示蓄电池组3在工作状态下的电压段,分
1、2、3、4、5的数字进行显示,显示单元6的监测点为充放电保护单元4的输出端,当电压低于15.8V时,通过MCU61进行A/D转换,驱动数码管63,显示数字1,如此类推,显示2时为16.8V。发光二极管D2、D3设置为红、绿LED,用于显示充电状态。
[0030] 如图1所不,电源输出单兀5包括第一直流电源输出电路51、第二直流电源输出电路52、第三直流电源输出电路53和交流电源输出电路54。
[0031 ] 如图7所示,第一直流电源输出电路51用于将蓄电池组3放电后的直流电压通过同步升降压方式变成5〜36V直流电压供外部负载使用。具体的,第一直流电源输出电路51包括PWM控制芯片N1、MOS管Ql、Q2、Q3、Q4、电阻RU R2、电感LI和电容C2、C3,PWM控制芯片NI分别与MOS管Ql、Q2、Q3、Q4的栅极连接并输出驱动信号控制MOS管Ql、Q2、Q3、Q4的导通或截止,电流通过MOS管Q1、Q2、Q3、Q4输出,电感LI的一端连接在MOS管Ql的源极与MOS管Q2的漏极之间,另一端连接在MOS管Q3的源极与MOS管Q4的漏极之间,MOS管Q2、Q3的源极连接电阻R2后接地,电阻Rl的一端连接MOS管Q3的漏极,另一端连接电容C2、C3的正极,电容C2、C3的负极接地。第一直流电源输出电路51可以输出DC5〜36V中的任意值,最大电流为5A,最大功率为180W,高效率达94%以上,适合DC20V/5A的直流供电的电器使用。
[0032] 如图8所示,第二直流电源输出电路52用于将蓄电池组3放电后的直流电压通过同步降压方式变成10〜14V直流电压供外部负载使用。具体的,第二直流电源输出电路52包括PWM控制芯片N2、M0S管Q5、Q6、电阻R3、电感L2和电容C4、C5,PWM控制芯片N2分别与MOS管Q5、Q6的栅极连接并输出驱动信号控制MOS管Q5、Q6的导通或截止,电流通过MOS管Q5、Q6输出,电感LI的一端连接在MOS管Q5的源极与MOS管Q6的漏极之间,另一端连接电阻R3,电容C4、C5的正极与电阻R3连接,电容C4、C5的负极接地。第二直流电源输出电路52可以输出DClO〜14V中的任意值,最大电流为5A,最大功率为70W,高效率达92%以上,适合DC12V/4A的直流供电的电器使用。
[0033] 如图9所示,第三直流电源输出电路53用于将蓄电池组3放电后的直流电压通过同步降压方式变成4〜6V直流电压供外部负载使用。具体的,第三直流电源输出电路53包括PWM控制芯片N3、M0S管Q7、Q8、电阻R4、电感L3和电容C7、C8,PWM控制芯片N3分别与MOS管Q7、Q8的栅极连接并输出驱动信号控制MOS管Q7、Q8的导通或截止,电流通过MOS管Q7、Q8输出,电感L3的一端连接在MOS管Q7的源极与MOS管Q8的漏极之间,另一端连接电阻R4,电容C7、C8的正极与电阻R4连接,电容C7、C8的负极接地。第三直流电源输出电路53可以输出DC4〜6V中的任意值,最大电流为5A,最大功率为30W,高效率达90%以上,适合DC5V/4A的直流供电的电器使用。
[0034] 如图10所示,交流电源输出电路54用于将蓄电池组3放电后的直流电压转换成AC220V/50HZ的交流电压供外部负载使用。交流电源输出电路54包括与充放电保护单元4的输出端相连接的DC/AC转换器,DC/AC转换器可以将DC15〜21V的电压转换成AC220V/50Hz/2.5A的功率持续输出,最大峰值功率为1300W,持续时间〈5秒,适合AC220V/3A的交流供电的电器使用,同时,AC220V/50HZ符合中国的电压标准,能满足功率为500W以内的电器使用,可驱动400W以内的感性负载,如:电动机。
[0035] 综上所述,蓄电池组3可通过市电充电单元I和太阳能充电单元2储存一定电能,并通过多种类型的电源输出电路输出,可实时为手机、手电筒、笔记本电脑等电器进行充电,本实用新型携带方便,可进行室外作业。
[0036] 上述实施例为本实用新型较佳的实施方式,但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种备用电源的自控制多电压输出系统,其特征在于:包括市电充电单元(I)、太阳能充电单元(2)、蓄电池组(3)、充放电保护单元(4)和电源输出单元(5),所述市电充电单元(I)和所述太阳能充电单元(2 )通过所述充放电保护单元(4 )以择一方式对所述蓄电池组(3)进行充电,所述充放电保护单元(4)的输出端与所述电源输出单元(5)的输入端连接并对所述蓄电池组(3)的电能进行放电管理,所述电源输出单元(5)包括: 第一直流电源输出电路(51),用于将所述蓄电池组(3)放电后的直流电压通过同步升降压方式变成5〜36V直流电压供外部负载使用; 第二直流电源输出电路(52),用于将所述蓄电池组(3)放电后的直流电压通过同步降压方式变成10〜14V直流电压供外部负载使用; 第三直流电源输出电路(53),用于将所述蓄电池组(3)放电后的直流电压通过同步降压方式变成4〜6V直流电压供外部负载使用;以及 交流电源输出电路(54),用于将所述蓄电池组(3)放电后的直流电压转换成AC220V/50HZ的交流电压供外部负载使用。
2.根据权利要求1所述的备用电源的自控制多电压输出系统,其特征在于:所述第一直流电源输出电路(51)包括PWM控制芯片N1、MOS管Ql、Q2、Q3、Q4、电阻Rl、R2、电感LI和电容C2、C3,所述PWM控制芯片NI分别与MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极连接并输出驱动信号控制MOS管Ql、Q2、Q3、Q4的导通或截止,电流通过MOS管Ql、Q2、Q3、Q4输出,所述电感LI的一端连接在MOS管Ql的源极与MOS管Q2的漏极之间,另一端连接在MOS管Q3的源极与MOS管Q4的漏极之间, 所述MOS管Q2、Q3的源极连接电阻R2后接地,所述电阻Rl的一端连接MOS管Q3的漏极,另一端连接电容C2、C3的正极,所述电容C2、C3的负极接地。
3.根据权利要求1所述的备用电源的自控制多电压输出系统,其特征在于:所述第二直流电源输出电路(52)包括PWM控制芯片N2、MOS管Q5、Q6、电阻R3、电感L2和电容C4、C5,所述PWM控制芯片N2分别与MOS管Q5、Q6的栅极连接并输出驱动信号控制MOS管Q5、Q6的导通或截止,电流通过MOS管Q5、Q6输出,所述电感LI的一端连接在MOS管Q5的源极与MOS管Q6的漏极之间,另一端连接电阻R3,所述电容C4、C5的正极与电阻R3连接,电容C4、C5的负极接地。
4.根据权利要求1所述的备用电源的自控制多电压输出系统,其特征在于:所述第三直流电源输出电路(53)包括PWM控制芯片N3、MOS管Q7、Q8、电阻R4、电感L3和电容C7、C8,所述PWM控制芯片N3分别与MOS管Q7、Q8的栅极连接并输出驱动信号控制MOS管Q7、Q8的导通或截止,电流通过MOS管Q7、Q8输出,所述电感L3的一端连接在MOS管Q7的源极与MOS管Q8的漏极之间,另一端连接电阻R4,所述电容C7、C8的正极与电阻R4连接,电容C7、C8的负极接地。
5.根据权利要求1所述的备用电源的自控制多电压输出系统,其特征在于:所述交流电源输出电路(54)包括与所述充放电保护单元(4)的输出端相连接的DC/AC转换器。
6.根据权利要求1所述的备用电源的自控制多电压输出系统,其特征在于:所述蓄电池组(3)由若干单节锂电池采用串联和并联方式连接组成。
7.根据权利要求1所述的备用电源的自控制多电压输出系统,其特征在于:所述太阳能充电单元(2 )由太阳能板(21)和MPPT电路(22 )组成,所述MPPT电路(22 )实时侦测所述太阳能板(21)的发电电压,并追踪最高电压电流值,以最高的效率对所述蓄电池组(3)充电,所述MPPT电路(22)包括PWM控制芯片N4、M0S管Q9、Q10、电阻R5、电感L4、电容CIO、Cll和二极管D1,所述PWM控制芯片N4分别与MOS管Q9、QlO的栅极连接并输出驱动信号控制MOS管Q9、QlO的导通或截止,电流通过MOS管Q9、QlO输出,所述电感L4的一端连接在MOS管Q9的源极与MOS管QlO的漏极之间,另一端连接电阻R5,所述电容C10、C11的正极和二极管Dl的阳极分别与电阻R5连接,电容CIO、Cll的负极接地。
8.根据权利要求1所述的备用电源的自控制多电压输出系统,其特征在于:所述充放电保护单元(4)包括充放电管理芯片UUMOS管QlU Q12、Q13、Q14、Q15、Q16、Q17、Q18和电阻R6、R7,所述MOS管Q11、Q12、Q13、Q14的漏极分别与所述蓄电池组(3 )的输出端连接,MOS管QlU Q12、Q13、Q14的源极通过电阻R6后接地,MOS管QlU Q12、Q13、Q14的栅极分别与充放电管理芯片Ul的输入端连接,所述MOS管Q15、Q16、Q17、Q18的漏极分别与所述电源输出单元(5)的输入端连接,MOS管Q15、Q16、Q17、Q18的源极通过电阻R7后接地,MOS管Q15、Q16、Q17、Q18的栅极分别与充放电管理芯片Ul的输出端连接。
9.根据权利要求1所述的备用电源的自控制多电压输出系统,其特征在于:还包括与所述充放电保护单元(4)的输出端相连接的用于显示所述蓄电池组(3)的工作状态和充电状态的显示单元(6),所述显示单元(6)包括MCU (61)、比较器(62)、数码管(63)、发光二极管D2、D3和Buck变换器(64),所述MCU (61)分别与比较器(62)、数码管(63)和Buck变换器(64 )连接,所述 MCU (61)通过比较器(62 )和Buck变换器(64 )监测所述充放电保护单元(4)的输出端的电压,驱动数码管(63)进行显示。
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