CN203326656U - 创新型车载多功能智能后备电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种创新型车载多功能智能后备电源，由恒压恒流单元接受来自太阳能或交流适配器或汽车蓄电瓶的电源，输出给车充插座、USB插座，对蓄电池进行充电；当微处理器检测到蓄电池电量下降到设定值时将发出控制信号给执行单元断开后备蓄电池通路同时发出报警声予以提醒；在需要输出交流电时，通过按键发出启动信号给微处理器，微处理器输出控制信号给执行单元将直流电源输入到纯正弦波逆变器后输出交流电压；纯正弦波逆变器的电压、电流及温度信息通过数据总线与微处理器相连，处理后予以实时显示和报警，本实用新型实现了功能多样，适用于多种电源输入和交直流输出及多种用电设备的移动电源。
Description
技术领域
本实用新型发明涉及一种直流电源装置，特别涉及一种车载后备电源多功能智能化控制技术。
背景技术
汽车蓄电瓶是为汽车发动机点火、照明、音响、空调、车载移动电视等提供电力的。在日常生活中，驾驶者最害怕的是蓄电池电量耗尽或者电力不足的情况发生了，使得汽车无法启动，车载多媒体系统工作不了，手机没有了电，在野外没有照明,应急环境中没有应急安全工具。这些都严重影响了使用者的出行和安全。此时，需要一种应急电源进行汽车启动，而现有的移动电源由于其设计上的原因，是不能作为汽车启动电源使用。
另外现有的移动电源一般只能输出直流电源，将汽车12v输出电源转为5V输出电源，以便给MP3/MP4/手机等数码产品充电，其功能比较单一，只能用于使用直流电源的用电设备。其功能单一，不能满足使用者的需求。
因此，针对现在市面上车载充电器或移动电源普遍存在的功能单一的问题，进行相应的技术创新，形成一个新型多功能产品成为了本实用新型发明需要解决的技术问题。
发明内容
本实用新型发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单，携带使用方伸，功能多样，适用于多种电源输入和交直流输出及多种用电设备的移动电源。
为解决上述技术问题，本实用新型发明采用的技术方案如下: 创新型车载多功能智能后备电源，其特征在于：恒压恒流单元（1）接受来自太阳能或交流适配器或汽车蓄电瓶的电源，微处理器（11）采集恒压恒流单元(1)的电压信号经延时后输出控制信号给继电器执行单元(2)，继电器执行单元(2)动作将输入电量加入到稳压单元(8)和降压单元(7)，稳压单元(8)输出稳定12V直流电压给车充插座；降压单元(7)输出稳定的5V直流电压给USB插座，恒压恒流单元(1)的电压信号送入后备蓄电池(4)对其进行充电；后备蓄电池(4)的电量通过传感器(5)输入微处理器(11)，当微处理器(11)检测到蓄电池电量下降到设定值时将发出控制信号给执行单元(3)断开后备蓄电池通路防止蓄电池亏电，同时发出报警声予以提醒；而当有外加太阳能或交流适配器或汽车蓄电瓶的电源时，微处理器(11)采集恒压恒流单元(1)的电压信号经延时后输出控制信号给继电器执行单元(3)接通充电回路对其充电；在需要输出交流电时，通过按键开关发出启动交流输出信号给微处理器(11)，微处理器(11)接受到按键信号后输出控制信号给继电器执行单元(6)将直流电源输入到纯正弦波逆变器(9)，经过变换后输出220V交流电压；纯正弦波逆变器(9)的电压、电流及温度信息通过数据总线与微处理器(11)相连，通过微处理器处理后予以实时显示和报警。
作为本发明的进一步改进，其特征还在于:在汽车蓄电瓶亏电无法启动时，创新型车载多功能智能后备电源将输出12V/300A电源给汽车蓄电瓶，帮助汽车正常启动。
作为本发明的进一步改进，其特征还在于:提供了一种防止汽车蓄电瓶反接的保护电路，微处理器(11)接收来自汽车蓄电瓶反接保护电路(10)的信息，当判断极性正确时微处理器(11)发出动作指令给汽车蓄电瓶反接保护电路(10)接通，将创新型车载多功能智能后备电源的电压输送给汽车蓄电瓶，当极性错误时，无控制指令输出，汽车蓄电瓶反接保护电路(10)处于关断状态，显示红色报警信号。
作为本发明的进一步改进，其特征还在于:纯正弦波逆变器采用了一款数字化的、功能完善的自带死区控制的纯正弦波逆变发生器芯片EG8010和桥式驱动专用集成芯片IR2110。
本实用新型发明的有益效果:本发明集成了车载充电器、移动电源、照明、警示、气泵、纯正弦波逆变器交流输出等多种功能，可以通过汽车12V/24V电源为数码产品充电，还可以通过内置电池为数码产品充电，配备的大功率LED灯可以提供48小时不间断日常照明功能，可以为汽车轮胎、气垫床、游泳圈、球类充气，可以为汽车临时抛锚提供安全警示，纯正弦波逆变器可以为交流电风扇、电视机、电钻等提供交流电源，该产品具有款式新颖、功能齐全、携带方便等优点，具有很强的实用性与推广价值。
附图说明。
图1：总体系统框图
图2：电源变换电路框图
图3：变换电路A原理简图
图4：变换电路B原理简图
图5：逆变器温度检测
图6：电瓶防止反接原理简图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型发明的具体实施方式作进一步详细的描述:
一种创新型车载多功能智能后备电源如图1所示，恒压恒流单元1接受来自太阳能或交流适配器或汽车蓄电瓶的电源，微处理器11采集恒压恒流单元1的电压信号经延时后输出控制信号给继电器执行单元2，继电器执行单元2动作将输入电量加入到稳压单元8和降压单元7，稳压单元8输出稳定12V直流电压给车充插座；降压单元7输出稳定的5V直流电压给USB插座。
同时恒压恒流单元1的电压信号送入后备蓄电池4对其进行充电。
当无外加太阳能或交流适配器或汽车蓄电瓶的电源时，多功能移动电源的输出电源就依靠后备蓄电池供电，后备蓄电池4的电量通过传感器5输入微处理器11，当微处理器11检测到蓄电池电量下降到设定值时将发出控制信号给执行单元3断开后备蓄电池通路防止蓄电池亏电，同时发出报警声予以提醒。而当有外加太阳能或交流适配器或汽车蓄电瓶的电源时，微处理器11采集恒压恒流单元1的电压信号经延时后输出控制信号给继电器执行单元3接通充电回路对其充电。
在需要输出交流电时，通过按键开关发出启动交流输出信号给微处理器11，微处理器11接受到按键信号后输出控制信号给继电器执行单元6将直流电源输入到纯正弦波逆变器9，经过变换后输出220V交流电压。
纯正弦波逆变器9的电压、电流及温度信息通过数据总线与微处理器11相连，通过微处理器处理后予以实时显示和报警。
在汽车蓄电瓶亏电无法启动时，创新型车载多功能智能后备电源将输出12V/300A电源给汽车蓄电瓶，帮助汽车正常启动。在创新型车载多功能智能后备电源与汽车蓄电瓶对接的时候，为避免将创新型车载多功能智能后备电源与汽车蓄电瓶电极接反，从而导致汽车汽车蓄电瓶或创新型车载多功能智能后备电源损坏的情况，本发明提供了一种防止汽车蓄电瓶反接的保护电路，微处理器11接收来自汽车蓄电瓶反接保护电路10的信息，当判断极性正确时微处理器11发出动作指令给汽车蓄电瓶反接保护电路10接通，将创新型车载多功能智能后备电源的电压输送给汽车蓄电瓶，当极性错误时，无控制指令输出，汽车蓄电瓶反接保护电路10处于关断状态，显示红色报警信号。
一种多功能移动电源中的纯正弦波逆变器是一种能够将后备蓄电池12V 直流电转换为和市电相同的 AC/220V 交流电，供一般电器使用，是一种方便的车载电源转换器。它具有良好的电气性能，还具备体积小，重量轻，成本低，可靠性高，抗干扰强等特点。
逆变电源质量的好坏极大地影响着电子设备的可靠性，其转换效率的高低和带负载能力的强弱直接关系着它的应用范围，因而本设计要求输出电压波形为纯正弦波，以克服方波逆变器负载能力差、不能带感性负载的缺点。
高性能的纯正弦波车载逆变电源是本实用新型发明的核心部分，由于微处理器技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易，可以采用单片机通过软件编程的方法实现，即根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形。但是计算法较繁琐, 硬件调制法就可以避免计算的繁琐，而且随着许多集成脉冲调宽芯片的出现，使得硬件电路的设计大大简化。因而本实用新型发明设计采用纯硬件电路来完成设计。而且本实用新型发明采用高频逆变方式，具有噪声降低、反应速度提高以及电路调整灵活的优点。设计符合逆变电源小型化、轻量化、高频化以及高可靠性、低噪声的发展趋势。
图2是电源变换电路框图，在变换电路A原理图中，后备蓄电池输出的12V直流电压送入推挽电路，50KHz调制电路输出50KHz信号到推挽电路对其调制，该部分电路主要是用一块TL494芯片，通过输出50K的脉冲来控制推挽电路开关管的交替导通，进而产生50K的高频交流电。输出的50KHz电压信号给高频变压器进行升压后输出一个50KHz/320V高频交流信号，以保证输出真有效值为220V的正弦波不出现截止失真和饱和失真，
变换电路B：此电路的主要功能是将320V直流电转换为220V/50Hz的交流电。电路工作原理:在变换电路B中320V/50HZ的高压交流电经过整流桥的整流滤波整流成为320V的高压直流电。50Hz正弦波信号通过脉宽调制电路送入驱动电路，该高压加在由四个场效应管结成的全桥电路两端，驱动电路控制场效应管的导通或截止状态，为了使逆变电源输出准正弦波，本实用新型发明采用正弦波脉冲调制（SPWM），320V的高压直流电经全桥逆变再经LC滤波输出220V交流电。
图3是直流升压电路原理简图，IC1是50HZ脉冲产生芯片TL494，它的内部电路由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。C1是外接震荡电容，R1是外接震荡电阻,则输出脉冲的振荡频率为：
f=1.1/C1R1
15脚为芯片TL494的反相输入端，16为同相输入端，电路正常情况下15脚电压应略高于16脚电压才能保证误差比较器II的输出为低电平，才能使芯片内两个三极管正常工作。因为芯片内置5V基准电压源，负载能力为10mA。所以15脚电压应高于5V。Rt为过热保护的热敏电阻,取值200Ω，此时15脚的电压为6.22V大于16脚电压。14脚输出基准电压，因为推挽电路为双端输出，故将输出控制端13脚与14脚连在一起。12脚为电源端，接外部12V电压。8、11脚末级三极管集电极，此处亦接外接电源。9、10引脚用于输出50K的脉冲控制开关管。7脚为接地端，5、6脚外接震荡电阻和电容用于控制输出脉冲频率。4脚为死区控制端其上加0-3.3V电压时，可使截止时间从2%线性变化到100%。
直流变换电路工作原理如下：BG1和BG2的基极分别接TL494的两个内置晶体管的发射极。高频升压变压器为T，实现电压由12V脉冲电压转变为320V脉冲电压。变压器T的工作频率选为50KHz左右。电路正常时， TL494的两个内置晶体管交替导通，导致图中晶体管BG1和BG2的基极也因此而交替导通，BG3和BG4 也交替导通，这样使变压器工作在推挽状态，BG3和BG4以频率为50KHz交替导通，使变压器的初级输入端有50KHz的交流电。当BG1导通时，场效应管BG3因为栅极无正偏压而截止，而此时BG2截止，导致场效应管BG4栅极有正偏压而导通。当BG1导通时，BG2截止，场效应管BG3因为栅极无正偏压而截止，而此时BG2截止，导致场效应管BG4栅极有正偏压而导通。且交替导通时其峰值电压为12V，即产生了12V/50KHz的交流电。极性电容C2滤去12V直流中的交流成分，降低输入干扰。此脉冲电压经过桥式整流滤波电路变成320V高压直流电压。
图3中的推挽场效应管BG3，BG4在工作时会通过大电流，场效应管的型号选择IRFP250A.其最大耐压值为200V，电流为32A，以满足要求。
逆变器输入过压保护电路见图3，12V为电源电压12V电压通过W1产生一个分压，该分压加到脉冲产生芯片TL494的引脚1，即误差放大器同向输入端，引脚2为反相输入端，电路正常情况下2脚电压应略高于1脚电压才能保证内部误差比较器I的输出为低电平，才能使芯片内两个三极管正常工作。由于引脚2与基准电压输出端14脚相连，则引脚2的电压为基准电压5V。但是当输入电压过高超过15V时，1脚处的电压则会高于5V，即高于2脚的电压，则内部误差放大器Ⅰ输出高电平，则TL494停止工作，从而实现过压保护。调整W1可以调整过压值
热保护电路：因为逆变电源频率很高，当接大功率负载时逆变器会发热，处于过热状态会影响一部分元器件的性能，会影响逆变器的使用寿命。因而在电路中加入过热保护电路，当温度高于某一个设定值时，逆变器立刻停止工作，使温度降低，从而实现对逆变器的过热保护。电路结构如图3。15脚为芯片TL494的反相输入端，16为同相输入端，电路正常情况下15脚电压应略高于16脚电压才能保证误差比较器II的输出为低电平，才能使芯片内两个三极管正常工作。因为芯片内置5V基准电压源，负载能力为10mA。所以15脚电压应高于5V。15脚电压U15计算式为：
U15=12×R3÷(R2+R3+Rt)
这里Rt为正温度系数热敏电阻，温度升高电阻值升高，U15下降 ，当温度升高到一定值时，U15电压低于16脚电压TL494停止工作，从而实现热保护。
图4是变换电路B原理简图，IC2芯片EG8010是屹晶微电子新开发的一款数字化的、功能完善的自带死区控制的纯正弦波逆变发生器芯片，应用于DC-DC-AC两级功率变换架构或DC-AC单级工频变压器升压变换架构，外接12MHz晶体振荡器，能实现高精度、失真和谐波都很小的纯正弦波50Hz或60Hz逆变器专用芯片。该芯片采用CMOS工艺，内部集成SPWM正弦发生器、死区时间控制电路、幅度因子乘法器、软启动电路、保护电路、RS232串行通讯接口和 12832串行液品驱动模块等功能。
图中IC3和IC4芯片是IR公司生产的桥式驱动专用集成芯片IR2110，此芯片大大简化了逻辑电路对大功率器件的控制要求，提高了驱动电路的可靠性。
图4中IC2它的27脚右桥臂上管SPWM输出、28脚右桥臂下管SPWM输出、29脚左桥臂上管SPWM输出、30脚左桥臂下管SPWM输出。
图4中IC3和IC4是桥式驱动专用集成芯片IR2110，它门的10脚是逻辑高端输入Hin、12脚是逻辑低端输入Lin，它们接收来自IC2输出的SPWM信号, IR2110的1脚逻辑低输出和7脚逻辑高输出交替输出高低电平，用于驱动4个MOSFET管子IRF840AF Qa、Qb、Qc和Qd轮流导通，经电感La和Lb滤波输出220V交流。
为防止过低或过高的输出电压供应到负载，EG8010内部设定了过压和欠压保护功能，过压保护设定值3.15V延时时间为300mS，欠压保护设定值2.75V延时时间为3S，当发生过压或欠压保护时，EG8010根据引脚(9) PWMTYP的设置状态将输出SPWMOUTI- SPWMOUT4到“0”或“1”电平，关闭所有功率MOSFET使输出电压到低电平，一旦进入过压和欠压保护后，EG8010将在8S后释放重新打开功率MOSFET竹再判断输出电压情况，释放打开功率MOSFET竹的持续时间为100mS,释放的100mS时间单再判断过压或欠压事件，
如果仍存在过压或欠压事件，EG8010再将关闭所有功率MOSFET使输出电压到低电平，重新等待8S的释放，如果释放后正运行达到1分钟以上EG800将清除过压或欠压事件次数，否则连续释放次数累计5次后仍未正常运行EG8010将彻底关断SPWM模块的输出，需要系统重新上电后释放。
EG8010芯片的引脚IFB是测量逆变器输出负载电流，祝要用于过流保护检测，当某种原因导致负载电流偏高超出逆变器的负载电流，芯片关闭所有功率MOSFET使输出电压到低电平，该功能是主要保护功率MOSFET和负载。
图5是逆变器温度检测，采用了EG8010芯片的引脚TFB，主要是测量逆变器的工作温度，用于过温保护检测。如图所示NTC热敏电阻RT1和测量电阻RF1组成一个简单的分压电路，分压值随着温度值变化而变化数值，这个电压的大小将反映出NTC电阻的大小从而得到相应的温度值。NTC选用250C对应阻值lOK ( B常数值为3380)的热敏电阻，TFB引脚的过温电压设定在4.3V当发生过温保护时，关闭所有功率MOSFET使输出电压到低电平，一旦进入过温保护后，EG8010将重新判断工作温度，如果TFB引脚的电压低于4.OV，EG8010将退出过温保护，逆变器正常工作。
在汽车蓄电瓶亏电无法启动时，车载多功能智能后备电源系统将输出12V/300A电源给汽车蓄电瓶，帮助汽车正常启动。在创新型车载多功能智能后备电源与汽车蓄电瓶对接的时候，为避免将创新型车载多功能智能后备电源与汽车蓄电瓶电极接反，从而导致汽车蓄电瓶或创新型车载多功能智能后备电源损坏的情况，本实用新型发明提供了一种防止汽车蓄电瓶反接的保护电路，电路原理图见图6。
图6中Y+和Y-是创新型车载多功能智能后备电源系统输出插座，在汽车蓄电瓶没有插入该插座时，防止汽车蓄电瓶反接保护电路处于休眠状态，当汽车蓄电瓶插座正确插入（极性正确）时，光敏器件GM工作，光敏器件GM输出信号到微处理器，微处理器发出动作指令使得控制继电器JK动作，控制继电器JK的控制触点JK-1闭合，继电器J1线圈得电吸合，继电器J1的控制触点J1-1和J1-2闭合，创新型车载多功能智能后备电源系统输出的电源对汽车蓄电瓶并联供电。当汽车蓄电瓶插座错误插入（极性相反）时，光敏器件GM不工作无输出信号到微处理器，微处理器也就不会发出动作指令使得控制继电器JK动作，继电器J1不工作，继电器J1的控制触点J1-1和J1-2处于断开状态，创新型车载多功能智能后备电源系统输出的电源也就无法与汽车蓄电瓶连接了。此时发光二极管LED发出红光，提示操作人员极性接反。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域技术人员公知的现有技术，虽然本发明己通过有关的实施案例进行了图示和描述，但是，本专业技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。
Claims (4)
1.一种创新型车载多功能智能后备电源，其特征在于：恒压恒流单元（1）接受来自太阳能或交流适配器或汽车蓄电瓶的电源，微处理器（11）采集恒压恒流单元(1)的电压信号经延时后输出控制信号给继电器执行单元(2)，继电器执行单元(2)动作将输入电量加入到稳压单元(8)和降压单元(7)，稳压单元(8)输出稳定12V直流电压给车充插座；降压单元(7)输出稳定的5V直流电压给USB插座，恒压恒流单元(1)的电压信号送入后备蓄电池(4)对其进行充电；后备蓄电池(4)的电量通过传感器(5)输入微处理器(11)，当微处理器(11)检测到蓄电池电量下降到设定值时将发出控制信号给执行单元(3)断开后备蓄电池通路防止蓄电池亏电，同时发出报警声予以提醒；而当有外加太阳能或交流适配器或汽车蓄电瓶的电源时，微处理器(11)采集恒压恒流单元(1)的电压信号经延时后输出控制信号给继电器执行单元(3)接通充电回路对其充电；在需要输出交流电时，通过按键开关发出启动交流输出信号给微处理器(11)，微处理器(11)接受到按键信号后输出控制信号给继电器执行单元(6)将直流电源输入到纯正弦波逆变器(9)，经过变换后输出220V交流电压；纯正弦波逆变器(9)的电压、电流及温度信息通过数据总线与微处理器(11)相连，通过微处理器处理后予以实时显示和报警。
2.据权利要求1所述一种创新型车载多功能智能后备电源，其特征在于：在汽车蓄电瓶亏电无法启动时，创新型车载多功能智能后备电源将输出12V/300A电源给汽车蓄电瓶，帮助汽车正常启动。
3.据权利要求1所述一种创新型车载多功能智能后备电源，其特征在于：提供了一种防止汽车蓄电瓶反接的保护电路，微处理器(11)接收来自汽车蓄电瓶反接保护电路(10)的信息，当判断极性正确时微处理器(11)发出动作指令给汽车蓄电瓶反接保护电路(10)接通，将创新型车载多功能智能后备电源的电压输送给汽车蓄电瓶，当极性错误时，无控制指令输出，汽车蓄电瓶反接保护电路(10)处于关断状态，显示红色报警信号。
4.据权利要求1所述一种创新型车载多功能智能后备电源，其特征在于：纯正弦波逆变器采用了一款数字化的、功能完善的自带死区控制的纯正弦波逆变发生器芯片EG8010和桥式驱动专用集成芯片IR2110。
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