CN203456902U - 移动电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了移动电源，包括充电输入电路、DC-DC升压开关电路、中央控制电路、USB输出电路和电芯保护电路，充电输入电路的输出端与DC-DC升压开关电路的输入端连接，DC-DC升压开关电路的输出端与USB输出电路的输入端连接，中央控制电路与DC-DC升压开关电路和USB输出电路连接，电芯保护电路与DC-DC升压开关电路连接。可进行过充、过放、过流、短路保护、电池的充电与升压、大的充放电流与极高的转换效率，并实现低待机功耗、电量查询、高亮LED照明、设备优先用电等功能，提供充电、升压、电量管理三合一移动电源方案。

Description

移动电源

技术领域

本实用新型涉及电子产品的供电装置，特别涉及一种移动电源。

背景技术

随着电子技术的高速发展，各种手机、数码相机、电子阅读器、MP3、MP4等电子产品的功能越来越强大，需要消耗的电量也越来越大，但同时体积却越做越小，电池也跟着越做越小，其电池容量远远跟不上使用者的需求。电池使用时间太短，消费者在户外使用电子设备时经常用不了多久就没电了，非常不方便。于是就出现了移动电源的产品，专门为手机等电子产品户外充电。但目前的移动电源产品多数使用铝壳锂电芯，重量较重，体积也较大，容量一般为2000mAh左右，功能单一，待机功耗大、现有移动电源多为充电单独一块电路，升压一块电路，电量管理一块电路，元件多，结构复杂，因此转换电路成本高、输出电流小且转换效率低，使用一段时间后，移动电源的电芯的使用时间会大大变短。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种容量高、体积小、重量轻的聚合物锂电芯电路，采用充电、升压、电量管理三合一移动电源方案。其待机功耗低、转换电路成本低、功能齐备、输出电流大且转换效率高。

根据本实用新型的一个方面，提供了移动电源，包括充电输入电路、DC-DC升压开关电路、用于充放电控制的中央控制电路、USB输出电路和电芯保护电路，充电输入电路的输出端与DC-DC升压开关电路的输入端连接，DC-DC升压开关电路的输出端与USB输出电路的输入端连接，中央控制电路与DC-DC升压开关电路和USB输出电路连接，电芯保护电路与DC-DC升压开关电路连接。

在一些实施方式中，充电输入电路包括输入端口、第一电阻、第二电阻、电容和整流二极管，输入端口的正极输出端与二极管的正极连接构成电流输入端，所述第一电阻、第二电阻、电容构成输入检测模块，其输出端与央控制电路连接。可实现电流输入和输入电流检测。

在一些实施方式中，DC-DC升压开关电路包括上偏开关、下偏开关和储能电感，上偏开关的输入端与充电输入电路的输出端连接，上偏开关和下偏开关的控制端与央控制电路连接，上偏开关和下偏开关的电流输出端与储能电感连接，上偏开关和下偏开关交替导通与储能电感配合对电芯保护电路进行充电或放电。可实现充电与升压共用、高达2A的充放电流和高达93%的转换效率。

在一些实施方式中，中央控制电路包括中央控制器、电量指示灯、待机电流检测电路、输出控制开关和按键，电量指示灯的正极与充电输入电路连接，电量指示灯的负极与中央控制器连接，待机电流检测电路一端与USB输出电路的输入端连接，另一端与中央控制器连接流，输出控制开关的控制端与中央控制器连接，输出控制开关的电流输入端与USB输出电路的电流输出端连接，按键与中央控制器连接。可实现动态路径调整设备优先用电，限流，短路，过压保护功能等功能。

在一些实施方式中，中央控制电路还包括LED照明灯电路，LED照明灯电路的输入端与充电输入电路的输出端连接，LED照明灯电路的控制端与中央控制器连接。可实现LED手电筒照明功能。

在一些实施方式中，USB输出电路包括大电流输出电路和小电流输出电路，大电流输出电路的输入端与DC-DC升压开关电路的输出端连接，大电流输出电路的输出端与中央控制电路连接所述小电流输出电路的输入端与DC-DC升压开关电路的输出端连接，小电流输出电路的输出端与中央控制电路连接。两个USB接口CON2和CON3分别实现大电流2A输出和小电流1A输出。

附图说明

图1为本实用新型移动电源的系统框图；

图2为图1所示移动电源的充电输入电路、DC-DC升压开关电路、中央控制电路、USB输出电路的电路原理图；

图3为图1所示移动电源的电芯保护电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

图1示意性地显示了本实用新型一实施方式的移动电源的系统框图。参照图1，本实用新型一实施方式的移动电源包括充电输入电路1、DC-DC升压开关电路2、用于充放电控制的中央控制电路3、USB输出电路4和电芯保护电路5。充电输入电路1的输出端与DC-DC升压开关电路2的输入端连接，DC-DC升压开关电路2的输出端与USB输出电路4的输入端连接，中央控制电路3与DC-DC升压开关电路2和USB输出电路4连接，电芯保护电路5与DC-DC升压开关电路2连接。

图2示意性地显示了图1所示移动电源的充电输入电路、DC-DC升压开关电路、中央控制电路、USB输出电路的电路原理图。

参照图2，充电输入电路1包括输入端口CON1、第一电阻R3、第二电阻R4、电容C3、C13和整流二极管D1，输入端口CON1的正极输出端与二极管D1的正极连接构成电流输入端，第一电阻R3、第二电阻R4、电容C13构成输入检测模块，其输出端与央控制电路3连接。输入端口CON1的引脚1与电容C3、C13的一端、第一电电阻R3的一端以及整流二极管D1的正极连接，电容C3的另一端与输入端口CON1的引脚2连接并接地，电容C13的另一端、第一电电阻R3的另一端与第二电阻R4的一端连接，第二电阻R4的另一端接地。由整流二极管D1的负极构成充电输入电路1的电流输出端。第一电阻R3、第二电阻R4对充电输入电路1的输入电压进行分压后传输电压信号到中央控制电路3。通过检测第一电阻R3和第二电阻R4之间的电压变化来检测输入电流的变化。

DC-DC升压开关电路2包括上偏开关、下偏开关、储能电感L、电阻R5、R6、电容C4、C5、C6、C12、和中央控制器U2。上偏开关的输入端与充电输入电路1的输出端连接，上偏开关和下偏开关的控制端与央控制电路3连接，上偏开关和下偏开关的电流输出端与储能电感L连接，上偏开关和下偏开关交替导通与储能电感L配合对电芯保护电路5进行充电或放电。

上偏开关包括二极管D2、MOS管Q3、NPN型三极管Q6和NP型三极管Q7，下偏开关包括MOS管Q4和Q5。MOS管Q3的型号为APM4953K或SM4953K。二极管D2的负极与充电输入电路1的二极管D1的负极连接，二极管D2的正极与MOS管Q3的引脚5、引脚6、引脚7、引脚8、储能电感L的一端、MOS管Q4的D极和MOS管Q5的D极连接。MOS管Q4的G极、MOS管Q5的G极与控制电路3中的控制器U2的引脚1连接。MOS管Q4、Q5的S极接地。储能电感L的另一端与电阻R5和R6的一端连接，电阻R5的另一端与电容C6的一端和中央控制器U2的引脚16连接。电阻R6的另一端与电容C6的另一端、电容12的一端和中央控制器U2的引脚15连接并连接VB端口，电容12的另一端接地。电容C4、C5的一端、NPN型三极管Q6的集电极、MOS管Q3的引脚1、引脚3和中央控制器U2的引脚2与充电输入电路1的二极管D1的负极连接，电容C4的另一端接地。电容C5的另一端与电路的公共端DGND连接，NPN型三极管Q6的发射极和PNP型三极管Q7的发射极与MOS管Q3的引脚2和引脚4连接，NPN型三极管Q6的基极和PNP型三极管Q7的基极与中央控制器U2的引脚4连接。PNP型三极管Q7的集电极接地。

当有充电器插入时，中央控制器U2的引脚4与引脚1输出一对互补的PWM。MOS管Q3与MOS管Q4、Q5交替导通，从而MOS管Q3与MOS管Q4、Q5与储能电感L构成低压电路对电芯进行充电。当无充电器插入并按S1启动USB输出时，中央控制器U2的引脚4与引脚1输出一对互补的PWM，驱动MOS管Q3与MOS管Q4、Q5交替导通，从而与储能电感L构成升压电路，使电芯放电对用电设备进行充电。

中央控制电路3包括中央控制器U2、电量指示灯、待机电流检测电路、输出控制开关Q9和按键S1，电量指示灯的正极与充电输入电路1连接，所述电量指示灯的负极与中央控制器U2连接，待机电流检测电路一端与USB输出电路4的输入端连接，另一端与中央控制器U2连接流，输出控制开关Q9的控制端与中央控制器U2连接，输出控制开关Q9的电流输入端与USB输出电路4的电流输出端连接，按键S1与中央控制器U2连接。待机电流检测电路包括电阻R8、R9、R10、R11、R12、电容C8、C9、C10、C14、二极管D3、MOS管Q9。电量指示灯包括发光二极管L1、L2、L3、L4。中央控制器U2的型号为LS8168A，MOS管Q9的型号为S8025或AO6804。发光二极管L1、L2、L3、L4的正极与DC-DC升压开关电路2中的二极管D2的负极连接，发光二极管L1、L2、L3、L4的负极分别与中央控制器U2的引脚13、引脚12、引脚11、引脚10连接，电阻R12的一端与发光二极管L1、L2、L3、L4的正极的二极管D2的负极连接，另一端和电阻R9、R10、电容C9、C10的一端与控制器U2的引脚8连接，电阻R9的另一端和电容C9的另一端与电路的公共端DGND连接，电阻R10的另一端和电容C10的另一端与电阻R11的一端、电容C14的一端和MOS管Q9的引脚1和引脚3连接，所述电阻R11的另一端接地，电容C14的另一端与MOS管Q9的引脚4、引脚6、二极管D3的负极和中央控制器U2的引脚14连接，二极管D3的正极与电阻R8的一端及中央控制器U2的引脚7连接，电阻R8的另一端与电容C8的一端连接，电容C8的另一端与电路的公共端DGND连接。中央控制器U2的引脚5与充电输入电路1中的电容C13的另一端、电阻R3的另一端和电阻R4的一端连接，以检测电流输入信号。中央控制器U2的引脚15与DC-DC升压开关电路2VB端口连接，用以检测充放电电流和电压，根据电流和电压的大小控制电量指示灯的亮或灭。当设备出现故障时，例如短路或过流时，电阻R11可以检测到电流信号并送至中央控制器U2的引脚8，此时中央控制器U2控制引脚14为低电平，MOS管Q9关断，且中央控制器U2停止PWM输出即关断上偏开关和下偏开关，实现保护功能。

中央控制器U2的型号为LS8168A。中央控制器U2各引脚的功能如下：

NGATE(PIN1):同步整流的控制引脚。

SYS(PIN2):芯片系统电源引脚。

PGND(PIN3):芯片功率地。

PGATE(PIN4):同步整流的控制引脚。

VIN(PIN5):输入电源检测引脚。

WLED(PIN6):手电控制引脚，不用时接地。

COMP(PIN7):环路补偿引脚。

CS(PIN8):负载电流检测引脚。

TAP(PIN9):按键信号输入引脚。

LED100(PIN10):电量显示LED的控制引脚4。

LED75(PIN11):电量显示LED的控制引脚3。

LED50(PIN12):电量显示LED的控制引脚2。

LED25(PIN13):电量显示LED的控制引脚1。

CTR(PIN14):关闭USB输出的控制引脚。

BAT(PIN15):电池正极引脚，检测电池电压和充电电流。

SNS(PIN16):高端电流采样引脚。

电池充电显示方式如下表：

电池电压

电量

LED025

LED050

LED075

LED100

频率

<3.62V

0%-25%

闪烁

灭

灭

灭

1HZ

3.62V-3.82V

25%-50%

常亮

闪烁

灭

灭

1HZ

3.82V-4.03V

50%-75%

常亮

常亮

闪烁

灭

1HZ

4.03V-4.2V

75%-100%

常亮

常亮

常亮

闪烁

1HZ

4.2V

100%

常亮

常亮

常亮

常亮

电池放电显示方式如下表：

电池电压

电量

LED025

LED050

LED075

LED100

频率

>4.03V

75%-100%

常亮

常亮

常亮

常亮

3.82V-4.03V

50%-75%

常亮

常亮

常亮

灭

3.62V-3.82V

25%-50%

常亮

常亮

灭

灭

3.46V-3.62V

10%-25%

常亮

灭

灭

灭

2.92V-3.46V

<10%

快闪

灭

灭

灭

4HZ

<2.92V

<1%

闪4S后灭

灭

灭

灭

4HZ

注：LED025对应电量指示灯即发光二极管L1、LED050对应发光二极管L2、LED075对应发光二极管L3、LED100对应发光二极管L4。

在一些优选的实施方式中，中央控制电路3还包括由发光二极管L5、电阻R7和MOS管Q8组成的LED照明灯电路。发光二极管L5的正极与发光二极管L1、L2、L3、L4的正极和DC-DC升压开关电路2的二极管D2的负极连接，发光二极管L5的负极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与MOS管Q8的D极连接，MOS管Q8的G极中央控制器U2的引脚6连接，MOS管Q8的S极接地。通过按键S1控制MOS管Q8的开启和关闭以控制发光二极管L1的亮或灭，实现手电筒照明功能。

USB输出电路4包括大电流输出电路和小电流输出电路。大电流输出电路的输入端与DC-DC升压开关电路2的输出端连接，大电流输出电路的输出端与中央控制电路3连接。小电流输出电路的输入端与DC-DC升压开关电路2的输出端连接，小电流输出电路的输出端与中央控制电路3连接。大电流输出电路包括电阻R14、R15、R16、R17、稳压二极管Z1、电容C11和USB接口CON2。小电流输出电路包括电阻R13和USB接口CON3。电阻R14和R15的一端、电容C11的一端、USB接口CON2的引脚1、USB接口CON3的引脚1、稳压二极管Z1的正极与DC-DC升压开关电路2的二极管D2的负极连接，电阻R14的另一端与电阻R17的一端和USB接口CON2的引脚2连接，电阻R15的另一端与电阻R16的一端和USB接口CON2的引脚3连接，电阻R16的另一端、电阻R17的另一端、稳压二极管Z1的负极、电阻R13的一端、电容C11的另一端和USB接口CON2的引脚4连接，并与中央控制电路3中的MOS集成芯片Q9的引脚2和引脚5连接，电阻R13的另一端与USB接口CON3的引脚4连接，USB接口CON3的引脚2与引脚3连接。大电流输出电路可实现其USB接口CON2以2A的电流输出，小电流输出电路可实现其USB接口CON3以1A的电流输出。

图3示意性地显示了图1所示移动电源的电芯保护电路的电路原理图。

参照图3，电芯保护电路5包括电芯BT1、场效应管Q1、Q2、芯片U1、电阻R1、R2、电容C1和C2。电芯BT1的负极与场效应管Q1的引脚2、3连接，电芯BT1的正极与DC-DC升压开关电路2的VB端口连接，并与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电容C1的一端和芯片U1的引脚5连接。电容C1另一端与电容C2的一端、芯片U1的引脚6、场效应管Q2的引脚6、7连接。电容C2的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与芯片U1的引脚2连接。场效应管Q1的引脚1、8与场效应管Q2的引脚1、8连接。场效应管Q1的引脚4与场效应管Q2的引脚5和芯片U1的引脚1连接。场效应管Q1的引脚5与场效应管Q2的引脚4和芯片U1的引脚3连接。场效应管Q1的引脚和6、7与场效应管Q2的引脚2、3连接并接地。场效应管Q1、Q2的型号为AO8814，芯片U1的型号可以是日本精工生产的S-8261或台湾富晶生产的DW01+。

本实用新型电路的功能：当有充电器插入时，输入信号通过电容C13、电阻R3、R4送到中央控制器U2的引脚5。中央控制器U2的引脚4与引脚1输出一对互补的脉冲信号PWM（脉宽调变即调整脉冲信号的周期长短），驱动MOS管Q3与MOS管Q4、Q5交替导通，从而MOS管Q3与MOS管Q4、Q5与储能电感L构成低压电路对电芯进行充电，相应电量的指示灯闪动，指示正在充电。充电过程中，中央控制器U2输出的PWM占空比逐渐增大，充电流逐渐增大，中央控制器U2引脚5的电压逐渐下降。当中央控制器U2引脚5的电压小于4.7V时，中央控制器U2输出的PWM占空比停止增大，将充电流稳定在充电器的最大输出电流上。当中央控制器U2引脚5的电压保持在4.7V-5.3V时，中央控制器U2输出的PWM占空比逐渐增大，当充电流增大到2A时，中央控制器U2输出的PWM占空比保持恒定，充电电流恒定在2A。当VB电压充至4.2V时，中央控制器U2进入恒压充电模式。当充电电流降至恒流值的1/10时，4个电量指示灯即发光二极管L1、L2、L3、L4全亮，指示电芯充饱电。

当有充电器插入并按S1启动USB输出时，中央控制器U2关断PWM输出，中央控制器U2引脚4为高电平开启MOS管Q3、引脚1为低电平关闭MOS管Q4和Q5、引脚14为高电平MOS管Q9导通，USB输出端口打开，设备优先用电。当设备用电电流小于200mA时，电阻R11检测到该信号并送至中央控制器U2的引脚8，使中央控制器U2再启动PWM输出进而对电芯充电。如果设备的用电电流大于200mA时，电阻R11可以检测到该信号，控制中央处理器U2不会关断PWM。

当无充电器插入并按S1启动USB输出时，中央控制器U2的引脚4与引脚1输出一对互补的PWM，驱动MOS管Q3与MOS管Q4、Q5交替导通，从而与储能电感L构成升压电路，相应电量的指示灯点亮，中央控制器U2的引脚14为高电平、MOS管Q9导通，USB输出端口打开给设备供电。当设备出现故障时，例如短路或过流时，电阻R11检测到该信号并送至中央控制器U2的引脚8，此时中央控制器U2的引脚14为低电平，MOS管Q9关断且中央控制器U2关断PWM输出，实现保护功能。

S1按键功能：短按按键S1一下→启动USB输出并相应电量的指示灯点亮。S1长按2S→中央控制器U2的引脚6输出高电平→Q8导通→L5电筒灯点亮。当VB电压小于3.3V时，表示25%电量的指示灯即发光二极管L1会以1/4HZ的频率闪亮4S后进入待机状态；当USB输出负载电流小于50mA时，R11检测到该信号并送至中央控制器U2的引脚8，判断为设备用电完成进入待机状态，此时MOS集成芯片Q9关断且中央控制器U2关断PWM的输出进入待机状态。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.移动电源，其特征在于：包括充电输入电路（1）、DC-DC升压开关电路（2）、用于充放电控制的中央控制电路（3）、USB输出电路（4）和电芯保护电路（5），所述充电输入电路（1）的输出端与DC-DC升压开关电路（2）的输入端连接，所述DC-DC升压开关电路（2）的输出端与USB输出电路（4）的输入端连接，所述中央控制电路（3）与DC-DC升压开关电路（2）和USB输出电路（4）连接，所述电芯保护电路（5）与DC-DC升压开关电路（2）连接。

2.根据权利要求1所述的移动电源，其特征在于：所述充电输入电路（1）包括输入端口（CON1）、第一电阻（R3）、第二电阻（R4）、电容（C13）和整流二极管（D1），所述输入端口（CON1）的正极输出端与所述整流二极管（D1）的正极连接构成电流输入端，所述第一电阻（R3）、第二电阻（R4）、电容（C13）构成输入检测模块，其输出端与央控制电路（3）连接。

3.根据权利要求1所述的移动电源，其特征在于：所述DC-DC升压开关电路（2）包括上偏开关、下偏开关和储能电感（L），所述上偏开关的输入端与充电输入电路（1）的输出端连接，所述上偏开关和下偏开关的控制端与央控制电路（3）连接，所述上偏开关和下偏开关的电流输出端与储能电感（L）连接，所述上偏开关和下偏开关交替导通与储能电感（L）配合对电芯保护电路（5）进行充电或放电。

4.根据权利要求1所述的移动电源，其特征在于：所述中央控制电路（3）包括中央控制器（U2）、电量指示灯、待机电流检测电路、输出控制开关（Q9）和按键（S1），所述电量指示灯的正极与充电输入电路（1）连接，所述电量指示灯的负极与中央控制器（U2）连接，所述待机电流检测电路一端与USB输出电路（4）的输入端连接，另一端与中央控制器（U2）连接流，所述输出控制开关（Q9）的控制端与中央控制器（U2）连接，所述输出控制开关（Q9）的电流输入端与USB输出电路（4）的电流输出端连接，所述按键（S1）与中央控制器（U2）连接。

5.根据权利要求4所述的移动电源，其特征在于：所述中央控制电路（3）还包括LED照明灯电路，所述LED照明灯电路的输入端与充电输入电路（1）的输出端连接，所述LED照明灯电路的控制端与中央控制器（U2）连接。

6.根据权利要求1所述的移动电源，其特征在于：所述USB输出电路（4）包括大电流输出电路和小电流输出电路，所述大电流输出电路的输入端与DC-DC升压开关电路（2）的输出端连接，所述大电流输出电路的输出端与中央控制电路（3）连接，所述小电流输出电路的输入端与DC-DC升压开关电路（2）的输出端连接，所述小电流输出电路的输出端与所述中央控制电路（3）连接。

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