CN203537000U - 移动电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种移动电源。该移动电源包括：充电电路，电池，自适应升压电路；所述充电电路用于为所述电池充电；所述电池用于为所述自适应升压电路供电；所述自适应升压电路用于采样所述移动电源的输出电流，如果所述输出电流小于预先设定的电流阈值，则增加输出电压；如果所述输出电流不小于预先设定的电流阈值，则保持当前的输出电压。

Description

移动电源

技术领域

本实用新型涉及电源计数领域，尤其涉及一种移动电源。

背景技术

移动电源是一种集供电和充电功能于一体的便携式充电器，其可以给手机等数码设备随时随地充电或待机供电。一般由锂电芯或者干电池作为储电单元。区别于产品内部配置的电池，也叫外挂电池。一般配备多种电源转接头，通常具有大容量、多用途、体积小、寿命长和安全可靠等特点，是可随时随地为手机、MP3、MP4、手机、PDA、掌上电脑、掌上游戏机等多种数码产品供电或待机充电的功能产品。

传统的移动电源输出电压为恒定值，例如5V。当移动电源输出插入至数码产品（以下称为外部设备）时，会以恒定电压5V为外部设备提供电电压。也就说外部设备的输入电压恒定为5V，而外部设备的最小工作电压通常低于5V，例如，1.8V，3V等。当外部设备的最小工作电压为1.8V时，则压差为5V-1.8V=3.2V，如果输出电流为100mA，则损失功率为3.2V×100mA=0.32W，工作效率仅为1.8V/5V=36%。当外部设备的最小工作电压为3V时，输入电压为5V，则压差为5V-3V=2V，如果输出电流为100mA，则损失功率为2V×100mA=0.2W，则效率为3V/5V=60%。

由上述可知，现有的移动电源只能恒定输出电压，对于外部设备的供电效率较低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种移动电源，该移动电源可以根据移动电源的输出电流自适应输出相应的输出电压，有效提高对外部设备的供电效率。

本实用新型实施例提供一种移动电源，该移动电源包括：充电电路，电池，自适应升压电路；

所述充电电路用于为所述电池充电；

所述电池用于为所述自适应升压电路供电；

所述自适应升压电路用于采样所述移动电源的输出电流，如果所述输出电流小于预先设定的电流阈值，则增加输出电压；如果所述输出电流不小于预先设定的电流阈值，则保持当前的输出电压。

进一步地，所述自适应升压电路包括：自适应参考电压调节电路，负反馈环路；所述自适应参考电压调节电路用于采样所述输出电流，如果所述输出电流小于预先设定的电流阈值，则增加参考电压；如果所述输出电流不小于预先设定的电流阈值，则保持当前的参考电压；所述负反馈环路用于根据所述参考电压输出相应的输出电压。

进一步地，所述负反馈电路包括：误差放大器，电感，脉宽调制电路，第一开关，第二开关，第一电阻和第二电阻；所述误差放大器的正相输入端与所述自适应参考电压调节电路的输出端相连；误差放大器的输出端与脉宽调制电路的输入端相连；所述电感的第一端与所述电池相连，所述电感的第二端分别与第一开关的第一端，第二开关的第一端及所述自适应参考电压调节电路的电流采样端相连；所述第一开关的第二端接地，所述第二开关的第二端与第一电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端与第二电阻的第一端相连，所述第二电阻的第二端接地，所述第一电阻和第二电阻的连接点与所述误差放大器的反相输入端相连；其中，所述第一开关和第二开关的状态由所述脉宽调制电路输出的信号控制。

进一步地，所述自适应参考电压调节电路包括：开关组控制电路，开关组，电阻串；所述开关组与所述电阻组连接，所述开关组用于控制电阻串中接入的电阻值；所述开关组控制电路的输入端采样所述输出电流，所述开关组控制电路用于根据所述输出电流控制所述开关组；如果所述输出电流小于预先设定的电流阈值，所述开关组控制电路通过控制所述开关组，以控制电阻串中接入的电阻值增大；如果所述输出电流不小于预先设定的电流阈值，所述开关组控制电路控制所述开关组保持当前状态，以控制电阻串中接入的电阻值不变。

进一步地，所述开关组控制电路包括：电流采样电路，所述电流采样电路与比较器的正相输入端相连，所述电流阈值从所述比较器的反相输入端输入；所述比较器的输出端与由第一或门和第二或门组成的SR触发器的第一输入端相连，所述SR触发器的第二输入端与反相器的输出端相连；所述SR触发器的输出端与第三或门的第一输入端相连，所述第三或门的第三输入端与时钟相连；所述第三或门的输出端与计数器相连，所述计数器包括多个触发器，所述多个触发器的复位端分别与所述反相器的输出端相连；所述多个触发器的正相输出端经过至少一个与门与所述第三或门的第二输入端相连；所述多个触发器的反相输出端的输出信号用于控制所述开关组；所述反相器的输入端与第三电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端接地，所述反相器的输入端还与第三开关的第一端相连，所述第三开关的第二端与所述电池的正极相连。

进一步地，所述计数器由多个下降沿D触发器构成。

进一步地，所述计数器为四位计数器，包括四个下降沿D触发器，所述开关组包括四个开关，所述负载电阻组包括五个负载电阻；所述五个负载电阻串联，除所述五个负载电阻中接地的电阻外的四个负载电阻分别与所述开关组中的四个开关并联；所述四个下降沿D触发器的正相输出端分别控制所述开关组中的四个开关。

本实用新型实施例提供的移动电源，通过在采样移动电源的输出电流，如果输出电流小于预先设定的电流阈值，则增加输出电压；如果输出电流不小于预先设定的电流阈值，则保持当前的输出电压。由于在移动电源的输出电压不小于外部设备的最小工作电压时，外部设备会从移动电源获取较大的电流，在移动电源的输出电压小于外部设备的最小工作电压时，外部设备只从移动电源获取较小的电流。因此利用本实用新型实施例提供的移动电源通过预先设置一个较大的电流阈值，当移动电源的输出电流大于电流阈值时，便可确定移动电源输出的电压已达到外部设备的最小工作电压，所以保持当前的输出电压，以保证移动电源输出的电压与外部设备的最小工作电压基本一致。有此可以看出，利用本实用新型实施例提供的移动电源可有效减小该移动电源的输出电压与外部设备的最小工作电压之间的压差，从而提高移动电源的供电效率。与此同时，提高了移动电源本身的工作效率及续航时间，并且采用较低的输出电压的移动电源可以采用较小的电芯材料，有助于移动电源的小型化，轻便化。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种移动电源的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种自适应升压电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种自适应参考电压调节电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种移动电源的结构示意图。如图1所示，该移动电源包括：充电电路110，电池120，自适应升压电路130，电量显示电路140及其他电路150。

充电电路110的输入端连接电源CHG，充电电路110的输出端与电池120正极相连，充电电路110还包括接地端G。电池120正极还分别与自适应升压电路130的输入端，电量显示电路140的输入端及其他电路150的输入端相连。电池120负极接地。自适应升压电路130的输出端与外部设备SYS相连。自适应升压电路130的输入端还与电容C1的第一端相连，电容C1的第二端接地。自适应升压电路130的输出端还与电容C2的第一端相连，电容C2的第二端接地。自适应升压电路130，电量显示电路140及其他电路150还包括接地端。另外，其他电路150还可以有一端与电源CHG相连。

其中，充电电路110用于从电源获取电压为电池120充电，及为自适应升压电路130，电量显示电路140及其他电路150供电。

电池120用于为自适应升压电路130，电量显示电路140及其他电路150供电。

自适应升压电路130用于采样该移动电源的输出电流Is，如果输出电流Is小于预先设定的电流阈值Ith，则增加输出电压Vs；如果输出电流Is不小于预先设定的电流阈值Ith，则保持当前的输出电压Vs，停止采样输出电流Is。

优选地，如图2所示，该自适应升压电路130包括：自适应参考电压调节电路131，负反馈环路132。

自适应参考电压调节电路131的输出端与负反馈环路132中的误差放大器EA1321的正相输入端相连；

负反馈环路132还包括：电感L1，脉宽调制电路1322，开关K1，开关K2，电阻Rf1和电阻Rf2。

具体的，自适应参考电压调节电路131的输出端与负反馈环路132中的误差放大器EA321的正相输入端相连，误差放大器EA1321的输出端与脉宽调制电路1322的输入端相连。自适应参考电压调节电路131的输入端与电池120相连。电感L1的第一端与电池120相连，电感L1的第二端分别与开关K1的第一端，开关K2的第一端及自适应参考电压调节电路131的电流采样端相连。开关K1的第二端接地，开关K2的第二端与电阻Rf1的第一端相连，电阻Rf1的第二端与电阻Rf2的第一端相连，电阻Rf2的第二端接地，电阻Rf1和电阻Rf2的连接点与误差放大器EA1321的反相输入端相连。开关K1和开关K2的状态由脉宽调制电路1322输出的信号控制。

其中，自适应参考电压调节电路131用于采样输出电流Is，如果输出电流Is小于预先设定的电流阈值Ith，则增加参考电压Vr；如果输出电流Is不小于预先设定的电流阈值Ith，则保持当前的参考电压Vr，停止采样输出电流Is。

负反馈环路132用于参考电压Vr输出相应的输出电压Vs。

由于误差放大器EA1321、脉宽调制电路1322、开关K1，开关K2、电感L1、电阻Rf1和电阻Rf2构成了负反馈环路，通过该负反馈环路可将误差放大器EA1321的正相和反相输入端电压调整至相等，即参考电压Vr等于FB的电压，因此，Vs=(1+Rf1/Rf2)×Vr。如果参考电压Vr根据输出电流Is自适应调整，则输出电压Vs也会根据输出电流自适应调整。

优选地，自适应参考电压调节电路131可以以图3所示的电路图实现。

如图3所示，自适应参考电压调节电路131包括：开关组控制电路1311，开关组1312，电阻串1313。

开关组控制电路1311包括：电流采样电路10，电流采样电路10与比较器Comp20的正相输入端相连，电流阈值Ith从该比较器Comp20的反相输入端输入。该比较器Comp20的输出端与由或门OR1和或门OR2组成的SR触发器30的s端相连，r端与反相器INV1的输出端相连。该SR触发器30的输出端与或门OR3的第一输入端相连，该或门OR3的第三输入端与时钟40相连。该或门OR3的输出端与计数器50相连，该计数器50包括四个下降沿D触发器ffdf1-ffdf4，D触发器ffdf1-ffdf4的复位端r分别与反相器INV1的输出端相连。ffdf3，ffdf4的正相输出端分别与与门And1的第一输入端和第二输入端相连，与门And1输出端与与门And2的第一输入端相连，ffdf1，ffdf2的正相输出端分别与与门And2的第二输入端和第三输入端相连，与门And2的输出端与或门OR3的第二输入端相连。

开关组1312包括四个开关S1-S4。电阻串1313包括五个电阻R1-R5。电阻R1到R5依次串联，电阻R1接地，电阻R5与电池正极相连。开关组中的开关S1与电阻R2并联，开关S2与电阻R3并联，开关S3与电阻R5并联，开关S4与电阻R5并联。开关S1由D触发器ffdf1的反相输出端控制，开关S2由D触发器ffdf2的反相输出端控制，开关S3由D触发器ffdf3的反相输出端控制，开关S4由D触发器ffdf4的反相输出端控制。

反相器INV1的输入端与电阻R6的第一端相连，电阻R6的第二端接地，反相器INV1的输入端还与开关S5的第一端相连，开关S5的第二端与电池的正极相连。

通过上述自适应参考电压调节电路，如果输出电流Is小于预先设定的电流阈值Ith，开关组控制电路1311通过控制所述开关组1312，以控制电阻串1313中接入的电阻值增大。

具体的，初始时（未开启移动电源时），开关S5断开，因此EN为低电平，ENB为高电平，或门OR1和或门OR2组成的RS触发器输出端CL被复位为低电平。当开启移动单元时，开关S5闭合，EN变为高电平。

当输出电流Is小于参考电流Ith，则电流比较器Comp20输出信号CO为低电平，则SR触发器30的输出信号CL为低电平，计数器50未计满前，与门And2输出信号ALL为低电平，所以时钟40不被屏蔽，时钟信号CLK被传递到D-触发器ffdf1，每经过一个下降沿，由下降沿D触发器ffdf1-ffdf4构成的计数器50加一，即Q4，Q3，Q2，Q1组成的二进制数累加一，其中Q4为最高位，Q1为最低位。信号Q1控制开关S1，信号Q2控制开关S2，信号Q3控制开关S3，信号Q4控制开关S4。因此当Qb1为高电平时，R2被串联至电阻串中；当Qb2为高电平时，R3被串联至电阻串中，当Qb3为高电平时，R4被串联至电阻串中；当Qb4为高电平时，R5被串联至电阻串中。相应的，参考电压Vr随着电阻串1313中电阻值的增加而增加。

如果输出电流Is不小于预先设定的电流阈值Ith，所述开关组控制电路1311控制开关组1312保持当前状态，以控制电阻串1313中接入的电阻值不变。

具体的，当输出电流Is不小于参考电流Ith时，则电流比较器Comp20输出信号CO为高电平，则SR触发器30的输出信号CL为高电平，所以屏蔽时钟40，则时钟信号CLK不再传递至计数器50，则开关组1312将保持当前的状态，从而控制电阻串1313中的接入电阻值不变。相应的，参考电压Vr保持不变。由于此时EN为高电平，所以无论之后输出电流Is是否小于预先设定的电流阈值Ith，CL始终为高电平，也就是说，参考电压Vr始终保持不变。

如果直到当计数器计满，采用电流Is依然小于电流阈值Ith，所述开关组控制电路1311控制开关组1312中的所有开关断开，以控制电阻串1313中接入的电阻值保持在最大值。

具体的，如果直到当计数器计满，输出电流Is依然小于参考电流Ith，此时信号Q1-Q4都为高电平，Q3和Q4经过与门And1的输出信号A34为高电平，三输入与门And2的输出信号ALL也变为高电平，因此时钟40被屏蔽，则时钟信号CLK不再传递至计数器50，且开关组1312中的所有开关断开，所以控制电阻串1313中接入的电阻值保持最大值。相应的，参考电压Vr也保持的在最大值。

需要说明的是，电流阈值Ith可根据不同的系统设置为不同的电流值，本实用新型对此不做限制。

在一个具体的例中，电阻Rf1和电阻RF2的电阻值比例为1:1，将I1设计为5μA，电阻R1设计为350K欧姆，电阻R2设计为10K欧姆，电阻R3设计为20K欧姆，电阻R4设计为40K欧姆，电阻R5设计为80K欧姆，电流阈值Ith设置为100mA。

初始时（未开启移动电源时），开关S5断开，EN为低电平，ENB为高电平，而D-触发器ffdf1-ffdf14为高电平复位的D-触发器，以下降沿触发，所以EN低电平将ffdf1-ffdf14的输出信号Q1-Q4复位为低电平，而其反相信号Qb1-Qb4为高电平，开关S1-S4导通，电阻串中仅R1起作用，也就是说，在初始时，参考电压Vr为I1×R1=1.75V，对应输出电压Vs为(1+Rf1/Rf2)×Vr=3.5V。另外，由或门OR1和或门OR2组成的RS触发器30的输出信号CL也被复位为低电平。

当移动电源被开启，开关S5闭合，EN变为高电平。如果初始的输出电流Is小于100mA，比较器Comp20输出信号CO为低电平，SR触发器30的输出信号CL为低电平，且与门And输出信号ALL为低电平，时钟40未被屏蔽，则Vr从1.75V开始，随着计数器50每计数一次，电阻串中接入的电阻值增加10K欧姆。相应的，参考电压Vr升高50mV，对应输出电压Vs升高0.1V。

当输出电流Is不小于100mA，比较器Comp20输出信号CO变为高电平，则SR触发器30的输出信号CL为高电平，时钟40被屏蔽，计数器50将停止计数，则开关组1312保持当前的状态，以使电阻串1313中接入的电阻值不变，从而保证参考电压Vr不变，相应的输出电压Vs不变。例如，当Vr升高到2V的时候，输出电流Is不小于100mA，则保持Vr为2V，即输出电压Vs为4V，以4V为外部设备供电。由于此时EN为高电平，所以无论之后输出电流Is是否小于100mA，SR触发器30的输出信号CL始终为高电平，也就是说，参考电压Vr在此之后一直为2V，则输出电压Vs在此之后一直为4V。

如果直到当计数器50计满，输出电流Is依然小于100mA，此时Q1-Q4都为高电平，Q3和Q4经过与门And1的输出信号A34为高电平，三输入与门And2的输出信号ALL也变为高电平，所以时钟40被屏蔽，此时开关组1312中的所有开关都断开，电阻串1313接入的电阻值最大，则参考电压Vr为最大值2.5V，对应的输出电压Vs为5V。由于此时EN为高电平，所以无论之后输出电流Is是否小于100mA，SR触发器30的输出信号CL始终为高电平，也就是说，参考电压Vr在此之后一直为2.5V，则输出电压Vs在此之后一直为5V。

另外，由于计数器50采用下降沿触发方式，当比较器Comp20输出信号CO从低电平变为高电平时，或门OR3的输出信号只可能产生上升沿，不会误触发计数器50多计数一次。

由此可以看出，参考电压的调节范围为1.75V-2.5V，对应的输出电压Vs的调节范围为3.5V-5V。

需要说明的是，本实用新型实施例中提供的自适应升压电路仅以图3为例进行说明，该自适应升压电路还可以以其他形式实现，不仅限于图3所示的电路。例如，电阻串中的电阻数量，开关组中的开关数量，计数器中的D触发器数量，都可以进行变换，只要满足一一对应的关系，并按照图3所示的电路的原理进行连接即可。

由于在移动电源的输出电压不小于外部设备的最小工作电压时，外部设备会从移动电源获取较大的电流，在移动电源的输出电压小于外部设备的最小工作电压时，外部设备只从移动电源获取较小的电流。

因此本实用新型实施例提供的移动电源，通过预先设置一个较大的电流阈值，当移动电源的输出电流小于预先设定的电流阈值，增加输出电压；当移动电源的输出电流大于电流阈值时，便可确定移动电源输出的电压已达到外部设备的最小工作电压，所以保持当前的输出电压，以保证移动电源输出的电压与外部设备的最小工作电压基本一致。有此可以看出，利用本实用新型实施例提供的移动电源可有效减小该移动电源的输出电压与外部设备的最小工作电压之间的压差，从而提高移动电源的供电效率。与此同时，提高了移动电源本身的工作效率及续航时间，并且采用较低的输出电压的移动电源可以采用较小的电芯材料，有助于移动电源的小型化，轻便化。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种移动电源，其特征在于，所述移动电源包括：充电电路，电池，自适应升压电路； 

所述充电电路用于为所述电池充电； 

所述电池用于为所述自适应升压电路供电； 

所述自适应升压电路用于采样所述移动电源的输出电流，如果所述输出电流小于预先设定的电流阈值，则增加输出电压；如果所述输出电流不小于预先设定的电流阈值，则保持当前的输出电压。 

2.根据权利要求1所述的移动电源，其特征在于，所述自适应升压电路包括：自适应参考电压调节电路，负反馈环路； 

所述自适应参考电压调节电路用于采样所述输出电流，如果所述输出电流小于预先设定的电流阈值，则增加参考电压；如果所述输出电流不小于预先设定的电流阈值，则保持当前的参考电压； 

所述负反馈环路用于根据所述参考电压输出相应的输出电压。 

3.根据权利要求2所述的移动电源，其特征在于，所述负反馈电路包括：误差放大器，电感，脉宽调制电路，第一开关，第二开关，第一电阻和第二电阻； 

所述误差放大器的正相输入端与所述自适应参考电压调节电路的输出端相连；误差放大器的输出端与脉宽调制电路的输入端相连；所述电感的第一端与所述电池相连，所述电感的第二端分别与第一开关的第一端，第二开关的第一端及所述自适应参考电压调节电路的电流采样端相连；所述第一开关的第二端接地，所述第二开关的第二端与第一电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端与第二电阻的第一端相连，所述第二电阻的第二端接地，所述第一电阻和第二电阻的连接点与所述误差放大器的反相输入端相连； 

其中，所述第一开关和第二开关的状态由所述脉宽调制电路输出的信号控制。 

4.根据权利要求2或3所述的移动电源，其特征在于，所述自适应参考电压调节电路包括：开关组控制电路，开关组，电阻串； 

所述开关组与所述电阻组连接，所述开关组用于控制电阻串中接入的电阻值； 

所述开关组控制电路的输入端采样所述输出电流，所述开关组控制电路用于根据所述输出电流控制所述开关组； 

如果所述输出电流小于预先设定的电流阈值，所述开关组控制电路通过控制所述开关组，以控制电阻串中接入的电阻值增大； 

如果所述输出电流不小于预先设定的电流阈值，所述开关组控制电路控制所述开关组保持当前状态，以控制电阻串中接入的电阻值不变。 

5.根据权利要求4所述的移动电源，其特征在于，所述开关组控制电路包括： 

电流采样电路，所述电流采样电路与比较器的正相输入端相连，所述电流阈值从所述比较器的反相输入端输入； 

所述比较器的输出端与由第一或门和第二或门组成的SR触发器的第一输入端相连，所述SR触发器的第二输入端与反相器的输出端相连；所述SR触发器的输出端与第三或门的第一输入端相连，所述第三或门的第三输入端与时钟相连； 

所述第三或门的输出端与计数器相连，所述计数器包括多个触发器，所述多个触发器的复位端分别与所述反相器的输出端相连；所述多个触发器的正相输出端经过至少一个与门与所述第三或门的第二输入端相连； 

所述多个触发器的反相输出端的输出信号用于控制所述开关组； 

所述反相器的输入端与第三电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端接地，所述反相器的输入端还与第三开关的第一端相连，所述第三开关的第二端与所述电池的正极相连。 

6.据权利要求5所述的移动电源，其特征在于，所述计数器由多个下降 沿D触发器构成。 

7.据权利要求6所述的移动电源，其特征在于，所述计数器为四位计数器，包括四个下降沿D触发器，所述开关组包括四个开关，负载电阻组包括五个负载电阻； 

所述五个负载电阻串联，除所述五个负载电阻中接地的电阻外的四个负载电阻分别与所述开关组中的四个开关并联； 

所述四个下降沿D触发器的正相输出端分别控制所述开关组中的四个开关。 

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