CN204205687U - 一种便携式多功能充电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种便携式多功能充电机，包括充电机本体，所述充电机本体上设有交流供电接口、手摇发电机、直流供电接口、可折叠太阳能电池板、AC/DC变换器、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、电压取样单元、第一比较器、电子开关、MPPT单元和可变恒流限压充电器。本实用新型提供的便携式多功能充电机，使用者可以根据具体的使用需求，来选择交流充电、直流充电、手摇发电机充电和太阳能充电多种不同的充电方式，因而能够适应各种场合的充电需求，整机体积小且便于携带，特别实现了太阳能电池的MPPT功能，所以能充分利用太阳能充电，提高了太阳能充电的效率和利用率。

Description

一种便携式多功能充电机

技术领域

本实用新型属于充电领域，具体涉及一种便携式多功能充电机。

背景技术

在某些特殊场合(如野外作业、抢险救灾等)，需要使用人力或太阳能对电池充电；而在一般场合，又要使用交流电(如市电)或直流电(如汽车电瓶)充电。但是，本实用新型的发明人经过研究发现，目前的充电设备功能较单一，需使用多台充电设备才能同时满足上述要求，导致使用和携带很不方便。

实用新型内容

针对现有技术存在的充电设备功能较单一，需使用多台充电设备才能同时满足上述要求，导致使用和携带很不方便的技术问题，本实用新型提供一种便携式多功能充电机。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种便携式多功能充电机，包括充电机本体，所述充电机本体上设有交流供电接口、手摇发电机、直流供电接口、可折叠太阳能电池板、AC/DC变换器、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、电压取样单元、第一比较器、电子开关、MPPT单元和可变恒流限压充电器；所述交流供电接口和手摇发电机的输出端依次经所述第一控制开关、AC/DC变换器和第二控制开关与所述可变恒流限压充电器的输入端连接，所述可变恒流限压充电器的输出端可连接被充电电池，所述手摇发电机的输出端还依次经电压取样单元、第三控制开关、第一比较器和电子开关与所述可变恒流限压充电器的第一设置电压端连接，所述直流供电接口和可折叠太阳能电池板的输出端与所述第二控制开关连接，所述可折叠太阳能电池板的输出端还经MPPT单元与所述第三控制开关连接。

本实用新型提供的便携式多功能充电机中，包括设置于充电机本体上的交流供电接口、手摇发电机、直流供电接口、可折叠太阳能电池板以及控制开关、转换电路和充电电路，使用者可以根据具体的使用需求，来选择交流充电、直流充电、手摇发电机充电和太阳能充电多种不同的充电方式，因而能够适应各种场合的充电需求，整机体积小且便于携带，特别实现了太阳能电池的MPPT功能，所以能充分利用太阳能充电，提高了太阳能充电的效率和利用率。

进一步，所述第一控制开关、第二控制开关和第三控制开关为单刀四掷开关，所述单刀四掷开关包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和输出端。

进一步，所述第一控制开关的第一输入端与交流供电接口连接，第二输入端与手摇发电机的输出端连接，第三输入端和第四输入端悬空，输出端连接至所述AC/DC变换器的输入端。

进一步，所述第二控制开关的第一输入端和第二输入端短接后与所述AC/DC变换器的输出端连接，第三输入端与直流供电接口连接，第四输入端与所述可折叠太阳能电池板的输出端连接，输出端连接至所述可变恒流限压充电器的输入端。

进一步，所述直流供电接口输出的直流电压为9～32V。

进一步，所述第三控制开关的第一输入端和第三输入端短接后与预设的高电平连接，第二输入端与所述电压取样单元的输出端连接，第四输入端与所述MPPT单元的输出端连接，输出端与所述第一比较器的负输入端和电子开关的H输入端连接。

进一步，所述电子开关为单刀双掷开关，所述单刀双掷开关包括L输入端、H输入端和输出端，所述第一比较器的正输入端和电子开关的L输入端都与预定的设置电压连接，所述第一比较器的输出端连接至电子开关的控制端，所述电子开关的输出端与所述可变恒流限压充电器的第一设置电压端连接。

进一步，所述可变恒流限压充电器包括输入端、输出端、设置所需恒流值的第一设置电压端和设置所需限压值的第二设置电压端。

进一步，所述MPPT单元包括输入端、最佳工作电压下限值接口、最佳工作电压上限值接口、第二比较器、第三比较器、第一场效应管、第二场效应管、电源Ec、电阻R、电容C和放大器；所述输入端与可折叠太阳能电池板的输出端连接，所述输出端与第三控制开关连接，所述第二比较器的负输入端连接最佳工作电压上限值接口，所述第二比较器的正输入端和第三比较器的负输入端连接输入端，所述第三比较器的正输入端连接最佳工作电压下限值接口，所述第二比较器的输出端连接第一场效应管的栅极连接，所述第三比较器的输出端连接第二场效应管的栅极连接，所述第一场效应管的漏极接电源Ec，源极与所述第二场效应管的漏极连接，第二场效应管的源极接地，所述电阻R的一端连接于第一场效应管的源极和第二场效应管的漏极之间，另一端与所述放大器的正极输入端连接，放大器的负极输入端和输出端连接，电容C的一端连接于所述电阻R和放大器的正极输入端之间，另一端接地。

附图说明

图1是本实用新型提供的便携式多功能充电机原理结构示意图。

图2是图1中MPPT的工作原理结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

请参考图1所示，一种便携式多功能充电机，包括充电机本体，所述充电机本体上设有交流供电接口、手摇发电机、直流供电接口、可折叠太阳能电池板、AC/DC变换器、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、电压取样单元、第一比较器、电子开关、MPPT单元和可变恒流限压充电器；所述交流供电接口和手摇发电机的输出端依次经所述第一控制开关、AC/DC变换器和第二控制开关与所述可变恒流限压充电器的输入端连接，所述可变恒流限压充电器的输出端可连接被充电电池，所述手摇发电机的输出端还依次经电压取样单元、第三控制开关、第一比较器和电子开关与所述可变恒流限压充电器的第一设置电压端连接，所述直流供电接口和可折叠太阳能电池板的输出端与所述第二控制开关连接，所述可折叠太阳能电池板的输出端还经MPPT单元与所述第三控制开关连接。

本实用新型提供的便携式多功能充电机中，包括设置于充电机本体上的交流供电接口、手摇发电机、直流供电接口、可折叠太阳能电池板以及控制开关、转换电路和充电电路，使用者可以根据具体的使用需求，来选择交流充电、直流充电、手摇发电机充电和太阳能充电多种不同的充电方式，因而能够适应各种场合的充电需求，整机体积小且便于携带，特别实现了太阳能电池的MPPT功能，所以能充分利用太阳能充电，提高了太阳能充电的效率和利用率。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述第一控制开关K1、第二控制开关K2和第三控制开关K3为单刀四掷开关，所述单刀四掷开关包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和输出端，由此可以便于在交流充电、直流充电、手摇发电机充电和太阳能充电共四种充电模式中进行切换，以实现不同的充电功能。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述第一控制开关K1的第一输入端1与交流供电接口(即220V交流供电)连接，第二输入端2与手摇发电机的输出端连接，第三输入端3和第四输入端4悬空，输出端连接至所述AC/DC变换器的输入端。具体地，所述交流供电接口和手摇发电机输出的电压均为交流电压，在对被充电电池充电前，需要将所述交流电压转换成直流电压，因而为了可以分别对所述交流供电接口和手摇发电机输出的交流电压进行转换，因此选择了所述第一控制开关K1对所述交流供电接口和手摇发电机输出的交流电压进行选择转换。当然，本领域技术人员还可以选用其它的控制开关进行选择控制。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述第二控制开关K2的第一输入端1和第二输入端2短接后与所述AC/DC变换器的输出端连接，第三输入端3与直流供电接口(即12V或24V直流供电)连接，第四输入端4与所述可折叠太阳能电池板的输出端连接，输出端连接至所述可变恒流限压充电器的输入端。具体地，为了方便使用者可以根据具体的使用需求，来选择交流充电、直流充电、手摇发电机充电和太阳能充电中的任意一种充电方式来进行充电，本实施例中选用所述第二控制开关K2来对交流充电、直流充电、手摇发电机充电和太阳能充电进行选择控制，由此满足客户不同的充电需求。

作为具体实施例，所述直流供电接口输出的直流电压为9～32V，由此可以适应更多的直流供电电源。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述第三控制开关K3的第一输入端1和第三输入端3短接后与预设的高电平H连接，第二输入端2与所述电压取样单元的输出端连接，第四输入端4与所述MPPT单元的输出端连接，输出端与所述第一比较器A的负输入端-和电子开关SW的H输入端连接，结合第一比较器A和电子开关SW可以使可变恒流限压充电器第一设置电压端的电压由不同充电类型的电路提供，完成相应的充电控制功能。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述电子开关SW为单刀双掷开关，所述单刀双掷开关包括L输入端、H输入端和输出端，所述第一比较器A的正输入端+和电子开关SW的L输入端都与预定的设置电压VCC1连接，所述第一比较器A的输出端连接至电子开关SW的控制端，所述电子开关SW的输出端与所述可变恒流限压充电器的第一设置电压端连接，结合第三控制开关K3可以使可变恒流限压充电器第一设置电压端的电压由不同充电类型的电路提供，完成相应的充电控制功能。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述可变恒流限压充电器包括输入端、输出端、设置所需恒流值IC的第一设置电压端和设置所需限压值VC的第二设置电压端。本实施例中提供的可变恒流限压充电器的输入电压为9～32V，能适应多种类型的直流供电电源，可变恒流限压充电器对被充电电池进行先恒流后限压的充电，可变恒流限压充电器根据被充电电池的种类、电压和容量，由第一设置电压端的设置电压VCC设置所需的恒流值IC，第二设置电压端的设置电压VCV设置所需的限压值VC，第一设置电压端的设置电压VCC与恒流值IC、第二设置电压端的设置电压VCV与限压值VC都成正比例关系。

作为具体实施例，请参考图2所示，所述MPPT(Maximum PowerPoint Tracking，最大功率点跟踪)单元包括输入端、最佳工作电压下限值接口、最佳工作电压上限值接口、第二比较器A1、第三比较器A2、第一场效应管FET1、第二场效应管FET2、电源Ec、电阻R、电容C和放大器；所述输入端与可折叠太阳能电池板的输出端连接，所述输出端与第三控制开关K3连接，所述第二比较器A1的负输入端-连接最佳工作电压上限值接口，所述第二比较器A1的正输入端+和第三比较器A2的负输入端-连接输入端，所述第三比较器A2的正输入端+连接最佳工作电压下限值接口，所述第二比较器A1的输出端连接第一场效应管FET1的栅极连接，所述第三比较器A2的输出端连接第二场效应管FET2的栅极连接，所述第一场效应管FET1的漏极接电源Ec，源极与所述第二场效应管FET2的漏极连接，第二场效应管FET2的源极接地，所述电阻R的一端连接于第一场效应管FET1的源极和第二场效应管FET2的漏极之间，另一端与所述放大器的正极输入端+连接，放大器的负极输入端-和输出端连接，电容C的一端连接于所述电阻R和放大器的正极输入端+之间，另一端接地。采用本实施例中的MPPT单元，不仅能提高太阳能电池的充电效率，还能在光照弱即太阳能电池输出功率小时也能对电池充电，提高太阳能充电的利用率。

为了使本领域的技术人员对本实用新型的充电原理有个更加清楚的认识和了解，以下将详细说明不同充电模式下的具体充电过程。

一、直流充电：

直流充电时，控制开关K1～K3均掷向第三输入端3，直流供电接口输出的电压VDC2的范围是9～32V，且直流充电时VCC＝VCC1，具体地：第一比较器A的负输入端-经第三控制开关K3接高电平H，第一比较器A的正输入端+接恒流充电值的设置电压VCC1，因VCC1＜H，第一比较器A的输出低电平，该低电平控制电子开关SW掷向L，VCC经电子开关SW接VCC1。其中，适用的被充电电池种类为镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池，适用的容量≤14Ah，适用的电压≤25.2V。

二、交流充电：

交流充电时，控制开关K1～K3均掷向第一输入端1，交流供电接口输出的电压VAC1的电压为220V±20％，频率为50Hz/60Hz的交流电，所述AC/DC变换器用于将交流电转换为直流电VDC1，VDC1＝24V，然后通过可变恒流限压充电器对被充电电池充电，且交流充电时，VCC＝VCC1。

三、手摇发电机充电：

手摇发电机充电时，控制开关K1～K3均掷向第二输入端2。具体地，手摇发电机嵌入在充电机壳中，可提供最大30W的充电功率。充电时手摇发电机产生≤250V的交流电VAC2，VAC2经第一控制开关K1加至AC/DC变换器。电压取样单元用于取样手摇发电机的输出电压并进行处理，使其输出的直流电压VCC2与手摇发电机输出的交流电压成正比例关系。

手摇发电机充电时功率自适应原理：手摇发电机可输出的充电功率与发电机的转速有关，转速越快可输出的充电功率越大，而发电机的转速与发电机输出电压成同向变化关系。由于手摇发电机可输出的充电功率与转速同向变化，若能保证电池的充电电流也随发电机的转速同向变化，则能在发电机转速慢即输出电压低时也能对电池充电，提高手摇发电机充电的利用率，减小手摇发电时人的疲劳强度。

在手摇发电机充电时，VCC＝VCC2，具体地：第一比较器A的负输入端-经第三控制开关K3接VCC2，第一比较器A的正输入端+接VCC1。当发电机转速慢时，VCC2＜VCC1，第一比较器A输出高电平，该高电平控制电子开关SW掷向H，使VCC＝VCC2。当发电机转速变快即发电机可输出的充电功率变大时，VCC2变大，VCC变大，使充电电流变大即充电功率变大。当VCC2增大到VCC2＞VCC1时，第一比较器A输出低电平，该低电平控制电子开关SW掷向L，使VCC＝VCC1，充电电流等于设定电流而不再增大。

四、可折叠太阳能电池板充电：

太阳能充电时，控制开关K1～K3均掷向第四输入端4。具体地，可折叠式太阳能电池板折叠后尺寸小，方便携带；可折叠式太阳能电池板展开后面积较大，最大可提供32W的充电功率，开路输出电压为22.6V。使用MPPT后，不仅能提高太阳能电池的充电效率，还能在光照弱即太阳能电池输出功率小时也能对电池充电，提高太阳能充电的利用率。太阳能充电时，MPPT单元输出直流控制电压VCC3。当VCC3＜VCC1时，第一比较器A输出高电平，使VCC＝VCC3，充电电流与VCC3同向变化；当VCC3＞VCC1时，第一比较器A输出低电平，使VCC＝VCC1，充电电流等于设置电流而不变。

其MPPT单元的具体工作原理如下：

太阳能电池输出最大功率时对应的输出电压称为最佳工作电压，不同光照强度对应的最佳工作电压略有不同，但变化不大，VL和VH分别是最佳工作电压范围的下限值和上限值。太阳能充电时，若能保证太阳能电池的输出电压维持在VL和VH(VH＞VL)之间即维持在最佳工作电压范围内，则能基本保证太阳能电池输出最大功率，从而实现MPPT。

具体地为：当太阳能电池输出电压VDC3＜VL时，第二比较器A1输出低电平、第三比较器A2输出高电平，第一场效应管FET1截止、第二场效应管FET2导通，电容C经过电阻R和第二场效应管FET2放电，电容C上的电压减小，VCC3减小，VCC减小，充电电流减小使太阳能电池的输出电流减小，根据太阳能电池的输出特性，输出电流减小时输出电压增大即VDC3增大，直到VDC3增大至VDC3＞VL，第三比较器A2输出低电平，第二场效应管FET2截止，电容C停止放电，VCC3维持不变，VDC3不变。反之，当太阳能电池输出电压VDC3＞VH时，第二比较器A1输出高电平、第三比较器A2输出低电平，第一场效应管FET1导通、第二场效应管FET2截止，电源Ec通过第一场效应管FET1和电阻R向电容C充电，电容C上的电压增大，VCC3增大，VCC增大，充电电流增大使太阳能电池的输出电流增大，根据太阳能电池的输出特性，输出电流增大时输出电压减小即VDC3减小，直到VDC3减小到VDC3＜VH，第二比较器A1输出低电平，第一场效应管FET1截止，电容C停止充电，VCC3维持不变，VDC3不变。由此可见，只有当VL＜VDC3＜VH时，电容C停止充放电，VCC3维持不变，VDC3不变；如果VDC3＞VH或VDC3＜VL，电容C将被充电或放电，VCC3上升或下降，VDC3下降或上升，直到VL＜VDC3＜VH为止，从而保证太阳能电池输出电压保持在最佳工作电压范围内，实现MPPT。

本实用新型提供的便携式多功能充电机具有多种充电方式，能适应各种场合的充电要求，整机体积小便于携带，实现了太阳能电池的MPPT功能，能充分利用太阳能充电，提高了太阳能充电的效率和利用率；还实现了手摇发电机充电的功率自适应，提高了手摇发电机充电的利用率，减小手摇发电时人的疲劳强度。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型的专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种便携式多功能充电机，包括充电机本体，其特征在于，所述充电机本体上设有交流供电接口、手摇发电机、直流供电接口、可折叠太阳能电池板、AC/DC变换器、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、电压取样单元、第一比较器、电子开关、MPPT单元和可变恒流限压充电器；所述交流供电接口和手摇发电机的输出端依次经所述第一控制开关、AC/DC变换器和第二控制开关与所述可变恒流限压充电器的输入端连接，所述可变恒流限压充电器的输出端可连接被充电电池，所述手摇发电机的输出端还依次经电压取样单元、第三控制开关、第一比较器和电子开关与所述可变恒流限压充电器的第一设置电压端连接，所述直流供电接口和可折叠太阳能电池板的输出端与所述第二控制开关连接，所述可折叠太阳能电池板的输出端还经MPPT单元与所述第三控制开关连接。

2.根据权利要求1所述的便携式多功能充电机，其特征在于，所述第一控制开关、第二控制开关和第三控制开关为单刀四掷开关，所述单刀四掷开关包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和输出端。

3.根据权利要求2所述的便携式多功能充电机，其特征在于，所述第一控制开关的第一输入端与交流供电接口连接，第二输入端与手摇发电机的输出端连接，第三输入端和第四输入端悬空，输出端连接至所述AC/DC变换器的输入端。

4.根据权利要求2所述的便携式多功能充电机，其特征在于，所述第二控制开关的第一输入端和第二输入端短接后与所述AC/DC变换器的输出端连接，第三输入端与直流供电接口连接，第四输入端与所述可折叠太阳能电池板的输出端连接，输出端连接至所述可变恒流限压充电器的输入端。

5.根据权利要求4所述的便携式多功能充电机，其特征在于，所述直流供电接口输出的直流电压为9～32V。

6.根据权利要求2所述的便携式多功能充电机，其特征在于，所述第三控制开关的第一输入端和第三输入端短接后与预设的高电平连接，第二输入端与所述电压取样单元的输出端连接，第四输入端与所述MPPT单元的输出端连接，输出端与所述第一比较器的负输入端和电子开关的H输入端连接。

7.根据权利要求1所述的便携式多功能充电机，其特征在于，所述电子开关为单刀双掷开关，所述单刀双掷开关包括L输入端、H输入端和输出端，所述第一比较器的正输入端和电子开关的L输入端都与预定的设置电压连接，所述第一比较器的输出端连接至电子开关的控制端，所述电子开关的输出端与所述可变恒流限压充电器的第一设置电压端连接。

8.根据权利要求1所述的便携式多功能充电机，其特征在于，所述可变恒流限压充电器包括输入端、输出端、设置所需恒流值的第一设置电压端和设置所需限压值的第二设置电压端。

9.根据权利要求1所述的便携式多功能充电机，其特征在于，所述MPPT单元包括输入端、最佳工作电压下限值接口、最佳工作电压上限值接口、第二比较器、第三比较器、第一场效应管、第二场效应管、电源Ec、电阻R、电容C和放大器；所述输入端与可折叠太阳能电池板的输出端连接，所述输出端与第三控制开关连接，所述第二比较器的负输入端连接最佳工作电压上限值接口，所述第二比较器的正输入端和第三比较器的负输入端连接输入端，所述第三比较器的正输入端连接最佳工作电压下限值接口，所述第二比较器的输出端连接第一场效应管的栅极连接，所述第三比较器的输出端连接第二场效应管的栅极连接，所述第一场效应管的漏极接电源Ec，源极与所述第二场效应管的漏极连接，第二场效应管的源极接地，所述电阻R的一端连接于第一场效应管的源极和第二场效应管的漏极之间，另一端与所述放大器的正极输入端连接，放大器的负极输入端和输出端连接，电容C的一端连接于所述电阻R和放大器的正极输入端之间，另一端接地。