CN204290416U - 一种多能源应急供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多能源应急供电系统，包括能源供给模块、充电模块、充电电池、多电压输出模块、电源输出端，所述能源供给模块的输出端连接充电模块为充电电池充电，所述充电电池连接多电压输出模块，所述多电压输出模块将充电电池输出的电压进行升、降压处理后输出到电源输出端，为用电设备提供不同规格的电压。该供电系统综合运用了功率变换、快速充电、微处理器控制等技术，满足了小功率用电设备的供电需求。

Description

一种多能源应急供电系统

技术领域

本实用新型涉及供电领域，具体涉及一种多能源应急供电系统。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，便携式电子产品越来越普及，往往这些电子产品配备的电池容量较小，无法满足人们长时间使用的需求，特别是在出差或者旅行时，便携式电子产品经常在关键时刻没有电，又无法立即找到电源充电。又或者当人们在旅游、爬山、探险、露营时，随身携带的应急用电设备的电量不足，都会带来诸多不便。

现有的小功率用电设备的电力来源多以蓄电池为主，一旦蓄电池放电完毕，则没有有效的电力来源。另一方面，为小功率应急用电设备的蓄电池充电常常采用手摇电机发电的方式，但是手摇电机发电的功率有限，且无法蓄能。

实用新型内容

本申请通过提供一种多能源应急供电系统，可以由太阳能电池板、手摇电机、直流电等多种方式提供电力供给，为充电电池充电，并通过多电压转换电路输出不同电压，以满足不同用电设备的需要，以解决现有技术中一旦蓄电池放电完毕无有效电力来源，以及手摇电机发电功率有限且无法蓄能的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

一种多能源应急供电系统，包括能源供给模块、充电模块、充电电池、多电压输出模块、电源输出端，所述能源供给模块的输出端连接充电模块为充电电池充电，所述充电电池连接多电压输出模块，所述多电压输出模块将充电电池输出的电压进行升、降压处理后输出到电源输出端，为用电设备提供不同规格的电压。

进一步的，所述能源供给模块包括太阳能电池板、直流电和手摇电机，所述充电模块包括太阳能充电电路，直流充电电路和手摇电机充电电路。

所述太阳能充电电路包括DC/DC转换控制器和升压电路；其中所述升压电路包括第一电感、第一二极管、第一开关三极管、第一电容、第一电阻，所述第一开关三极管为NPN型三极管，其中第一开关三极管的基极连接到DC/DC转换控制器的ISWE引脚，并通过第一电阻连接第一开关三极管的发射极，第一开关三极管的发射极接地，第一开关三极管的集电极分别连接DC/DC转换控制器的ISWC引脚、第一电感、第一二极管的正极；所述第一二极管的负极通过第一电容接地，并通过串联的第二分压电阻和第三分压电阻接地；所述第一电感的另一端直接连接到DC/DC转换控制器的IPK检测引脚，并通过第四电阻连接到DC/DC转换控制器的IDC引脚；所述DC/DC转换控制器的Vcc引脚通过并联的第五取样电阻和第六取样电阻连接第四电阻，COMP引脚连接在第二分压电阻和第三分压电阻之间，TCAP引脚连接第二定时电容后接地。

所述手摇电机充电电路包括整流电路、充电监控电路；

其中，所述整流电路包括第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管，第二二极管的阴极连接第三二极管的阳极，第四二极管的阴极连接第五二极管的阳极，第六二极管的阴极连接第七二极管的阳极，第二二极管、第四二极管、第六二极管的阳极共同接地，第二二极管的阴极、第四二极管的阴极、第六二极管的阴极分别连接手摇电机输出三相交流电的三个输出端子，第三二极管、第五二极管、第七二极管的阴极共同连接第八二极管的正极，第八二极管的负极连接充电监控电路的输入端；

所述充电监控电路包括充电监控芯片、第二开关三极管、第一发光二极管、第九二极管、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻，所述第二开关三极管为PNP型三极管，所述第二开关三极管的基极连接充电监控芯片的SINK引脚，集电极连接充电监控芯片的DRS引脚和第九二极管的正极，第九二极管的负极连接充电电池的正极，并联的第五电阻、第六电阻、第七电阻一端共同连 接充电监控芯片的C/S-引脚和C/L引脚，另一端共同连接充电监控芯片的C/S+引脚和第一发光二极管的正极，所述第一发光二极管的负极通过第八电阻连接到充电监控芯片的OVPI引脚。

所述直流充电电路包括第十二极管,第十二极管的正极接直流电的正极输出,第十二极管的负极连接到充电监控电路输入端。

所述多电压输出电路包括控制器、升降压变换电路和MOS驱动芯片，所述控制器连接升降压变换电路和MOS驱动芯片并对其进行控制；

其中升降压变换电路包括第一开关MOS管、第二电感、第三储能电容、第四储能电容、第十一二极管、第十二二极管、第十三二极管、第十电阻，所述第一开关MOS管为PMOS管，第一开关MOS管的栅极通过第十电阻连接充电电池正极，并连接第十三二极管的正极，第十三二极管的负极连接第一开关MOS管的源极，第一开关MOS管的源极连接第十一二极管的负极，第十一二极管的正极连接第一开关MOS管的漏极，第一开关MOS管的漏极通过第二电感接地，并连接第十二二极管的负极，第十二二极管的正极通过并联的第三储能电容和第四储能电容接地；

MOS驱动芯片的OUTA#引脚通过第九电阻连接到第一开关MOS管的栅极，INA引脚接收控制器的PWM信号；

第十一电阻、第十二电阻串联在第十二二极管正极与地之间，第十三电阻、第十四电阻串联在第十二二极管正极与地之间，第十一电阻与第十二电阻之间连接控制器的第一反馈引脚，第十三电阻与第十四电阻之间连接控制器的第二反馈引脚，电源输出端的负极连接第十二二极管的正极，电源输出端的正极接地。

与现有技术相比，本申请提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：

该供电系统综合运用了功率变换、快速充电、微处理器控制等技术，提供了太阳能电池板、手摇电机、市电多种能源为充电电池充电，并采用多电压输出技术，为用电设备提供不同规格的电压，满足了各种小功率用电设备的供电 需求。

附图说明

图1为本实用新型结构框图；

图2为本申请实施例中太阳能充电电路图；

图3为本申请实施例中手摇电机与直流充电电路图；

图4为本申请实施例中多电压输出电路图；

具体实施方式

本申请实施例提供一种多能源应急供电系统，综合运用了功率变换、快速充电、微处理器控制等技术，提供了太阳能电池板、手摇电机、市电多种能源为充电电池充电，并采用多电压输出技术，为用电设备提供不同规格的电压，满足了各种小功率用电设备的供电需求。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对上述技术方案进行详细的说明。

一种多能源应急供电系统，如图1所示，包括能源供给模块10、充电模块20、充电电池30、多电压输出模块40、电源输出端50，能源供给模块10通过充电模块20为充电电池30充电，多电压输出模块40将充电电池30输出的电压进行升、降压处理后输出到电源输出端50，为用电设备提供不同规格的电压，其中能源供给模块包括太阳能电池板101、直流电102和手摇电机103，充电模块包括太阳能充电电路201，直流充电电路202和手摇电机充电电路203。充电电池30为锂离子电池。

图2所示为太阳能充电电路。太阳能充电电路包括DC/DC转换控制器MC34063和BOOST升压电路(开关直流升压电路)。

其中所述BOOST升压电路包括第一电感L1、第一二极管D11、第一开关三极管Q1、第一电容C1、第一电阻R1，第一开关三极管Q1为NPN型三极管，其中第一开关三极管的基极连接到DC/DC转换控制器MC34063的ISWE引脚，并通过第一电阻R1连接第一开关三极管的发射极，第一开关三极管的发射极接 地，第一开关三极管的集电极分别连接DC/DC转换控制器MC34063的ISWC引脚、第一电感L1、第一二极管D1的正极；所述第一二极管D1的负极通过第一电容C1接地，并通过串联的第二分压电阻R2和第三分压电阻R3接地；所述第一电感L1的另一端通过第四电阻R4连接到DC/DC转换控制器MC34063的IDC引脚，并直接连接到DC/DC转换控制器MC34063的IPK检测引脚；所述DC/DC转换控制器MC34063的Vcc引脚通过并联的第五取样电阻R5和第六取样电阻连接第四电阻R4，COMP引脚连接在第二分压电阻R2和第三分压电阻R3之间，TCAP引脚连接第二定时电容C2后接地。

充电时，第一开关三极管Q1导通，电源经并联的第五取样电阻R5、第六取样电阻R6流过第一电感L1，第一二极管D1防止第一电容C1对地放电，此时第一电感L1开始储能；放电时，第一开关三极管Q1截止，由于第一电感L1的电流保持特性，流经第一电感L1的电流缓慢的由充电完毕时的值变为0，第一电感L1开始给第一电容C1充电，使得第一电容C1两端电压升高，且电压高于输入电压，升压完毕。第二分压电阻R2和第三分压电阻R3用于设定输出电压的压降，在本实施例中，太阳能电池板输入5V的电压，第二分压电阻R2的阻值为12KΩ，第三分压电阻R3的阻值为1KΩ，输出电压为16.8V为锂离子电池组提供恒压充电。DC/DC转换控制器MC34063的TCAP引脚连接第二定时电容C2不断地充电和放电，以产生振荡波形，振荡的频率取决于第二定时电容C2的容值。

第一开关三极管Q1也可以用NMOS管来替代，由于此部分元器件的具体链接结构是本领域技术人员很容易联想到的，在此不进行具体描述。

图3所示为手摇电机与直流充电电路图。

手摇电机充电电路将手摇电机输出的交流电经整流电路、充电监控电路输出直流电压；其中，所述整流电路包括第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7，第二二极管D2的阴极连接第三二极管D3的阳极，第四二极管D4的阴极连接第五二极管D5 的阳极，第六二极管D6的阴极连接第七二极管D7的阳极，第二二极管D2、第四二极管D4、第六二极管D6的阳极共同接地，第二二极管D2的阴极、第四二极管D4的阴极、第六二极管D6的阴极分别连接手摇电机103输出三相交流电的三个输出端子，第三二极管D3、第五二极管D5、第七二极管D7的阴极共同连接第八二极管D8的正极，第八二极管D8的负极连接充电监控电路的输入端；整流电路将手摇电机输出的三相交流电整流成直流电。

所述充电监控电路包括充电监控芯片UC2906DW、第二开关三极管Q2、第一发光二极管LED1、第九二极管D9、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8，所述第二开关三极管Q2为PNP型三极管，所述第二开关三极管的基极连接充电监控芯片UC2906DW的SINK引脚，集电极连接充电监控芯片UC2906DW的DRS引脚和第九二极管D9的正极，第九二极管D9的负极连接充电电池30的正极，并联的第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7一端共同连接第八二极管D8的负极，并共同连接充电监控芯片UC2906DW的C/S-引脚和C/L引脚，另一端共同连接充电监控芯片UC2906DW的C/S+引脚和第一发光二极管LED1的正极，所述第一发光二极管LED1的负极通过第八电阻R8连接到充电监控芯片UC2906DW的OVPI引脚。

充电监控芯片UC2906DW提供对充电电池30充电所需的控制与检测功能。第九二极管D9是为确保当充电电池30电源中止后，充电电池30的电流回充至充电器线路造成损坏。当待充电的充电电池接入时，第二开关三极管Q2导通，即以Imax(大容量充电电流)进行充电，且电压逐渐升高；当电压达到Voc(过充电电压)的95％时，便进入过充电状态，电压维持在Voc，而电流逐渐下降，当电流下降至Ioct(过充电终止电流)时，充电电池30进入浮动充电阶段，第一发光二极管LED1亮起，代表整个充电程序完成，充电电池30已充足。

直流充电电路的直流电连接第十二极管D10的正极，第十二极管D10的负极连接到充电监控电路的输入端的，由充电监控芯片UC2906DW实现对充电电 池30充电的控制和检测。

在完成对充电电池30的充电后，多电压输出模块40将充电电池30输出的电压进行升、降压处理后输出到电源输出端50，为用电设备提供不同规格的电压，图4所示为多电压输出电路图。

所述多电压输出电路包括控制器DSPIC30F4011、BUCK BOOST电路(升降压变换电路)和MOS驱动芯片IXDN602，所述控制器DSPIC30F4011连接BUCKBOOST电路和MOS驱动芯片IXDN602并对其进行控制。

其中BUCK BOOST电路包括第一开关MOS管S1、第二电感L2、第三储能电容C3、第四储能电容C4、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13、第十电阻R10，所述第一开关MOS管S1为PMOS管，第一开关MOS管S1的栅极通过第十电阻R10连接充电电池30正极，并连接第十三二极管D13的正极，第十三二极管D13的负极连接第一开关MOS管S1的源极，第一开关MOS管S1的源极连接第十一二极管D11的负极，第十一二极管D11的正极连接第一开关MOS管S1的漏极，第一开关MOS管S1的漏极通过第二电感L2接地，并连接第十二二极管D12的负极，第十二二极管D12的正极通过并联的第三储能电容C3和第四储能电容C4接地。

MOS驱动芯片IXDN602的OUTA#引脚通过第九电阻R9连接到第一开关MOS管S1的栅极，INA引脚接收控制器DSPIC30F4011的PWM信号。

第十一电阻R11、第十二电阻R12串联在第十二二极管D12正极与地之间，第十三电阻R13、第十四电阻R14串联在第十二二极管D12正极与地之间，第十一电阻R11与第十二电阻R12之间连接控制器DSPIC30F4011的第一反馈引脚VSAMP1，第十三电阻R13与第十四电阻R14之间连接控制器DSPIC30F4011的第二反馈引脚VSAMP2，电源输出端50的负极连接第十二二极管D12的正极，电源输出端50的正极接地。 

第十一电阻R11、第十二电阻R12以及第十三电阻R13、第十四电阻R14组成反馈电路，第十一电阻R11与第十二电阻R12之间连接控制器 DSPIC30F4011的第一反馈引脚VSAMP1，第十三电阻R13与第十四电阻R14之间连接控制器DSPIC30F4011的第二反馈引脚VSAMP2。

MOS驱动芯片IXDN602的OUTA#引脚输出的PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号为BUCK-BOOST电路的驱动电压，BUCK-BOOST电路,是一种输出电压即可低于又可高于输入电压的单管不隔离直流变换器,但其输出电压地极性与输入电压相反，V₀＝(-V_i)*D/(1-D)，其中V_i为输入电压，V₀为输出电压，D为充电占空比，即第一开关MOS管的导通时间(0<D<1)。

本申请的上述实施例中，通过提供一种多能源应急供电系统，综合运用了功率变换、快速充电、微处理器控制等技术，提供了太阳能电池板、手摇电机、市电多种能源为充电电池充电，并采用多电压输出技术，为用电设备提供不同规格的电压，满足了各种小功率用电设备的供电需求。

应当指出的是，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种多能源应急供电系统，其特征在于，包括能源供给模块、充电模块、充电电池、多电压输出模块、电源输出端，所述能源供给模块的输出端连接充电模块为充电电池充电，所述充电电池连接多电压输出模块，所述多电压输出模块将充电电池输出的电压进行升、降压处理后输出到电源输出端，为用电设备提供不同规格的电压。

2.根据权利要求1所述的一种多能源应急供电系统，其特征在于，所述能源供给模块包括太阳能电池板、直流电和手摇电机，所述充电模块包括太阳能充电电路，直流充电电路和手摇电机充电电路。

3.根据权利要求2所述的一种多能源应急供电系统，其特征在于，所述太阳能充电电路包括DC/DC转换控制器和升压电路；

其中所述升压电路包括第一电感、第一二极管、第一开关三极管、第一电容、第一电阻，所述第一开关三极管为NPN型三极管，其中第一开关三极管的基极连接到DC/DC转换控制器的ISWE引脚，并通过第一电阻连接到第一开关三极管的发射极，第一开关三极管的发射极接地，第一开关三极管的集电极分别连接DC/DC转换控制器的ISWC引脚、第一电感、第一二极管的正极，所述第一二极管的负极通过第一电容接地，并通过串联的第二分压电阻和第三分压电阻接地，所述第一电感的另一端直接连接到DC/DC转换控制器的IPK检测引脚，并通过第四电阻连接到DC/DC转换控制器的IDC引脚；所述DC/DC转换控制器的Vcc引脚通过并联的第五取样电阻和第六取样电阻连接第四电阻，COMP引脚连接在第二分压电阻和第三分压电阻之间，TCAP引脚连接第二定时电容后接地。

4.根据权利要求2所述的一种多能源应急供电系统，其特征在于，所述手摇电机充电电路包括整流电路和充电监控电路；

其中，所述整流电路包括第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二 极管、第六二极管、第七二极管，第二二极管的阴极连接第三二极管的阳极，第四二极管的阴极连接第五二极管的阳极，第六二极管的阴极连接第七二极管的阳极，第二二极管、第四二极管、第六二极管的阳极共同接地，第二二极管的阴极、第四二极管的阴极、第六二极管的阴极分别连接手摇电机输出三相交流电的三个输出端子，第三二极管、第五二极管、第七二极管的阴极共同连接第八二极管的正极，第八二极管的负极连接充电监控电路的输入端；

所述充电监控电路包括充电监控芯片、第二开关三极管、第一发光二极管、第九二极管、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻，所述第二开关三极管为PNP型三极管，所述第二开关三极管的基极连接充电监控芯片的SINK引脚，集电极连接充电监控芯片的DRS引脚和第九二极管的正极，第九二极管的负极连接充电电池的正极，并联的第五电阻、第六电阻、第七电阻一端共同连接充电监控芯片的C/S-引脚和C/L引脚，另一端共同连接充电监控芯片的C/S+引脚和第一发光二极管的正极，所述第一发光二极管的负极通过第八电阻连接到充电监控芯片的OVPI引脚。

5.根据权利要求4所述的一种多能源应急供电系统，其特征在于，所述直流充电电路包括第十二极管,所述第十二极管的正极接直流电的正极输出,所述第十二极管的负极连接到充电监控电路输入端。

6.根据权利要求1所述的一种多能源应急供电系统，其特征在于，所述多电压输出电路包括控制器、升降压变换电路和MOS驱动芯片，所述控制器连接升降压变化电路和MOS驱动芯片并对其进行控制；

其中升降压变换电路包括第一开关MOS管、第二电感、第三储能电容、第四储能电容、第十一二极管、第十二二极管、第十三二极管、第十电阻，所述第一开关MOS管为PMOS管，第一开关MOS管的栅极通过第十电阻连接充电电池正极，并连接第十三二极管的正极，第十三二极管的负极连接第一开关MOS管的源极，第一开关MOS管的源极连接第十一二极管的负极，第十一二极管的正极连接第一开关MOS管的漏极，第一开关MOS管的漏极通过第二电感接地， 并连接第十二二极管的负极，第十二二极管的正极通过并联的第三储能电容和第四储能电容接地；

MOS驱动芯片的OUTA#引脚通过第九电阻连接到第一开关MOS管的栅极，INA引脚接收控制器的PWM信号；

第十一电阻、第十二电阻串联在第十二二极管正极与地之间，第十三电阻、第十四电阻串联在第十二二极管正极与地之间，第十一电阻与第十二电阻之间连接控制器的第一反馈引脚，第十三电阻与第十四电阻之间连接控制器的第二反馈引脚，电源输出端的负极连接第十二二极管的正极，电源输出端的正极接地。