CN204761127U - 一种手摇式充电电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种手摇式充电电源，包括手摇式直流发电机、DC-DC降压电路、电源管理器、电池接口和外设接口，所述手摇式直流发电机的输出端连接DC-DC降压电路的输入端，所述DC-DC降压电路的输出端连接电源管理器的电压输入端，所述电池接口和外设接口分别连接电源管理器。与现有技术相比，本实用新型可实现应急发电、蓄电及充电的功能，还可以通过电源管理实现对电池的充电保护、电压与电流显示、充电指示显示等功能，具有应用广泛、携带方便、结构简单、成本低等优点。

Description

一种手摇式充电电源

技术领域

本实用新型涉及一种电源，尤其是涉及一种手摇式充电电源。

背景技术

市场上的大部分手机电池只能够满足客户使用一定时间，这一点对于在进行露营、徒步等需要长期保持设备供电的人来说就不甚方便了，尤其会出现在遇到危险仅需要拨打一个电话或者发送一条短信但是手机没有电的时候。目前，市场上解决这个弊端的主要办法是研究移动电源，为之进行充电并尽量延长手持电子设备的运用时间。但是，移动电源中的能量也终究会耗尽，而目前，对于热爱野营和骑行的人群来说，在资源稀少的郊外寻找到为GPS、手机等必备设备的充电方式仍然是个问题。

为了解决这样一个问题，市场上出现了另外一种解决方案，那就是太阳能供电电池。在有太阳辐照对地方将太阳能电池的感光板暴露在太阳辐射之下，可以将太阳能转换成电能，并储存下来为手持设备进行供电。这是一种很好地提供可持续供电的解决方案。但是其使用的条件有较大的局限性，在阴雨绵绵的天气中效果不显著。同时，太阳能供电电池的价格比较昂贵，另外，功率足够的太阳能供电电池体积较大，对于登山、露营的人员而言，携带不够方便。

手摇式充电电源是指利用buck电路等电力电子技术及其他电子技术将手摇机械能转换为电能，并稳定地为锂电池充电。当需要的电量并不是很大，手摇式的充电电源可以实时地将生物能转换成的机械能转换成为电能，能够尽快地储存电量并为手持设备进行供电，就能够更大程度上地保证野外人员的安全。现在市场上的手摇式充电电源主要有以下几个型号：

1、法国迪卡侬迷你手电筒

优点：体积小，使用方便，价格低；

缺点：只能用于给自身电珠供电，不能够将电能印出来，用于为外部设备进行供电；

2、牧马人指南者吉普Jeep4S户外手摇式USB应急手机充电器

优点：体积小，成本低，可以提供多种接口；

缺点：手柄易断裂，输入电压不稳定，如果手摇太快容易引起电路烧断等问题；

3、日本斯特林手摇式发电手机充电器

优点：多方式进行充电，包括手摇发电和太阳能电池充电，同时也可以放置干电池，集成了充电、收音机、手电筒等多个功能；

缺点：价格高昂；

4、ETONBoostTurbine2000手摇式发电充电器

优点：内置移动电源，不对手柄进行摇动也可以为外部进行充电；

缺点：价格高昂。

中国专利CN201352721公开了一种便携式手摇操作电器，包括手摇式发电机，该手摇式发电机的两输出极上并联有整流滤波器，该整流滤波器的两输出极上并联有集成稳压器；该集成稳压器的两输出极上并联有相串联的发光体和第二开关体；集成稳压器的两输出极上还并联有USB接口。该专利无法实现对电池充电时间的管理、对电池充电电流的限制等电源管理。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种手摇式充电电源，可实现应急发电、蓄电及充电的功能，还可以通过电源管理实现对电池的充电保护、电压与电流显示、充电指示显示等功能，具有应用广泛、携带方便、结构简单、成本低等优点。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种手摇式充电电源包括手摇式直流发电机、DC-DC降压电路、电源管理器、电池接口和外设接口，所述手摇式直流发电机的输出端连接DC-DC降压电路的输入端，所述DC-DC降压电路的输出端连接电源管理器的电压输入端，所述电池接口和外设接口分别连接电源管理器。

所述电池接口和外设接口均为USB接口。

所述手摇式直流发电机为12V手摇式直流发电机。

所述DC-DC降压电路包括LMZ14202芯片。

所述电源管理器采用bq24070电源管理芯片。

所述DC-DC降压电路的输出端与电源管理器的电压输入端之间连接有稳压二极管。

还包括充电状态指示灯，所述充电状态指示灯连接电源管理器。

所述DC-DC降压电路、电源管理器、电池接口和外设接口布设在双层PCB板上。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型基于直流发电机原理及电力电子DC-DC(直流-直流)降压斩波技术，设计了一种手摇式充电电源，通过摇动设备上的手柄，将人力转化为电力，并通过接口实现与手机等设备的连接，实现应急发电、蓄电及充电的功能。同时，通过电源管理实现对锂电池的充电保护、电压与电流显示、充电指示显示等功能，且保护电池不因过度充电而损坏。

2、本实用新型运用范围很广、便于携带，一方面，这种充电器可用于登山、野营时对手机等设备进行应急充电。同时，通过对外观的改造设计，可实现与自行车轮胎的结合安装，从而实现骑行发电的功能，大大减少人力发电所需的体力。

3、本实用新型结构简单、成本低，利用LMZ14202芯片将来自直流发电机的12V电压降为可供手机充电的电压，同时，利用TI公司的电源管理芯片bq24070控制充电时间、各个充电过程电流等参数，实现电源管理的功能。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型中DC-DC降压电路的电路示意图；

图3为本实用新型中电源管理器及其周围电路的电路示意图；

图4为bq24070电源管理芯片中DPPM功能示意图。

图中：1、手摇式直流发电机，2、DC-DC降压电路，3、电源管理器，4、电池接口，5、外设接口，6、充电状态指示灯。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种手摇式充电电源包括手摇式直流发电机1、DC-DC降压电路2、电源管理器3、电池接口4、外设接口5和充电状态指示灯6，手摇式直流发电机1的输出端通过稳压二极管连接DC-DC降压电路2的输入端，DC-DC降压电路2的输出端连接电源管理器3的电压输入端，电池接口4和外设接口5分别连接电源管理器3，充电状态指示灯6连接电源管理器3，电池接口4连接电池，外设接口5连接系统。

其中，手摇式直流发电机1为12V手摇式直流发电机，即进口微型直流减速电机7字型DS-400.110/S555SDC12V发电机，考虑到该发电机机械部分的阻力与人在转动手柄时的舒适度和习惯，本实施例针对转速1r/s左右进行设计，即设定直流发电的输出电压为12-13V。

DC-DC降压电路采用TI公司的LMZ14202芯片，对手摇式直流发电机1输出的12-13V电压进行buck型DC-DC降压，使之稳定，并供给电源管理器3。LMZ14202芯片可接受6V到42V之间的输入电压轨，提供低至0.8V的可调且高精确度输出电压。

如图2所示，P_Vdc为连接12V直流手摇发电机的接插件，p_key为该电源的开关，D_In为二极管10TQ035，D_out为稳压二极管1N4001，手摇式直流发电机1输入电压经过DC-DC降压电路2降压之后的电压，作为VCC传送给之后的电源管理芯片。

当LMZ14202芯片输入10-12V电压时，输出Vout的值基本保持在6.95V到6.96V之间，误差值在±0.009V以内。输出电压纹波非常小，比较稳定。在经过了输出电压方向稳定模块(稳压二极管)以及电压选择电路之后，同时，也满足bq24070电源管理芯片的Vin引脚需要在4.35V以上的要求。输出电流可以保持稳定的1.2A，bq24070电源管理芯片的Vin引脚对于输入电流最大不能超过2A的要求。

电源管理器3采用TI公司的bq24070电源管理芯片。bq24070电源管理芯片是一种具有20引脚的3.5mmx4.5mm的芯片，其小巧紧凑的封装形式最大程度上节省了PCB板的空间。它的适用范围很广，包括个人媒体播放器，手机，游戏机，PDA等等手持设备。它具备了电源管理的多项功能，包括DPPM动态功率路径管理、充电过程管理(包括对软启动预充电阶段、快速充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电就断，以及涓流充电阶段的管理与控制)、充电状态指示等功能。

如图3所示，为了使得用户得到最方便简单的使用体验，对bq24070电源管理芯片的几个选择性引脚进行了定义：

CE引脚可用于关断或者让芯片中的所有单元(包括充电管理单元和功率路径管理单元)处于时能的状态。当CE＝0时，如图4所示，芯片内部Q1关断，Q2导通，此时，即使有手摇式直流发电机1给系统System供电，也只有电池给系统供电。

当CE＝1时，Q1导通，Q2则由芯片本身根据实际的状态判断应该导通还是关断，或者是启动DPPM单元和充电管理单元。如果没有进入DPPM模式或进入潜度DPPM模式时，进入手摇式直流发电机1供电状态，如果进入深度DPPM模式，则进入手摇式直流发电机1和电池同时给系统供电状态。

在本实施例中，定义CE＝1，根据设备的实际使用情况自动选择供电状态。

输入模式的选择可以通过调整MODE引脚的电压来实现。当MODE引脚＝1(将MODE引脚置于高位)时，芯片将选择交流适配器模式为电池充电，同时，芯片将从适配器中抽取部分电流给系统供电。当MODE引脚＝0(将MODE引脚置于低位)时，芯片将选择用USB电源的模式为电池充电，同时也会从USB电源中抽取部分电流给系统供电。如果USB电源和适配器电源都不在位，芯片会自动选取电池作为系统的供电电源。而考虑到用户在使用手摇式直流发电机1时转速的不稳定性，当MODE＝1，以适应可能实时变化的，非直流的电压输入的影响。

在本实施例中，通过一个选择电路，让电池和经过buck型DC-DC降压电路2的直流电共同为MODE引脚进行供电，如图3所示，当VCC的电压大于电池电压时，由VCC为MODE引脚进行供电；相反，当VCC的电压小于电池电压时，由电池为MODE引脚进行供电。后者发生在没有供电电源提供VCC的电压时，即没有外部驱动可以使得机械能转换为电能。利用选择电路，可以使得使电池持续为外部系统供电。

Iset2主要用于充电电流等参数设置，本实施例中，选择将Iset2设置为高电平。同时，为Iset2引脚设计了一个选择电路，通过该选择电路，让电池和经过buck型DC-DC降压电路2的直流电共同为Iset2引脚进行供电。

由于本实施例中不使用温度检测功能，因此将TS引脚通过一只10KΩ的电阻接地。

PG引脚则用于指示入口电源状态引脚是否开放式漏极，在PG引脚处增加一个LED灯，用以直观地指示入口电源的情况。STATE1引脚和STATE2引脚分别连接LED_1和LED_2两个LED电珠，用于显示充电状态，包括：预充电状态、快速充电状态、电池充满和停止充电或关机四个状态。

利用USB母头接口实现电源管理器3与电池和外部系统的连接。如图3所示，其中，电池接口USB_bat与bq24070电源管理芯片的BAT引脚连接，主要用于与锂电池相连接，并实现充电的功能；外设接口USB_out与bq24070电源管理芯片的OUT引脚连接，主要实现与外部系统的连接，在用户手摇的时候为外部系统供电，或仅由电池对系统进行供电。

本实用新型制成产品时，DC-DC降压电路2、电源管理器3、电池接口4和外设接口5布设在双层PCB板上，布置紧凑，体积小，便于携带。手机充电时，将外设接口5通过USB连接线连接手机，旋转手摇式直流发电机1的摇柄即可实现手机的充电。也可安装运用在自行车、摩天大楼的减震摆、手表、跑步机等等上。

Claims (8)

1.一种手摇式充电电源，其特征在于，包括手摇式直流发电机、DC-DC降压电路、电源管理器、电池接口和外设接口，所述手摇式直流发电机的输出端连接DC-DC降压电路的输入端，所述DC-DC降压电路的输出端连接电源管理器的电压输入端，所述电池接口和外设接口分别连接电源管理器。

2.根据权利要求1所述的一种手摇式充电电源，其特征在于，所述电池接口和外设接口均为USB接口。

3.根据权利要求1所述的一种手摇式充电电源，其特征在于，所述手摇式直流发电机为12V手摇式直流发电机。

4.根据权利要求1所述的一种手摇式充电电源，其特征在于，所述DC-DC降压电路包括LMZ14202芯片。

5.根据权利要求1所述的一种手摇式充电电源，其特征在于，所述电源管理器采用bq24070电源管理芯片。

6.根据权利要求1所述的一种手摇式充电电源，其特征在于，所述DC-DC降压电路的输出端与电源管理器的电压输入端之间连接有稳压二极管。

7.根据权利要求1所述的一种手摇式充电电源，其特征在于，还包括充电状态指示灯，所述充电状态指示灯连接电源管理器。

8.根据权利要求1所述的一种手摇式充电电源，其特征在于，所述DC-DC降压电路、电源管理器、电池接口和外设接口布设在双层PCB板上。