CN207184124U - 基于bq24195芯片的高效率太阳能充电宝 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于BQ24195芯片的高效率太阳能充电宝，包括折叠式壳体(1)，太阳能电池板(2)。壳体(1)表面设置有USB接口(3)，显示灯(4)，开关(5)，USB接口(3)。内部电路包括高效率充电电路，MCU控制充放过程，电路稳压保护，电池保护电路，放电电路。太阳能电池板(2)与稳压电路相连，稳压电路与充放电路相连，充放电路与锂电池相连。充电电路采用TI公司的BQ24195芯片。本实用新型提供了一种智能高效率太阳能充电宝，通过BQ24195芯片实现高效率充放电，ABOV单片机合理选择充放模式，折叠双板增大太阳能电池板(2)面积，可实现边充边放，高速充放，并且拥有多重保护电路，即使在弱光环境下，例如阴天也能使用，充电效率高，经济实用，满足了大部分群众的使用需求。

Description

基于BQ24195芯片的高效率太阳能充电宝

技术领域

本实用新型涉及便携式电子产品技术领域，具体涉及一种高效率太阳能充电宝。

背景技术

随着社会的进步，智能手机已经大量的普及。因为在空闲的时候每个人都会使用手机，所以电子产品的电池续航就成了很大的问题。太阳能充电宝的产生，可以在很大程度上的解决这一问题。

现在的充电宝大多数只能使用市电充电，出门在外的时候很不方便。而且太阳能充电宝还处于刚起步的状态，技术还不够成熟，普遍存在着充放电效率低，太阳能板面积过小，没有实用价值，或者面积大不便携带，弱光环境下，例如阴天不能充电，并且有安全隐患等问题。因此，目前需要一种智能高效率的太阳能充电宝，在体积较小的同时，还能实现快速充放，阴天也能用。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一个成熟、完整、智能的充电宝，并且具有高效率，低功耗的转化电路。即使在弱光的环境下也可正常充电。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：包括高效率充电电路、MCU控制充放过程、电路稳压保护、电池保护电路、放电电路。

首先，高效率充电电路，为了使太阳能转化成的电能高效率的储存在锂电池上，采用移动PC端常用的，由TI公司提供的移动电源充电解决方案集成IC:BQ24195。该芯片转化率高，功耗低，并且控制精准，能够在很大程度上保护锂电池安全，减少损耗。在该太阳能充电宝中，充电电流为1A的情况下，该芯片的电能转化效率达到了94.5%。因此，十分适合用于太阳能充电宝。

本太阳能充电宝的MCU控制充放过程采用ABOV 97F1204SMBN芯片。该芯片结构简单，具有51内核，编程方便。并且只需3.3V即可正常工作，功耗小，对于太阳能充电宝这种充电功率不大的电子产品而言，该芯片也相当适合。用MCU控制充放过程，能使该过程更加精确。

为了保护电路不过压，本太阳能充电宝用TM1584芯片设计了一个过压保护电路。该电路能实现12V降压到5V的电压转换，并且转化效率达到96%。

为了保护电池，本太阳能充电宝除了依赖BQ24195芯片进行电路保护以外，也使用PMOS管，对电路进行保护。防止突升、突降对电路造成损害。

放电电路主要靠BQ24195芯片和MCU主控协同调节，根据锂电池的不同提供不同的充电方案，更加有效的保护电池，延长电池寿命。

整体结构上在远离充电端口的方框中安放的是电芯，电芯周围留有1cm缝隙，缝隙中加了海绵用于减震，防止电芯由于运动而震动损坏。最左边为旋转开关，最右边为走线用的凹槽，目的是为了合理走线，不易损坏。前面凹槽方框中加稳压电路和充放电路。

附图说明

图1为本实用新型充放电路系统框图；

图2为本实用新型MCU控制电路原理图；

图3为本实用新型12V降压到5V稳压电路原理图；

图4为本实用新型BQ24195控制电路原理图；

图5为本实用新型锂电池充电过程框图；

图6为本实用新型锂电池充电过程折线图；

图7为本实用新型程序控制流程图。

具体实施方式

首先图1为充放电路系统框图，太阳能板收集到光能转化为电能后，经过稳压电路把12V电压转化为5V后，把电能输入充放电路中，经由充放电路控制输入到电芯中。其中，MCU作为主控，控制BQ24195的充放电路处在充电还是放电模式。首先，充电模式为BQ24195芯片控制把太阳能板和稳压模块转换后的电能储存到电池中，MCU用于纠错和识别外部设备，BQ24195芯片控制充电的四个过程。在放电模式中，同样，把电芯的电能输出到设备中。首先MCU通过AD转换，检测电压，根据电压大小，判断电池类型，然后通过I²C初始化BQ24195芯片，使PMID引脚输出相应的充电电流和电压，充电。MCU在这个过程中，不断检测电路电压，直到他达到指定的阈值电压，即满电阈值，则停止充电。

参照图2、图3和图4，对太阳能充电宝进行进一步说明。

如图2所示为MCU控制电路，该电路的作用是对太阳能充电进行合理有效的控制。首先，单片机由BQ24195的SYS引脚供电，供电电压为3.3V。P00-P03初始化为低电平，LED共阳极并分别串联电阻R12-R15，然后分别与P00-P03相连。P04初始化为低电平，开关KEY一端与电阻R22的一端相连，另一端与SYS引脚相连，电阻另一端与单片机引脚P04相连。电阻R23一端与PMID引脚相连，另一端与电容一端相连和P15相连，电容另一端与GND相连，P15用于AD转换，该部分的作用为通过AD转换获得电池电压，判断电池类型和充电过程。P21，P20，P17分别与BQ24195芯片的SDA、SCL、INT引脚相连，用于数据通信。P16与引脚相连。当USBIN端口无输入时，引脚为高电平。当外部有效设备接入时，引脚自动拉低，单片机检测到该信号后，检测接入设备的类型，如所充电电池为4.2V，则通过I²C总线，对BQ24195芯片进行初始化，修改充电电流上下限和快充电流大小。同时，检测到设备接入后，电量提示LED将亮起。共有四个LED，每一个代表一格电量，由于没加入高精度电压检测，因此，电量通过MCU的P15引脚直接AD转换得到，所以此部分不能严格精准显示电量，但是仍然通过修改程序，达到满意的效果。

图3所示是稳压电路，MP1584最高转换效率能达到96%。由于现在很多太阳能板，电压大于5V，因此为了保护电路，需要通过稳压模块，把电压限制在5V左右。在SunIn+端，接入了一个电容和一个电阻，用于过滤毛刺，也就是突升或突降的信号，避免烧坏芯片，同时另一端与MP1584芯片的VIN引脚相连。为了得到更稳定的输出，在BST、SW1和FB引脚之间接有保护电路，包括BST和SW1之间接有电容C11，C11的一段与BST相连，另一端与稳压管一端相连，同时这一端接有LC震荡回路，用于过滤开关峰值，稳压管另一端接地。PB引脚与VIN+端口相连，并于电阻R18串联接地。COMP引脚与C13、C14一端相连，C13另一端接有电阻R21，R21和C14另一端接地。GND引脚同时接模拟地和数字地。

图4所示为BQ24195芯片放电电路原理图。该芯片由单片机通过I²C总线进行初始化，下面为对该电路的详细介绍。硬件上，在VBUS引脚端接入PMOS，用于防止突升、突降信号烧坏芯片。其次，在STAT引脚和REGN引脚端，接入LED，用于提示电路工作。在SDA、SCL、INT引脚端，分别接了10K上拉电阻，在另一端，分别与单片机的P21，P20，P17相连接。VBUS、D+、D-分别连接于MicroUSB中的VIN+端口、D+引脚、D-引脚，VIN-端口对应于GND。这个充电口通过MicroUSB给太阳能充电宝的电芯充电，这个充电宝支持常规充电和太阳能充电两种方式。SYS引脚，与ABOV 97F1204SMBN的VDD引脚相连，为主控供电。芯片的PMID引脚与USB的Vin+端口相连，用于充电宝对外供电，这部分还加入了温度传感器，接于TS1引脚和TS0引脚，用于温度检测，当温度过高时，该芯片会自动停止充电。BAT引脚连接电芯，控制电芯充放电。软件方面，通过I²C先对芯片进行初始化，以4.2V锂电池充电为例。当设备插入时，首先，单片机检测设备电压，若3.0V<U<4.2V,则单片机通过分析AD结果后，把BQ24195初始化为4.2V锂电池的充电模式。先通过I²C把地址为0x30的REG00寄存器修改为0x38，即输入电压限制为不超过5.08V。其次，把地址为0x30的REG00寄存器的值修改为0x0B|0X38，即把输入电流限定不超过2A。由于单片机为3.3V即可正常工作，电压不超过3.6V，则系统电压设定为3.5V，也就是SYS引脚输出3.5V。可以通过把地址为0x1B的REG01寄存器的值修改为0x0B加以实现。在充电过程中，电压处在3.0V到4.2V之间时为快速充电，对于4.2V锂电池而言，充电电流可达2.1A，为了安全和效率考虑，我们选择充电电流为1.5A，即把地址为0x60的REG02寄存器的值改为0x60即可实现。由于充电电流最大值为1500mA，其预充和停止电流均大约为其最大值的10%，即128mA,则寄存器REG03的值为0x11，地址为0x11。往后，还需要设置预充阈值，看门狗使能等。

图5为充电控制流程图，根据检测到的电压情况，决定使用那种充电过程。首先是U<3.0V时为低压恒流充电，3.0V<U<4.1V时为恒压充电模式，4.1V<U<4.2V恒压、恒流模式，U=4.2V恒压、低流模式。这四个过程，由BQ24195芯片控制，MCU只需要更改其寄存器值即可。

图6是对四个充电过程的详细说明，首先在涓流充电时，此时电压电流缓慢上升，在预充电过程，电流慢慢加大，到达快速充电和电压调节过程时，电流增大，电压恒定，快充时，电流增速加快，直到其达到慢点阈值电压。然后恒压充电。

图7为其程序流程图，初始化BQ24195芯片后，此过程自动执行，但是，为了安全起见，采用MCU和BQ24195芯片共同控制的方式，当MCU检测出异常时，可以通过I²C修改放电芯片属性，使放电停止，保护电路。首先，启动电路，先检测接入设备，若无，则继续检测。若有设备接入，则检测设备电压大小，如果大于5.08V，MCU通过I²C使BQ24195芯片停止工作。若小于5.08V，检测设备电压是否小于3.0V，若小于，则用低压、低流进行充电。若电压U满足，3.0V<U<4.1V,则恒压充电，电流缓慢上升。当不满足上述条件时，判断4.1V<U<4.2V是否成立，若成立，则恒压、恒流充电。当U=4.2V时进入恒压、小电流充电模式。以上每个环节若成立，都会在这个过程中不断的以这种模式充电，直到其满足下一个条件为止。在算法上，当有设备插入时，先通过AD转换读取电池电压，根据电池电压判断电池类型。然后根据电池类型通过I²C出初始化BQ24195芯片，初始化为适合该充电电池的充电模式。在充电过程中，不断通过AD读取电池的电压，根据充电过程的锂电池实际情况，更改BQ24195芯片的属性，不同的充电过程，用不同的电流、电压对电池进行充电，以保护电池。当无设备时，不断扫面检测设备。

整体结构上，在远离充电端口的方框中安放的是电芯，电芯周围留有1cm缝隙，缝隙中加了海绵用于减震，防止电芯由于运动而震动损坏。最左边为旋转开关，最右边为走线用的凹槽，目的是为了合理走线，不易损坏。前面凹槽方框中加稳压电路和充放电路。

通过上述结构及原理的描述，本实用新型不局限于上述的具体实施方式，对本技术领域的技术人员应当理解，在本实用新型基础上采用领域公知技术的改进和替代均属于本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.基于BQ24195芯片的智能高效率的太阳能充电宝，其特征在于，该充电宝包括折叠式壳体(1)，太阳能电池板(2)，壳体表面设置有USB接口(3)，显示灯(4)，开关(5)，USB接口(3)与锂电池，内部电路包括高效率充电电路、MCU控制系统电路、稳压保护电路、电池保护电路、放电电路，太阳能电池板与稳压电路相连，稳压电路与充放电路相连，充放电路与锂电池相连。

2.根据权利要求1所述的基于BQ24195芯片的智能高效率的太阳能充电宝，其特征在于：所述太阳能充电宝高效率充电电路，为了使太阳能转化成的电能高效率的储存在锂电池上，采用由TI公司提供的移动电源充电解决方案集成IC:BQ24195芯片。

3.根据权利要求1所述的基于BQ24195芯片的智能高效率的太阳能充电宝，其特征在于：所述MCU控制系统电路采用ABOV 97F1204SMBN芯片，该芯片结构简单，具有51内核，对于太阳能充电宝，可以实现智能充放。

4.根据权利要求1所述的基于BQ24195芯片的智能高效率的太阳能充电宝，其特征在于：所述太阳能充电宝充放电路利用BQ24195芯片和MCU协同调节。

5.根据权利要求1所述的基于BQ24195芯片的智能高效率的太阳能充电宝，其特征在于：所述稳压保护电路采用TM1584芯片和PMOS管对电路进行保护。

6.根据权利要求1所述的基于BQ24195芯片的智能高效率的太阳能充电宝，其特征在于：所述太阳能充电宝在远离充电端口的方框中安放的是电芯，电芯周围留有1cm缝隙，缝隙中加了海绵用于减震，防止电芯由于运动而震动损坏，最左边为旋转开关，最右边为走线用的凹槽，前面凹槽方框中加稳压电路和充放电路。