CN208489674U - 一种便携式电子设备及其电源电路 - Google Patents

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谢永江
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Abstract

本实用新型公开了一种便携式电子设备及其电源电路。其中,电源电路包括:充电及供电的超级电容、限压变流充电模块和升压稳压模块,所述限压变流充电模块对输入电压电流进行限流、限压及变电流处理并给超级电容充电,所述超级电容输出的电压和电流经升压稳压模块进行升压稳压处理后输出。本实用新型采用超级电容作为动力源来取替锂电池,超级电容充放电、短路等情况也不会发生爆炸起火,提高了安全性,十万次的充放电次数提高了电子设备的使用寿命,降低了电子设备的维护费用。

Description

一种便携式电子设备及其电源电路
技术领域
本实用新型涉及便携式电子设备技术,特别涉及一种便携式电子设备及其电源电路。
背景技术
随着科技的进步与发展,便携式手持设备(如洁面仪,电动牙刷,吸黑头仪,导入仪,纳米喷雾仪,以及其他众多的小型手持设备)越来越受年轻消费者的青睐。如纳米喷雾仪采用了纳米雾化技术,将其水箱中的水雾化成纳米级的水雾,可便于人们随时随地对面部或其它需要的部位进行补水。
由于便携式手持设备的体积比较小,其电池容量也比较小,电量容易耗尽,需要经常充电。目前小型便携式电子设备采用的充电电池主要有锂电池、锂聚合物电池、镍氢或者镍镉充电电池。可是它们都有各自比较明显的缺点,锂电池安全性差,有发生爆炸的危险;锂聚合物电池成本高,电解质体系提纯困难,过充或者过放都会使电池内部化学物质的可逆性遭到破坏,从而严重影响电池的寿命;镍氢电池电压低,能量密度低;镍镉电池中镉金属对环境有污染,电池容量小,寿命短。
而且,目前的电子设备均已将电池与电子设备一体化设置,若电池使用寿命短,需拆机更换,维护成本高,而且影响用户使用体验。
因而现有技术还有待改进和提高。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的不足之处,本实用新型的目的在于提供一种便携式电子设备及其电源电路,能提高电子设备充放电的安全性。
为解决以上技术问题,本实用新型采取了以下技术方案:
一种便携式电子设备的电源电路,包括:用于充电及供电的超级电容、限压变流充电模块和升压稳压模块,所述限压变流充电模块对输入电压电流进行限流、限压及变电流处理并给超级电容充电,所述超级电容输出的电压和电流经升压稳压模块进行升压稳压处理后输出。
作为本实用新型的改进,所述限压变流充电模块包括限流单元和限压单元,所述限流单元对输入电流进行限流处理,经限压单元对输入电压进行限压处理,并根据超级电容的电压改变充电电流,给超级电容充电。
作为本实用新型进一步的改进,所述限流单元包括第一电阻,便携式电子设备的充电输入口的正极通过第一电阻连接限压单元,充电输入口的负极接地。
作为本实用新型更进一步的改进,所述限压单元包括第一三极管、第二电阻和稳压管,所述第一三极管的基极连接稳压管的负极、也通过第二电阻连接第一三极管的集电极和第一电阻的一端,所述稳压管的正极接地,所述第一三极管的发射极连接超级电容的一端和升压稳压模块,所述超级电容的另一端接地。
作为本实用新型再进一步的改进,所述升压稳压模块包括稳压芯片、电感和二极管,所述稳压芯片的I脚连接二极管的正极,也通过电感连接所述第一三极管的发射极,所述稳压芯片的O脚为电源电路的输出端、连接二极管的负极,所述稳压芯片的G脚接地。
作为本实用新型再进一步的改进,还包括对升压稳压模块输出的电压进行滤波处理的滤波电容,所述滤波电容的一端连接稳压芯片的O脚,滤波电容的另一端接地。
作为本实用新型再进一步的改进,所述限压单元包括第二三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻和基准电压源,所述第二三极管的基极连接基准电压源的阴极、也通过第三电阻连接第二三极管的集电极和第一电阻的一端、还通过第四电阻连接第五电阻的一端和基准电压源的参考极,所述基准电压源的阳极和第五电阻的另一端接地,所述第二三极管的发射极连接超级电容的一端和升压稳压模块,所述超级电容的另一端接地。
本实用新型还提供一种便携式电子设备,包括控制主板,所述控制主板上设置有所述的电源电路。
作为本实用新型进一步的改进,所述电子设备为洁面仪、电动牙刷、吸黑头仪、超声导入仪或纳米喷雾仪。
相较于现有技术,本实用新型提供的一种便携式电子设备及其电源电路,采用超级电容作为充电电池来取替锂电池,超级电容充放电、短路等情况也不会发生爆炸起火,提高了安全性,十万次的充放电次数提高了电子设备的使用寿命,降低了电子设备的维护费用。同时,本实用由限压变流充电模块对输入电压电流进行限流、限压及变电流处理,有效的将过高的输入电压、电流变低,并限制在超级电容的耐压范围内,实现对超级电容充电的双级保护,以保护超级电容不被击穿,并且采用变电流给超级电容充电的方式,在保护超级电容的同时,提高充电效率。
附图说明
图1为本实用新型提供的便携式电子设备的电源电路的电路框图。
图2为本实用新型提供的便携式电子设备的电源电路的第一较佳实施例的电路原理图。
图3为本实用新型提供的便携式电子设备的电源电路的第二较佳实施例的电路原理图。
附图标注说明:C1、超级电容,10、限压变流充电模块,20、升压稳压模块,11、限流单元,12、限压单元,30、滤波模块,R1、第一电阻, Q1、第一三极管,R2、第二电阻,R3、第三电阻,R4、第四电阻,R5、第五电阻,D1、稳压管,U1、稳压芯片,L1、电感,D2、二极管,C2、滤波电容,D3、基准稳压源。
具体实施方式
本实用新型提供一种便携式电子设备及其电源电路,输入电源限压变流充电模块给超级电容充电,有效的将输入过高的电压变低,并限制在超级电容的耐压范围内,以保护超级电容不被击穿;充电初期采用大电流充电,接近充满时采用小电流充电,直到超级电容充满。超级电容通过升压稳压模块变换成所需的稳定的电压供便携式电子设备的后级电路使用。本实用新型的电源电路具有线路简单,充电限压及充电限流双级保护,有效保护超级电容的使用寿命和安全,输出启动电压低,使得电能使用效率高。超级电容能放电至0V也不会损坏,短路击穿不会爆炸起火,在安全方面有着充电电池不可替代的优越性,而且产品认证简单,在小功率便携电器的应用有广阔的前景。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
请参阅图1,本实用新型提供的便携式电子设备的电源电路,用于充电及供电的超级电容C1、限压变流充电模块10和升压稳压模块20,所述限压变流充电模块10的输入端连接便携式电子设备的充电输入口(图中未标号),限压变流充电模块10的输出端通过超级电容C1连接升压稳压模块20。
在电子设备充电时,从充电输入口输入的电压和电流经限压变流充电模块10对输入电压电流进行限流、限压及变电流处理,之后再以较小的电压电流给超级电容C1充电,在给超级电容C1充满电后,所述超级电容C1 输出的电压和电流经升压稳压模块20进行升压稳压处理后输出给电子设备的后级电路(如指示灯电路、单片机电路、电机驱动电路等)供电。
进一步的,请继续参阅图1,所述限压变流充电模块10包括限流单元11和限压单元12,所述限流单元11的输入端连接充电输入口,限压单元 12的输出端连接超级电容。
在充电初期,所述限流单元11对输入的较大的电流进行限流处理,限压变流单元12对输入的较大的电压进行限压处理,并根据超级电容C1的电量调节充电电流,通过调节好的充电电流给超级电容C1充电。
请一并参阅图1和图2,所述限流单元11包括第一电阻R1,所述便携式电子设备的充电输入口正极通过第一电阻R1连接限压单元11,充电输入口的负极接地。
其中,所述第一电阻R1为限流保护电阻,起限流分压的作用,防止输出到限压单元12的电流过高。所述第一电阻R1采用阻值为3欧姆的限流电阻,从而既能保证有足够的电流供给超级电容C1,又能在后级电路短路时起到有效的保护作用。
请继续参阅图1、图2,在便携式电子设备的电源电路中,所述限压单元12可通过多种方式实现,其一种限压单元12包括第一三极管Q1、第二电阻R2和稳压管D1,所述第一三极管Q1的基极连接稳压管D1的负极、也通过第二电阻R2连接第一三极管Q1的集电极和第一电阻R1的一端,所述稳压管D1的正极接地,所述第一三极管Q1的发射极连接超级电容C1的一端和升压稳压模块20,所述超级电容C1的另一端接地。
所述第二电阻R2为稳压管D1提供反向电压,同时给第一三极管Q1提供基极电压。所述稳压管D1将电压稳压在3.3V,无论第二电阻R2的前级电压(即第一电阻R1的输出电压)如何波动,稳压管D1两端的电压不变,从而使第一三极管Q1的基极电压为3.3V,第一三极管的be极压降固定为 0.6V。所述第一三极管Q1为型号为8050的NPN第一三极管,其当基极为高电平时导通,第一三极管Q1导通,第一电阻R1输出的电压电流给超级电容C1充电。
所述超级电容C1采用容值为50F,额定电压为2.7V,在满足了设备充放电电压电流的大小时,又大大的提高了安全性和寿命。
在充电初期,超级电容C1两端电压低,拉低了第一三极管Q1的发射极电压,使第一三极管Q1的Vbe电压增高,从而第一三极管Q1的发射极电流变大,通过第一电阻R1的电流变大,采用较大电流给超级电容C1充电,充电末期反之,所以它是一个变流限压充电电路。
请继续参阅图1、图2,所述升压稳压模块20包括稳压芯片U1、电感 L1和二极管D2,所述稳压芯片U1的I脚(即输入脚)连接二极管D2的正极、也通过电感L1连接所述第一三极管Q1的发射极,所述稳压芯片U1的 O脚(即输出脚)为电源电路的输出端、连接二极管D2的负极,所述稳压芯片U1的G脚(即接地脚)接地。
本实施例中,升压稳压模块20构成BUCK电路(即降压式变换电路),无论超级电容C1两端电压如何变化,稳压芯片U1始终输出都是一个稳定的电压给后级电路供电。具体地,所述稳压芯片U1采用型号为GS1333的集成芯片,其输出电压为3.3V,启动电压低至0.7V。在其它实施例中,所述稳压芯片U1也可采用其它类型的芯片,其输出电压也可以是小功率便携式电子设备工作所需的其它的电压值如5V。
请再次参阅图1和图2,进一步的,本实用新型的所述电源电路还包括对升压稳压模块20输出的电压进行滤波处理的滤波模块30,所述滤波模块 30连接升压稳压模块20的输出端,滤除升压稳压模块20输出的峰刺电压,进一步保护电子设备的后级电路。
具体的,所述滤波模块30包括滤波电容C2,所述滤波电容C2的一端连接稳压芯片U1的O脚,滤波电容C2的另一端接地。
请参阅图3,在便携式电子设备的电源电路中,另一种限压单元12包括包括第二三极管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和基准电压源D3,所述第二三极管Q2的基极连接基准电压源D3的阴极、也通过第三电阻R3连接第二三极管Q2的集电极和第一电阻R1的一端、还通过第四电阻R4连接第五电阻R5的一端和基准电压源D3的参考极,所述基准电压源D3的阳极和第五电阻R5的另一端接地,所述第二三极管Q2的发射极连接超级电容C1的一端和升压稳压模块20,所述超级电容C1的另一端接地。
本实施例由第四电阻R4、第五电阻R5和基准电压源D3组成一个高精度的稳压电路,通过第四电阻R4、第五电阻R5的阻值比例,使第二三极管 Q2的基极电压精确的稳定在3.3V,而且不随输入电压的变化而变化。
基于上述的一种电源电路,本实用新型还相应提供一种便携式电子设备,包括控制主板,所述控制主板上设置有电源电路,所述电源电路以集成电路布图的形式集成在控制主板上,其为现有技术,并且上文已对所述电源电路进行了详细描述,此处不再赘述。
本实施例中,所述便携式电子设备可以为洁面仪、电动牙刷、吸黑头仪、超声导入仪或纳米喷雾等小功率便携式电子设备,提高了小功率便携式电子产品的安全性能。
综上所述,本实用新型提供的一种便携式电子设备及其电源电路,由限压变流充电模块对输入电压电流进行限流、限压处理,先以较大的电流给超级电容充电,随着超级电容电量的增加,其充电电流逐渐变小,直接充满电,所述超级电容输出的电压和电流经升压稳压模块进行升压稳压处理后输出给电子设备的后级电路供电,从而提高了电子寿命及充放安全性。本实用新型由于采用了超级电容作为充放电模块,超级电容即使放电至0V 也不会损坏,短路击穿、不会爆炸起火,在安全方面有着充电电池不可替代的优越性,且电能使用率高,适用于各种便携式电子设备。
可以理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变,而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种便携式电子设备的电源电路,其特征在于,用于充电及供电的超级电容、限压变流充电模块和升压稳压模块,所述限压变流充电模块对输入电压电流进行限流、限压及变电流处理并给超级电容充电,所述超级电容输出的电压和电流经升压稳压模块进行升压稳压处理后输出。
2.根据权利要求1所述的便携式电子设备的电源电路,其特征在于,所述限压变流充电模块包括限流单元和限压单元,所述限流单元对输入电流进行限流处理,经限压单元对输入电压进行限压处理,并根据超级电容的电压改变充电电流,给超级电容充电。
3.根据权利要求2所述的便携式电子设备的电源电路,其特征在于,所述限流单元包括第一电阻,便携式电子设备的充电输入口的正极通过第一电阻连接限压单元,充电输入口的负极接地。
4.根据权利要求3所述的便携式电子设备的电源电路,其特征在于,所述限压单元包括第一三极管、第二电阻和稳压管,所述第一三极管的基极连接稳压管的负极、也通过第二电阻连接第一三极管的集电极和第一电阻的一端,所述稳压管的正极接地,所述第一三极管的发射极连接超级电容的一端和升压稳压模块,所述超级电容的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的便携式电子设备的电源电路,其特征在于,所述升压稳压模块包括稳压芯片、电感和二极管,所述稳压芯片的I脚连接二极管的正极,也通过电感连接所述第一三极管的发射极,所述稳压芯片的O脚为电源电路的输出端、连接二极管的负极,所述稳压芯片的G脚接地。
6.根据权利要求5所述的便携式电子设备的电源电路,其特征在于,还包括对升压稳压模块输出的电压进行滤波处理的滤波电容,所述滤波电容的一端连接稳压芯片的O脚,滤波电容的另一端接地。
7.根据权利要求4所述的便携式电子设备的电源电路,其特征在于,所述限压单元包括第二三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻和基准电压源,所述第二三极管的基极连接基准电压源的阴极、也通过第三电阻连接第二三极管的集电极和第一电阻的一端、还通过第四电阻连接第五电阻的一端和基准电压源的参考极,所述基准电压源的阳极和第五电阻的另一端接地,所述第二三极管的发射极连接超级电容的一端和升压稳压模块,所述超级电容的另一端接地。
8.一种便携式电子设备,包括控制主板,其特征在于,所述控制主板上设置有如权利要求1-7任意一项所述的电源电路。
9.根据权利要求8所述的便携式电子设备,其特征在于,所述便携式电子设备为洁面仪、电动牙刷、吸黑头仪、超声导入仪或纳米喷雾仪。
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