CN2812377Y

CN2812377Y - 可逆充电式便携装置

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Publication number: CN2812377Y
Application number: CN 200520033826
Authority: CN
Inventors: 刘迎武
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2015-04-05

Abstract

本实用新型涉及可逆充电式便携装置，控制模块检测可充电池的电压，响应输入模块输入的电压设定值，产生相应的脉宽调制信号；第一开关电路响应控制模块输出的第一控制信号，处于闭合状态时将可充电池与储能模块接通，处于断开状态时将可充电池与储能模块断开；泄放支路在第一开关电路处于断开状态时将作为储能模块的能量释放通路；第二开关电路响应控制模块输出的第二控制信号，处于闭合状态时使储能模块大电流储能，处于断开状态时使储能模块输出能量；输出模块将储能模块的输出端耦合到负载。本实用新型既能升压也能降压，从而电压可以根据需要在一定范围内进行任意设定，可作为一个万能的便携备用电源，并且本实用新型设计简洁、制造成本低。

Description

可逆充电式便携装置

【技术领域】

本实用新型涉及一种电源，尤其涉及一种可二次充电并能对外提供可调输出电源的便携装置。

【背景技术】

商业通讯公司(BCC)最新的研究报告显示，2005年全球市场对优质便携电源的需求为4.4亿美元，到2009年，将达到6.3亿美元，年平均增长率(AAGR)为7.2％。当人们在享受便携电源所带来的方便的同时，也常常遇到这样的问题，尤其是在出行时：手机电池没电了、MP3的电池没电了、手提电脑的电池没电了等等。为每个便携设备随身配备一个备用电池也不方便，而且也不现实。此时一个万能的便携备用电源成为人们的迫切需要，该电源可预先充好电，或接在其他便携电源上，在需要时再将预先充好的电逆充给各种设备。在这种情形下，不是单凭升压或降压设计就能解决问题的，因为升压(boost)转换器只能升不能降，而降压(buck)转换器只能降不能升。而现有的可逆充电便携装置只能向外输出一种电压，只能升压或降压，不能根据需要设定不同的电压。

【发明内容】

本实用新型的主要目的就是为了解决现有技术的问题，提供一种低成本的可逆充电式便携装置，既能升压，又能降压，根据设定的电压值将充电电池的能量输出给各种要求不同输入电压的设备。

本实用新型的次要目的就是为了提供一种可逆充电式便携装置，能够根据设定的电压值输出恒定的电压。

本实用新型的又一目的就是提供一种低成本的可逆充电式便携装置，通过升压或降压，能够根据设定的输出电流输出恒定的电流，用于需要恒流电源的场合。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种可逆充电式便携装置，包括可充电池；还包括输入模块、储能模块、控制模块、第一开关电路、泄放支路、第二开关电路和输出模块，所述控制模块分别与可充电池、输入模块相连，用于检测可充电池的电压，响应由输入模块输入的电压设定值，根据可充电池的电压和电压设定值产生相应的控制信号；第一开关电路连接在可充电池和储能模块之间，其控制级连接控制模块的第一控制信号输出口，用于响应控制模块输出的第一控制信号，在第一开关电路处于闭合状态时将可充电池与储能模块接通，在第一开关电路处于断开状态时将可充电池与储能模块断开；泄放支路连接在储能模块的输入端和地之间，用于在第一开关电路处于断开状态时作为储能模块的能量释放通路；第二开关电路连接在储能模块的输出端和地之间，其控制级连接控制模块的第二控制信号输出口，用于响应控制模块输出的第二控制信号，在第二开关电路处于闭合状态时使储能模块大电流储能，在第二开关电路处于断开状态时使储能模块输出能量；储能模块的输出端顺序连接单向导通电路和用于将储能模块的输出端耦合到负载的输出模块。

为防止升压时电流倒流，还包括连接在储能模块的输出端和输出模块的输入端之间的单向导通电路。

作为本实用新型的进一步改进，还包括连接在输出模块的输入端和控制模块之间、用于检测输出电压的第一分压电路。

作为本实用新型的更进一步改进，所述控制模块还响应由输入模块输入的电流设定值，并将电流设定值通过电流/电压转换为设定电压值；还包括串联在储能模块和输出模块之间、用于检测电流的电流/电压变换电路，所述电流/电压变换电路的电压输出端连接控制模块。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种可逆充电式便携装置，包括用于连接电源的电源接口、输入模块、储能模块、控制模块、第一开关电路、泄放支路、第二开关电路和输出模块，所述控制模块分别与电源接口、输入模块相连，用于检测电源的电压，响应由输入模块输入的电压设定值，根据电源的电压和电压设定值产生相应的控制信号；第一开关电路连接在电源接口和储能模块之间，其控制级连接控制模块的第一控制信号输出口，用于响应控制模块输出的第一控制信号，在第一开关电路处于闭合状态时将可充电池与储能模块接通，在第一开关电路处于断开状态时将电源与储能模块断开；泄放支路连接在储能模块的输入端和地之间，用于在第一开关电路处于断开状态时作为将储能模块的能量释放通路；第二开关电路连接在储能模块的输出端和地之间，其控制级连接控制模块的第二控制信号输出口，用于响应控制模块输出的第二控制信号，在第二开关电路处于闭合状态时使储能模块大电流储能，在第二开关电路处于断开状态时使储能模块输出能量；储能模块的输出端顺序连接单向导通电路和用于将储能模块的输出端耦合到负载的输出模块。

本实用新型的核心是用两个PWM信号来控制升压电路或降压电路工作。原理方框图如图1所示，控制模块检测可充电池的电压Vbatt，接收由输入模块输入的电压设定值Vadj，将电压设定值Vadj与可充电池的电压Vbatt比较，当Vadj＜Vbatt时，控制模块输出第一控制信号，此时第一控制信号是具有相应占空比的第一脉宽调制信号，控制单向导通的第一开关电路工作(闭合或断开)，使可充电池对储能模块充电，并使第二脉宽调制信号PWM1储能模块在第一开关电路闭合时储能，泄放电支路在第一开关电路断开后为储能模块提供电流回路，使其释放能量，电路工作于降压状态。

当Vadj＞Vbatt时，控制模块输出的第一控制信号为低电平信号，控制单向导通的第一开关电路长导通，给升压电路供电；并输出第二控制信号，此时第二控制信号是具有相应占空比的第二脉宽调制信号，控制单向导通的第二开关电路工作，使储能模块在第二开关电路处于闭合状态时大电流储能。在第二开关电路处于断开状态时，单向导通电路为储能模块提供正向电流回路，使其释放能量，储能后的储能模块上形成与电池电压方向相同的自感电压VL，自感电压VL、电池电压Vbatt、单向导通电路的正向压降Vf相和就形成了高于电池电压Vbatt的输出电压Vout。电路工作于升压状态。

当Vadj＝Vbatt时，控制模块控制交替执行升压和降压。

本实用新型的有益效果是：1)本实用新型通过两个脉宽调制信号(PWM)来控制升降压电路，实现了既能升压也能降压，从而电压可以根据需要在一定范围内进行任意设定，并且在相同电流输出条件下，输出的可调电压范围随着可充电池的额定电压不同也有所不同，从而使本实用新型的可逆充电装置的适用范围广，可作为一个万能的便携备用电源。并且本实用新型设计简洁、制造成本低。2)通过对输出电压的检测，并根据检测结果去控制PWM信号的占空比，使可逆充电装置能够输出恒定的电压。3)通过对输出电流的检测，并根据检测结果去控制PWM信号的占空比，使可逆充电装置能够输出恒定的电流。

本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本实用新型的方框图；

图2是本实用新型一种实施例的电路图；

图3是本实用新型的一种实施例的控制流程图；

图4是本实用新型通过PWM波的占空比来控制输出电压的波形图；

图5是本实用新型的工作时序图。

【具体实施方式】

实施例一、其电路连接如图2所示，控制模块为微控制器U1，其型号可以选择HT46C63；输入模块为带有液晶显示屏输入界面；第一开关电路为第一场效应管(MOS管)，第二开关电路为第二场效应管，所说的MOS管也包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)，第一场效应管优选为P-MOS管Q5，第二场效应管优选为N-MOS管Q6；储能模块优选为电感L1，泄放支路优选为第一肖特基二极管D6，单向导通电路优选为第二肖特基二极管D7。在可充电池和控制模块之间还设计有用于检测可充电池电压的第二分压电路2，微控制器U1的AD3口通过第二分压电路2检测可充电池的电压Vbatt；P-MOS管Q5的源极连接可充电池的正极，漏极连接电感L1的输入端，栅极与控制器U1的PWM1口连接；第一肖特基二极管D6的阴极连接电感L1的输入端，阳极接地。N-MOS管Q6的漏极连接在电感L1的输出端，源极接地，栅极与控制器U1的PWM2口连接。第二肖特基二极管D7阳极接储能模块的输出端，阴极耦合到输出模块4。为监控输出电压Vout，还设计有对输出电压Vout进行采样的第一分压电路1，第一分压电路1将采样结果输入到微控制器U1的AD2口。微控制器U1还直接驱动液晶显示屏显示工作信息，接收由键盘输入的设定值，并将相应结果显示在液晶显示屏上。

下面对本实用新型升压、降压和输出与电池电压相同的电压的原理进行详细分析，控制流程图如图3所示。

在步骤100，微控制器U1自检并进行端口检测，包括检测可充电池的电压Vbatt；

在步骤101，微控制器U1扫描键盘，接收由键盘输入的设定电压Vadj，如果有设定，则进行到步骤102；

在步骤102，微控制器U1比较电压Vbatt和设定电压Vadj，如果Vadj＜Vbatt，则进行到步骤103；如果Vadj＞Vbatt，则进行到步骤108；

在步骤103，微控制器U1的PWM2口输出“0”电平，控制N-MOS管Q6截止不工作。PWM1口输出第一脉宽调制信号驱动P-MOS管Q5进入开关工作状态。电感L1在P-MOS管Q5闭合时储能，第一肖特基二极管D6在P-MOS管Q5断开后为电感L1提供电流回路，使其释放能量。电路工作于降压状态。

在电路工作过程中，执行步骤104，微控制器U1不断扫描AD口，并进行步骤105；

在步骤105，将检测到输出电压Vout与设定电压Vadj比较，如果Vout＞Vadj，则执行步骤106；如果Vout＜Vadj，则执行步骤107；

在步骤106，微控制器U1控制PWM1输出脉宽变窄，P-MOS管Q5导通占空比(单位导通时间)减少，电感L1单位时间内储能减少，在负载不变的情况下，L1向外输出电量减少，输出模块4中的与负载并联的电容C1上的电压下降，至使输出电压从Vmax下降至Vmin，如图4中标号5所示。

在步骤107，微控制器U1控制PWM1口输出脉宽变宽，P-MOS管Q5导通占空比(单位导通时间)增加，电感L1单位时间内储能增加，在负载不变的情况下，电感L1向外输出电量增加，电容C1上电压升高，至使输出电压从Vmin升高至Vmax，如图4中标号6所示。

Vmax-Vmin＝Vp-p，Vp-p就是输出直流电纹波，其大小与电容C1大小、电感L1内阻和饱和频率、PWM1频率、AD1、AD2转换速率、微控制器MCU处理速度有关。

在步骤108，微控制器U1控制PWM1口输出“0”电平，P-MOS管Q5闭合长通工作。PWM2口输出第二脉宽调制信号驱动N-MOS管Q6进入开关工作状态。电感L1在N-MOS管Q6闭合时大电流储能，第二肖特基二极管D7在N-MOS管Q6断开后为电感L1提供正向电流回路，使其释放能量，储能后的电感上形成与电池电压方向相同的自感电压VL，VL、电池电压Vbatt、第二肖特基二极管D7正向压降Vf相和就形成了高于电池电压Vbatt的输出电压Vout。电路工作于升压状态。

在电路工作过程中，执行步骤104，微控制器U1不断扫描AD口，并进行步骤105。

当设定输出电压Vadj要求与电池电压Vbatt相同时，此时PWM1控制P-MOS管Q5降压，PWM2控制N-MOS管Q6升压，升压电路和降压电路交替工作，电路工作于升-降压状态。电路工作的三种状态的时序图如图5所示。

实施例二、为了能够按照需要输出恒定的电流，本实施例在实施例一的基础上还设计了从输入模块输入设定电流值，通过电流/电压转换，计算出电压设定值Vadj，之后的步骤与实施例一中的按照设定电压输出的步骤相同。

为监控输出电流，还设计有对输出电流进行采样并转换为相应电压的电流/电压变换电路3，电流/电压变换电路3将采样结果输入到微控制器U1的AD1口，如图2所示。微控制器U1将AD1口采集的电压值与计算出的电压设定值Vadj比较，然后执行步骤105到步骤106或步骤107。

上述实施例中的控制模块还可以通过硬件的模拟电路实现，储能模块还可以通过电容或电感加电容实现，肖特基二极管还可以通过同步控制的MOS管代替，使组成泄放支路的MOS管的控制信号与P-MOS管Q5的控制信号成互补关系，即当P-MOS管Q5导通时，组成泄放支路的MOS管截止，当P-MOS管Q5截止时，组成泄放支路的MOS管导通，这可以通过软件或反向电路实现。同理，也使组成单向导通电路的MOS管的控制信号与P-MOS管Q5的控制信号成互补关系，并且要考虑电感L1的延迟时间。P-MOS管Q5和N-MOS管Q6还可以用相应的三极管控制。

本实用新型还可将可充电池脱离出去，只需要设计一个用于连接便携电源的电源接口即可。本实用新型所指的便携装置可以是手电筒、手机、便携音箱、MP3、随身听、手提电脑等便携设备，或用这些便携设备的电池作为电源，便携电源也可以是手电筒、手机、便携音箱、MP3、随身听、手提电脑等便携设备的电池。例如将本发明制作在充电央手电筒上，将输出接口制作在手电筒的后盖上，将键盘和液晶显示器制作在手电筒的筒壁上。

因本装置将充电后的电源通过转换又提供给手机、便携音箱、MP3、随身听、手提电脑等便携设备，所以称为可逆充电式装置。

Claims

1.一种可逆充电式便携装置，包括可充电池；其特征在于：还包括输入模块、储能模块、控制模块、第一开关电路、泄放支路、第二开关电路和输出模块，所述控制模块分别与可充电池、输入模块相连，用于检测可充电池的电压，响应由输入模块输入的电压设定值，根据可充电池的电压和电压设定值产生相应的控制信号；第一开关电路连接在可充电池和储能模块之间，其控制级连接控制模块的第一控制信号输出口，用于响应控制模块输出的第一控制信号，在第一开关电路处于闭合状态时将可充电池与储能模块接通，在第一开关电路处于断开状态时将可充电池与储能模块断开；泄放支路连接在储能模块的输入端和地之间，用于在第一开关电路处于断开状态时作为储能模块的能量释放通路；第二开关电路连接在储能模块的输出端和地之间，其控制级连接控制模块的第二控制信号输出口，用于响应控制模块输出的第二控制信号，在第二开关电路处于闭合状态时使储能模块大电流储能，在第二开关电路处于断开状态时使储能模块输出能量；储能模块的输出端顺序连接单向导通电路和用于将储能模块的输出端耦合到负载的输出模块。

2.如权利要求1所述的可逆充电式便携装置，其特征在于：所述储能模块包括电感，所述电感的输入端与可充电池的正极连接，输出端耦合到输出模块，所述第一开关电路包括第一场效应管，第二开关电路包括第二场效应管，所述泄放支路包括第一肖特基二极管，所述第一肖特基二极管的阴极连接电感的输入端，阳极接地，所述控制模块为微控制器，所述输入模块为带有液晶显示屏的输入界面。

3.如权利要求1或2所述的可逆充电式便携装置，其特征在于：还包括连接在储能模块的输出端和输出模块的输入端之间的单向导通电路。

4.如权利要求3所述的可逆充电式便携装置，其特征在于：所述单向导通电路包括第二肖特基二极管，所述第二肖特基二极管的阳极连接储能模块的输出端，其阴极耦合到输出模块的输入端。

5.如权利要求1或2所述的的可逆充电式便携装置，其特征在于：还包括连接在输出模块的输入端和控制模块之间、用于检测输出电压的第一分压电路。

6.如权利要求1或2所述的的可逆充电式便携装置，其特征在于：所述控制模块还响应由输入模块输入的电流设定值，并将电流设定值通过电流/电压转换为设定电压值；还包括串联在储能模块和输出模块之间、用于检测电流的电流/电压变换电路，所述电流/电压变换电路的电压输出端连接控制模块。

7.如权利要求1或2所述的可逆充电式便携装置，其特征在于：还包括连接在可充电池和控制模块之间、用于检测可充电池电压的第二分压电路。

8.一种可逆充电式便携装置，其特征在于：包括用于连接电源的电源接口、输入模块、储能模块、控制模块、第一开关电路、泄放支路、第二开关电路和输出模块，所述控制模块分别与电源接口、输入模块相连，用于检测电源的电压，响应由输入模块输入的电压设定值，根据电源的电压和电压设定值产生相应的控制信号；第一开关电路连接在电源接口和储能模块之间，其控制级连接控制模块的第一控制信号输出口，用于响应控制模块输出的第一控制信号，在第一开关电路处于闭合状态时将可充电池与储能模块接通，在第一开关电路处于断开状态时将电源与储能模块断开；泄放支路连接在储能模块的输入端和地之间，用于在第一开关电路处于断开状态时作为将储能模块的能量释放通路；第二开关电路连接在储能模块的输出端和地之间，其控制级连接控制模块的第二控制信号输出口，用于响应控制模块输出的第二控制信号，在第二开关电路处于闭合状态时使储能模块大电流储能，在第二开关电路处于断开状态时使储能模块输出能量；储能模块的输出端顺序连接单向导通电路和用于将储能模块的输出端耦合到负载的输出模块。

9.如权利要求8所述的可逆充电式便携装置，其特征在于还包括：

连接在储能模块的输出端和输出模块的输入端之间的单向导通电路。

10.如权利要求9所述的可逆充电式便携装置，其特征在于：包括以下步骤：

连接在输出模块的输入端和控制模块之间、用于检测输出电压的第一分压电路；和

串联在储能模块和输出模块之间、用于检测电流的电流/电压变换电路，所述电流/电压变换电路的电压输出端连接控制模块。