專利名稱：可逆充電式便攜裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電源，尤其涉及一種可二次充電并能對外提供可調輸出電源的便攜裝置。
背景技術：
商業通訊公司(BCC)最新的研究報告顯示，2005年全球市場對優質便攜電源的需求為4.4億美元，到2009年，將達到6.3億美元，年平均增長率(AAGR)為7.2％。當人們在享受便攜電源所帶來的方便的同時，也常常遇到這樣的問題，尤其是在出行時手機電池沒電了、MP3的電池沒電了、手提電腦的電池沒電了等等。為每個便攜設備隨身配備一個備用電池也不方便，而且也不現實。此時一個萬能的便攜備用電源成為人們的迫切需要，該電源可預先充好電，或接在其他便攜電源上，在需要時再將預先充好的電逆充給各種設備。在這種情形下，不是單憑升壓或降壓設計就能解決問題的，因為升壓(boost)轉換器只能升不能降，而降壓(buck)轉換器只能降不能升。而現有的可逆充電便攜裝置只能向外輸出一種電壓，只能升壓或降壓，不能根據需要設定不同的電壓。
發明內容本實用新型的主要目的就是為了解決現有技術的問題，提供一種低成本的可逆充電式便攜裝置，既能升壓，又能降壓，根據設定的電壓值將充電電池的能量輸出給各種要求不同輸入電壓的設備。
本實用新型的次要目的就是為了提供一種可逆充電式便攜裝置，能夠根據設定的電壓值輸出恒定的電壓。
本實用新型的又一目的就是提供一種低成本的可逆充電式便攜裝置，通過升壓或降壓，能夠根據設定的輸出電流輸出恒定的電流，用于需要恒流電源的場合。
為實現上述目的，本實用新型提出的一種可逆充電式便攜裝置，包括可充電池；還包括輸入模塊、儲能模塊、控制模塊、第一開關電路、泄放支路、第二開關電路和輸出模塊，所述控制模塊分別與可充電池、輸入模塊相連，用于檢測可充電池的電壓，響應由輸入模塊輸入的電壓設定值，根據可充電池的電壓和電壓設定值產生相應的控制信號；第一開關電路連接在可充電池和儲能模塊之間，其控制級連接控制模塊的第一控制信號輸出口，用于響應控制模塊輸出的第一控制信號，在第一開關電路處于閉合狀態時將可充電池與儲能模塊接通，在第一開關電路處于斷開狀態時將可充電池與儲能模塊斷開；泄放支路連接在儲能模塊的輸入端和地之間，用于在第一開關電路處于斷開狀態時作為儲能模塊的能量釋放通路；第二開關電路連接在儲能模塊的輸出端和地之間，其控制級連接控制模塊的第二控制信號輸出口，用于響應控制模塊輸出的第二控制信號，在第二開關電路處于閉合狀態時使儲能模塊大電流儲能，在第二開關電路處于斷開狀態時使儲能模塊輸出能量；儲能模塊的輸出端順序連接單向導通電路和用于將儲能模塊的輸出端耦合到負載的輸出模塊。
為防止升壓時電流倒流，還包括連接在儲能模塊的輸出端和輸出模塊的輸入端之間的單向導通電路。
作為本實用新型的進一步改進，還包括連接在輸出模塊的輸入端和控制模塊之間、用于檢測輸出電壓的第一分壓電路。
作為本實用新型的更進一步改進，所述控制模塊還響應由輸入模塊輸入的電流設定值，并將電流設定值通過電流/電壓轉換為設定電壓值；還包括串聯在儲能模塊和輸出模塊之間、用于檢測電流的電流/電壓變換電路，所述電流/電壓變換電路的電壓輸出端連接控制模塊。
為實現上述目的，本實用新型提出的一種可逆充電式便攜裝置，包括用于連接電源的電源接口、輸入模塊、儲能模塊、控制模塊、第一開關電路、泄放支路、第二開關電路和輸出模塊，所述控制模塊分別與電源接口、輸入模塊相連，用于檢測電源的電壓，響應由輸入模塊輸入的電壓設定值，根據電源的電壓和電壓設定值產生相應的控制信號；第一開關電路連接在電源接口和儲能模塊之間，其控制級連接控制模塊的第一控制信號輸出口，用于響應控制模塊輸出的第一控制信號，在第一開關電路處于閉合狀態時將可充電池與儲能模塊接通，在第一開關電路處于斷開狀態時將電源與儲能模塊斷開；泄放支路連接在儲能模塊的輸入端和地之間，用于在第一開關電路處于斷開狀態時作為將儲能模塊的能量釋放通路；第二開關電路連接在儲能模塊的輸出端和地之間，其控制級連接控制模塊的第二控制信號輸出口，用于響應控制模塊輸出的第二控制信號，在第二開關電路處于閉合狀態時使儲能模塊大電流儲能，在第二開關電路處于斷開狀態時使儲能模塊輸出能量；儲能模塊的輸出端順序連接單向導通電路和用于將儲能模塊的輸出端耦合到負載的輸出模塊。
本實用新型的核心是用兩個PWM信號來控制升壓電路或降壓電路工作。原理方框圖如圖1所示，控制模塊檢測可充電池的電壓Vbatt，接收由輸入模塊輸入的電壓設定值Vadj，將電壓設定值Vadj與可充電池的電壓Vbatt比較，當Vadj＜Vbatt時，控制模塊輸出第一控制信號，此時第一控制信號是具有相應占空比的第一脈寬調制信號，控制單向導通的第一開關電路工作(閉合或斷開)，使可充電池對儲能模塊充電，并使第二脈寬調制信號PWM1儲能模塊在第一開關電路閉合時儲能，泄放電支路在第一開關電路斷開后為儲能模塊提供電流回路，使其釋放能量，電路工作于降壓狀態。
當Vadj＞Vbatt時，控制模塊輸出的第一控制信號為低電平信號，控制單向導通的第一開關電路長導通，給升壓電路供電；并輸出第二控制信號，此時第二控制信號是具有相應占空比的第二脈寬調制信號，控制單向導通的第二開關電路工作，使儲能模塊在第二開關電路處于閉合狀態時大電流儲能。在第二開關電路處于斷開狀態時，單向導通電路為儲能模塊提供正向電流回路，使其釋放能量，儲能后的儲能模塊上形成與電池電壓方向相同的自感電壓VL，自感電壓VL、電池電壓Vbatt、單向導通電路的正向壓降Vf相和就形成了高于電池電壓Vbatt的輸出電壓Vout。電路工作于升壓狀態。
當Vadj＝Vbatt時，控制模塊控制交替執行升壓和降壓。
本實用新型的有益效果是1)本實用新型通過兩個脈寬調制信號(PWM)來控制升降壓電路，實現了既能升壓也能降壓，從而電壓可以根據需要在一定范圍內進行任意設定，并且在相同電流輸出條件下，輸出的可調電壓范圍隨著可充電池的額定電壓不同也有所不同，從而使本實用新型的可逆充電裝置的適用范圍廣，可作為一個萬能的便攜備用電源。并且本實用新型設計簡潔、制造成本低。2)通過對輸出電壓的檢測，并根據檢測結果去控制PWM信號的占空比，使可逆充電裝置能夠輸出恒定的電壓。3)通過對輸出電流的檢測，并根據檢測結果去控制PWM信號的占空比，使可逆充電裝置能夠輸出恒定的電流。
本實用新型的特征及優點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。
圖1是本實用新型的方框圖；圖2是本實用新型一種實施例的電路圖；圖3是本實用新型的一種實施例的控制流程圖；圖4是本實用新型通過PWM波的占空比來控制輸出電壓的波形圖；圖5是本實用新型的工作時序圖。
具體實施方式實施例一、其電路連接如圖2所示，控制模塊為微控制器U1，其型號可以選擇HT46C63；輸入模塊為帶有液晶顯示屏輸入界面；第一開關電路為第一場效應管(MOS管)，第二開關電路為第二場效應管，所說的MOS管也包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，第一場效應管優選為P-MOS管Q5，第二場效應管優選為N-MOS管Q6；儲能模塊優選為電感L1，泄放支路優選為第一肖特基二極管D6，單向導通電路優選為第二肖特基二極管D7。在可充電池和控制模塊之間還設計有用于檢測可充電池電壓的第二分壓電路2，微控制器U1的AD3口通過第二分壓電路2檢測可充電池的電壓Vbatt；P-MOS管Q5的源極連接可充電池的正極，漏極連接電感L1的輸入端，柵極與控制器U1的PWM1口連接；第一肖特基二極管D6的陰極連接電感L1的輸入端，陽極接地。N-MOS管Q6的漏極連接在電感L1的輸出端，源極接地，柵極與控制器U1的PWM2口連接。第二肖特基二極管D7陽極接儲能模塊的輸出端，陰極耦合到輸出模塊4。為監控輸出電壓Vout，還設計有對輸出電壓Vout進行采樣的第一分壓電路1，第一分壓電路1將采樣結果輸入到微控制器U1的AD2口。微控制器U1還直接驅動液晶顯示屏顯示工作信息，接收由鍵盤輸入的設定值，并將相應結果顯示在液晶顯示屏上。
下面對本實用新型升壓、降壓和輸出與電池電壓相同的電壓的原理進行詳細分析，控制流程圖如圖3所示。
在步驟100，微控制器U1自檢并進行端口檢測，包括檢測可充電池的電壓Vbatt；在步驟101，微控制器U1掃描鍵盤，接收由鍵盤輸入的設定電壓Vadj，如果有設定，則進行到步驟102；在步驟102，微控制器U1比較電壓Vbatt和設定電壓Vadj，如果Vadj＜Vbatt，則進行到步驟103；如果Vadj＞Vbatt，則進行到步驟108；在步驟103，微控制器U1的PWM2口輸出“0”電平，控制N-MOS管Q6截止不工作。PWM1口輸出第一脈寬調制信號驅動P-MOS管Q5進入開關工作狀態。電感L1在P-MOS管Q5閉合時儲能，第一肖特基二極管D6在P-MOS管Q5斷開后為電感L1提供電流回路，使其釋放能量。電路工作于降壓狀態。
在電路工作過程中，執行步驟104，微控制器U1不斷掃描AD口，并進行步驟105；在步驟105，將檢測到輸出電壓Vout與設定電壓Vadj比較，如果Vout＞Vadj，則執行步驟106；如果Vout＜Vadj，則執行步驟107；在步驟106，微控制器U1控制PWM1輸出脈寬變窄，P-MOS管Q5導通占空比(單位導通時間)減少，電感L1單位時間內儲能減少，在負載不變的情況下，L1向外輸出電量減少，輸出模塊4中的與負載并聯的電容C1上的電壓下降，至使輸出電壓從Vmax下降至Vmin，如圖4中標號5所示。
在步驟107，微控制器U1控制PWM1口輸出脈寬變寬，P-MOS管Q5導通占空比(單位導通時間)增加，電感L1單位時間內儲能增加，在負載不變的情況下，電感L1向外輸出電量增加，電容C1上電壓升高，至使輸出電壓從Vmin升高至Vmax，如圖4中標號6所示。
Vmax-Vmin＝Vp-p，Vp-p就是輸出直流電紋波，其大小與電容C1大小、電感L1內阻和飽和頻率、PWM1頻率、AD1、AD2轉換速率、微控制器MCU處理速度有關。
在步驟108，微控制器U1控制PWM1口輸出“0”電平，P-MOS管Q5閉合長通工作。PWM2口輸出第二脈寬調制信號驅動N-MOS管Q6進入開關工作狀態。電感L1在N-MOS管Q6閉合時大電流儲能，第二肖特基二極管D7在N-MOS管Q6斷開后為電感L1提供正向電流回路，使其釋放能量，儲能后的電感上形成與電池電壓方向相同的自感電壓VL，VL、電池電壓Vbatt、第二肖特基二極管D7正向壓降Vf相和就形成了高于電池電壓Vbatt的輸出電壓Vout。電路工作于升壓狀態。
在電路工作過程中，執行步驟104，微控制器U1不斷掃描AD口，并進行步驟105。
當設定輸出電壓Vadj要求與電池電壓Vbatt相同時，此時PWM1控制P-MOS管Q5降壓，PWM2控制N-MOS管Q6升壓，升壓電路和降壓電路交替工作，電路工作于升-降壓狀態。電路工作的三種狀態的時序圖如圖5所示。
實施例二、為了能夠按照需要輸出恒定的電流，本實施例在實施例一的基礎上還設計了從輸入模塊輸入設定電流值，通過電流/電壓轉換，計算出電壓設定值Vadj，之后的步驟與實施例一中的按照設定電壓輸出的步驟相同。
為監控輸出電流，還設計有對輸出電流進行采樣并轉換為相應電壓的電流/電壓變換電路3，電流/電壓變換電路3將采樣結果輸入到微控制器U1的AD1口，如圖2所示。微控制器U1將AD1口采集的電壓值與計算出的電壓設定值Vadj比較，然后執行步驟105到步驟106或步驟107。
上述實施例中的控制模塊還可以通過硬件的模擬電路實現，儲能模塊還可以通過電容或電感加電容實現，肖特基二極管還可以通過同步控制的MOS管代替，使組成泄放支路的MOS管的控制信號與P-MOS管Q5的控制信號成互補關系，即當P-MOS管Q5導通時，組成泄放支路的MOS管截止，當P-MOS管Q5截止時，組成泄放支路的MOS管導通，這可以通過軟件或反向電路實現。同理，也使組成單向導通電路的MOS管的控制信號與P-MOS管Q5的控制信號成互補關系，并且要考慮電感L1的延遲時間。P-MOS管Q5和N-MOS管Q6還可以用相應的三極管控制。
本實用新型還可將可充電池脫離出去，只需要設計一個用于連接便攜電源的電源接口即可。本實用新型所指的便攜裝置可以是手電筒、手機、便攜音箱、MP3、隨身聽、手提電腦等便攜設備，或用這些便攜設備的電池作為電源，便攜電源也可以是手電筒、手機、便攜音箱、MP3、隨身聽、手提電腦等便攜設備的電池。例如將本發明制作在充電央手電筒上，將輸出接口制作在手電筒的后蓋上，將鍵盤和液晶顯示器制作在手電筒的筒壁上。
因本裝置將充電后的電源通過轉換又提供給手機、便攜音箱、MP3、隨身聽、手提電腦等便攜設備，所以稱為可逆充電式裝置。
權利要求1.一種可逆充電式便攜裝置，包括可充電池；其特征在于還包括輸入模塊、儲能模塊、控制模塊、第一開關電路、泄放支路、第二開關電路和輸出模塊，所述控制模塊分別與可充電池、輸入模塊相連，用于檢測可充電池的電壓，響應由輸入模塊輸入的電壓設定值，根據可充電池的電壓和電壓設定值產生相應的控制信號；第一開關電路連接在可充電池和儲能模塊之間，其控制級連接控制模塊的第一控制信號輸出口，用于響應控制模塊輸出的第一控制信號，在第一開關電路處于閉合狀態時將可充電池與儲能模塊接通，在第一開關電路處于斷開狀態時將可充電池與儲能模塊斷開；泄放支路連接在儲能模塊的輸入端和地之間，用于在第一開關電路處于斷開狀態時作為儲能模塊的能量釋放通路；第二開關電路連接在儲能模塊的輸出端和地之間，其控制級連接控制模塊的第二控制信號輸出口，用于響應控制模塊輸出的第二控制信號，在第二開關電路處于閉合狀態時使儲能模塊大電流儲能，在第二開關電路處于斷開狀態時使儲能模塊輸出能量；儲能模塊的輸出端順序連接單向導通電路和用于將儲能模塊的輸出端耦合到負載的輸出模塊。
2.如權利要求1所述的可逆充電式便攜裝置，其特征在于所述儲能模塊包括電感，所述電感的輸入端與可充電池的正極連接，輸出端耦合到輸出模塊，所述第一開關電路包括第一場效應管，第二開關電路包括第二場效應管，所述泄放支路包括第一肖特基二極管，所述第一肖特基二極管的陰極連接電感的輸入端，陽極接地，所述控制模塊為微控制器，所述輸入模塊為帶有液晶顯示屏的輸入界面。
3.如權利要求1或2所述的可逆充電式便攜裝置，其特征在于還包括連接在儲能模塊的輸出端和輸出模塊的輸入端之間的單向導通電路。
4.如權利要求3所述的可逆充電式便攜裝置，其特征在于所述單向導通電路包括第二肖特基二極管，所述第二肖特基二極管的陽極連接儲能模塊的輸出端，其陰極耦合到輸出模塊的輸入端。
5.如權利要求1或2所述的的可逆充電式便攜裝置，其特征在于還包括連接在輸出模塊的輸入端和控制模塊之間、用于檢測輸出電壓的第一分壓電路。
6.如權利要求1或2所述的的可逆充電式便攜裝置，其特征在于所述控制模塊還響應由輸入模塊輸入的電流設定值，并將電流設定值通過電流/電壓轉換為設定電壓值；還包括串聯在儲能模塊和輸出模塊之間、用于檢測電流的電流/電壓變換電路，所述電流/電壓變換電路的電壓輸出端連接控制模塊。
7.如權利要求1或2所述的可逆充電式便攜裝置，其特征在于還包括連接在可充電池和控制模塊之間、用于檢測可充電池電壓的第二分壓電路。
8.一種可逆充電式便攜裝置，其特征在于包括用于連接電源的電源接口、輸入模塊、儲能模塊、控制模塊、第一開關電路、泄放支路、第二開關電路和輸出模塊，所述控制模塊分別與電源接口、輸入模塊相連，用于檢測電源的電壓，響應由輸入模塊輸入的電壓設定值，根據電源的電壓和電壓設定值產生相應的控制信號；第一開關電路連接在電源接口和儲能模塊之間，其控制級連接控制模塊的第一控制信號輸出口，用于響應控制模塊輸出的第一控制信號，在第一開關電路處于閉合狀態時將可充電池與儲能模塊接通，在第一開關電路處于斷開狀態時將電源與儲能模塊斷開；泄放支路連接在儲能模塊的輸入端和地之間，用于在第一開關電路處于斷開狀態時作為將儲能模塊的能量釋放通路；第二開關電路連接在儲能模塊的輸出端和地之間，其控制級連接控制模塊的第二控制信號輸出口，用于響應控制模塊輸出的第二控制信號，在第二開關電路處于閉合狀態時使儲能模塊大電流儲能，在第二開關電路處于斷開狀態時使儲能模塊輸出能量；儲能模塊的輸出端順序連接單向導通電路和用于將儲能模塊的輸出端耦合到負載的輸出模塊。
9.如權利要求8所述的可逆充電式便攜裝置，其特征在于還包括連接在儲能模塊的輸出端和輸出模塊的輸入端之間的單向導通電路。
10.如權利要求9所述的可逆充電式便攜裝置，其特征在于包括以下步驟連接在輸出模塊的輸入端和控制模塊之間、用于檢測輸出電壓的第一分壓電路；和串聯在儲能模塊和輸出模塊之間、用于檢測電流的電流/電壓變換電路，所述電流/電壓變換電路的電壓輸出端連接控制模塊。
專利摘要本實用新型涉及可逆充電式便攜裝置，控制模塊檢測可充電池的電壓，響應輸入模塊輸入的電壓設定值，產生相應的脈寬調制信號；第一開關電路響應控制模塊輸出的第一控制信號，處于閉合狀態時將可充電池與儲能模塊接通，處于斷開狀態時將可充電池與儲能模塊斷開；泄放支路在第一開關電路處于斷開狀態時將作為儲能模塊的能量釋放通路；第二開關電路響應控制模塊輸出的第二控制信號，處于閉合狀態時使儲能模塊大電流儲能，處于斷開狀態時使儲能模塊輸出能量；輸出模塊將儲能模塊的輸出端耦合到負載。本實用新型既能升壓也能降壓，從而電壓可以根據需要在一定范圍內進行任意設定，可作為一個萬能的便攜備用電源，并且本實用新型設計簡潔、制造成本低。
文檔編號H02J7/00GK2812377SQ20052003382
公開日2006年8月30日 申請日期2005年4月5日 優先權日2005年4月5日
發明者劉迎武 申請人:劉迎武