創新型車載多功能智能后備電源的制作方法

創新型車載多功能智能后備電源的制作方法
【專利摘要】創新型車載多功能智能后備電源，包括手提箱，手提箱設置有車載輸入、太陽能輸入及交流適配器輸入插頭；手提箱上設有LED照明燈輸出、車充輸出、USB輸出、交流輸出及汽車啟動輸出插座；手提箱蓋上設有警示和照明燈；手提箱上設有操作面板及電量顯示；有指示燈和報警器及控制開關；手提箱里面裝有微處理器電路、蓄電池及微型氣泵。由于采用了上述的結構，本發明集成了車載充電器、移動電源、照明、警示、氣泵、純正弦波交流輸出等多種功能，可以為數碼產品充電；可以提供48小時不間斷照明，可以為汽車輪胎等充氣和為汽車臨時拋錨提供安全警示，可以提供純正弦波交流電源，該產品具有款式新穎、功能齊全、攜帶方便等優點，具有很強的實用性與推廣價值。
【專利說明】創新型車載多功能智能后備電源

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種直流電源裝置，特別涉及一種車載后備電源多功能智能化控制技術。

【背景技術】
[0002]汽車蓄電瓶是為汽車發動機點火、照明、音響、空調、車載移動電視等提供電力的。在日常生活中，駕駛者最害怕的是蓄電池電量耗盡或者電力不足的情況發生了，使得汽車無法啟動，車載多媒體系統工作不了，手機沒有了電，在野外沒有照明，應急環境中沒有應急安全工具。這些都嚴重影響了使用者的出行和安全。此時，需要一種應急電源進行汽車啟動，而現有的移動電源由于其設計上的原因，是不能作為汽車啟動電源使用。
[0003]另外現有的移動電源一般只能輸出直流電源，將汽車12v輸出電源轉為5V輸出電源，以便給MP3/MP4/手機等數碼產品充電，其功能比較單一，只能用于使用直流電源的用電設備。其功能單一，不能滿足使用者的需求。
[0004]因此，針對現在市面上車載充電器或移動電源普遍存在的功能單一的問題，進行相應的技術創新，形成一個新型多功能產品成為了本發明需要解決的技術問題。


【發明內容】

[0005]本發明的目的是為了克服現有技術中的不足之處，提供一種結構簡單，攜帶使用方伸，功能多樣，適用于多種電源輸入和交直流輸出及多種用電設備的移動電源。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下:
創新型車載多功能智能后備電源，包括手提箱，在于所述的手提箱設置有車載輸入插頭、太陽能輸入插頭、交流適配器輸入插頭；
如上所述的多功能移動電源，在于在所述的手提箱上設有至少一個LED照明燈輸出插座；
如上所述的創新型車載多功能智能后備電源，在于在所述的手提箱上設有兩個輸出不同電流的車充輸出插座；
如上所述的創新型車載多功能智能后備電源，在于在所述的手提箱上設有兩個輸出不同電流的USB輸出插座；
如上所述的創新型車載多功能智能后備電源，在于在所述的手提箱上設有一個220V交流輸出插座；
如上所述的多功能移動電源，在于在所述的手提箱上設有一個大電流汽車啟動電源輸出插座；
如上所述的創新型車載多功能智能后備電源，在于在所述的手提箱蓋上設有警示爆閃LED燈和照明燈；
如上所述的創新型車載多功能智能后備電源，在于在所述的手提箱上設有操作面板，面板上有蓄電池電量數字顯示；有LED工作指示燈和報警蜂鳴器及控制開關； 如上所述的創新型車載多功能智能后備電源，在于在所述的手提箱里面裝有微處理器和專用芯片控制的純正弦波逆變器、控制電路和后備蓄電池；
如上所述的創新型車載多功能智能后備電源，在于在所述的手提箱里面裝有微型多功能車載氣泵；
本發明的有益效果:由于采用了上述的結構，本發明集成了車載充電器、移動電源、照明、警示、氣泵、純正弦波逆變器交流輸出等多種功能，可以通過汽車12V/24V電源為數碼產品充電，還可以通過內置電池為數碼產品充電，配備的大功率LED燈可以提供48小時不間斷日常照明功能，可以為汽車輪胎、氣墊床、游泳圈、球類充氣，可以為汽車臨時拋錨提供安全警示，純正弦波逆變器可以為交流電風扇、電視機、電鉆等提供交流電源，該產品具有款式新穎、功能齊全、攜帶方便等優點，具有很強的實用性與推廣價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1:總體系統框圖圖2:電源變換電路框圖圖3:變換電路A原理簡圖圖4:變換電路B原理簡圖圖5:逆變器溫度檢測圖6:電瓶防止反接原理簡圖

【具體實施方式】
下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的描述:
一種創新型車載多功能智能后備電源如圖1所示，其主要特征在于:恒壓恒流單元I接受來自太陽能或交流適配器或汽車蓄電瓶的電源，微處理器11采集恒壓恒流單元I的電壓信號經延時后輸出控制信號給繼電器執行單元2，繼電器執行單元2動作將輸入電量加入到穩壓單元8和降壓單元7，穩壓單元8輸出穩定12V直流電壓給車充插座；降壓單元7輸出穩定的5V直流電壓給USB插座。
[0008]同時恒壓恒流單元I的電壓信號送入后備蓄電池4對其進行充電。
[0009]當無外加太陽能或交流適配器或汽車蓄電瓶的電源時，多功能移動電源的輸出電源就依靠后備蓄電池供電，后備蓄電池4的電量通過傳感器5輸入微處理器11，當微處理器11檢測到蓄電池電量下降到設定值時將發出控制信號給執行單元3斷開后備蓄電池通路防止蓄電池虧電，同時發出報警聲予以提醒。而當有外加太陽能或交流適配器或汽車蓄電瓶的電源時，微處理器11采集恒壓恒流單元I的電壓信號經延時后輸出控制信號給繼電器執行單元3接通充電回路對其充電。
[0010]在需要輸出交流電時,通過按鍵開關發出啟動交流輸出信號給微處理器11,微處理器11接受到按鍵信號后輸出控制信號給繼電器執行單元6將直流電源輸入到純正弦波逆變器9，經過變換后輸出220V交流電壓。
[0011]純正弦波逆變器9的電壓、電流及溫度信息通過數據總線與微處理器11相連，通過微處理器處理后予以實時顯示和報警。
[0012]在汽車蓄電瓶虧電無法啟動時，創新型車載多功能智能后備電源將輸出12V/300A電源給汽車蓄電瓶，幫助汽車正常啟動。在創新型車載多功能智能后備電源與汽車電瓶對接的時候，為避免將創新型車載多功能智能后備電源與汽車電瓶電極接反，從而導致汽車電瓶或創新型車載多功能智能后備電源損壞的情況，本發明發明提供了一種防止電瓶反接的保護電路，微處理器11接收來自電瓶反接保護電路10的信息，當判斷極性正確時微處理器11發出動作指令給電瓶反接保護電路10接通，將創新型車載多功能智能后備電源的電壓輸送給汽車電瓶，當極性錯誤時，無控制指令輸出，電瓶反接保護電路10處于關斷狀態，顯示紅色報警信號。
[0013]一種多功能移動電源中的純正弦波逆變器是一種能夠將后備蓄電池12V直流電轉換為和市電相同的AC/220V交流電,供一般電器使用，是一種方便的車載電源轉換器。它具有良好的電氣性能，還具備體積小，重量輕，成本低，可靠性高，抗干擾強等特點。
[0014]逆變電源質量的好壞極大地影響著電子設備的可靠性，其轉換效率的高低和帶負載能力的強弱直接關系著它的應用范圍，因而本設計要求輸出電壓波形為純正弦波，以克服方波逆變器負載能力差、不能帶感性負載的缺點。
[0015]高性能的純正弦波車載逆變電源是本發明的核心部分，由于微處理器技術的發展使得用軟件生成SPWM波形變得比較容易，可以采用單片機通過軟件編程的方法實現，即根據正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數，準確計算PWM波各脈沖寬度和間隔，據此控制逆變電路開關器件的通斷，就可得到所需PWM波形。但是計算法較繁瑣，硬件調制法就可以避免計算的繁瑣，而且隨著許多集成脈沖調寬芯片的出現，使得硬件電路的設計大大簡化。因而本發明設計采用純硬件電路來完成設計。而且本發明采用高頻逆變方式，具有噪聲降低、反應速度提高以及電路調整靈活的優點。設計符合逆變電源小型化、輕量化、高頻化以及高可靠性、低噪聲的發展趨勢。
[0016]圖2是電源變換電路框圖，在變換電路A原理圖中，后備蓄電池輸出的12V直流電壓送入推挽電路，50KHz調制電路輸出50KHz信號到推挽電路對其調制，該部分電路主要是用一塊TL494芯片，通過輸出50K的脈沖來控制推挽電路開關管的交替導通，進而產生50K的高頻交流電。輸出的50KHz電壓信號給高頻變壓器進行升壓后輸出一個50KHz/320V高頻交流信號，以保證輸出真有效值為220V的正弦波不出現截止失真和飽和失真，
變換電路B:此電路的主要功能是將320V直流電轉換為220V/50HZ的交流電。電路工作原理:在變換電路B中320V/50HZ的高壓交流電經過整流橋的整流濾波整流成為320V的高壓直流電。50Hz正弦波信號通過脈寬調制電路送入驅動電路，該高壓加在由四個場效應管結成的全橋電路兩端，驅動電路控制場效應管的導通或截止狀態，為了使逆變電源輸出準正弦波，本發明采用正弦波脈沖調制(SPWM)，320V的高壓直流電經全橋逆變再經LC濾波輸出220V交流電。
[0017]圖3是直流升壓電路原理簡圖，ICl是50HZ脈沖產生芯片TL494，它的內部電路由基準電壓產生電路、振蕩電路、間歇期調整電路、兩個誤差放大器、脈寬調制比較器以及輸出電路等組成。Cl是外接震蕩電容，Rl是外接震蕩電阻，則輸出脈沖的振蕩頻率為:
f=l.1/C1R1
15腳為芯片TL494的反相輸入端，16為同相輸入端，電路正常情況下15腳電壓應略高于16腳電壓才能保證誤差比較器II的輸出為低電平，才能使芯片內兩個三極管正常工作。因為芯片內置5V基準電壓源，負載能力為10mA。所以15腳電壓應高于5V。Rt為過熱保護的熱敏電阻，取值200 Ω，此時15腳的電壓為6.22V大于16腳電壓。14腳輸出基準電壓，因為推挽電路為雙端輸出，故將輸出控制端13腳與14腳連在一起。12腳為電源端，接外部12V電壓。8、11腳末級三極管集電極，此處亦接外接電源。9、10引腳用于輸出50K的脈沖控制開關管。7腳為接地端，5、6腳外接震蕩電阻和電容用于控制輸出脈沖頻率。4腳為死區控制端其上加0-3.3V電壓時，可使截止時間從2%線性變化到100%。
[0018]直流變換電路工作原理如下:BG1和BG2的基極分別接TL494的兩個內置晶體管的發射極。高頻升壓變壓器為T，實現電壓由12V脈沖電壓轉變為320V脈沖電壓。變壓器T的工作頻率選為50KHz左右。電路正常時，TL494的兩個內置晶體管交替導通，導致圖中晶體管BGl和BG2的基極也因此而交替導通，BG3和BG4也交替導通，這樣使變壓器工作在推挽狀態，BG3和BG4以頻率為50KHz交替導通，使變壓器的初級輸入端有50KHz的交流電。當BGl導通時，場效應管BG3因為柵極無正偏壓而截止，而此時BG2截止，導致場效應管BG4柵極有正偏壓而導通。當BGl導通時，BG2截止，場效應管BG3因為柵極無正偏壓而截止，而此時BG2截止，導致場效應管BG4柵極有正偏壓而導通。且交替導通時其峰值電壓為12V，即產生了 12V/50KHZ的交流電。極性電容C2濾去12V直流中的交流成分，降低輸入干擾。此脈沖電壓經過橋式整流濾波電路變成320V高壓直流電壓。
[0019]圖3中的推挽場效應管BG3，BG4在工作時會通過大電流，場效應管的型號選擇IRFP250A.其最大耐壓值為200V，電流為32A，以滿足要求。
[0020]逆變器輸入過壓保護電路見圖3，12V為電源電壓12V電壓通過Wl產生一個分壓，該分壓加到脈沖產生芯片TL494的引腳1，即誤差放大器同向輸入端，引腳2為反相輸入端，電路正常情況下2腳電壓應略高于I腳電壓才能保證內部誤差比較器I的輸出為低電平，才能使芯片內兩個三極管正常工作。由于引腳2與基準電壓輸出端14腳相連，則引腳2的電壓為基準電壓5V。但是當輸入電壓過高超過15V時，I腳處的電壓則會高于5V，即高于2腳的電壓，則內部誤差放大器I輸出高電平，則TL494停止工作，從而實現過壓保護。調整Wl可以調整過壓值
熱保護電路:因為逆變電源頻率很高，當接大功率負載時逆變器會發熱，處于過熱狀態會影響一部分元器件的性能，會影響逆變器的使用壽命。因而在電路中加入過熱保護電路，當溫度高于某一個設定值時，逆變器立刻停止工作，使溫度降低，從而實現對逆變器的過熱保護。電路結構如圖3。15腳為芯片TL494的反相輸入端，16為同相輸入端，電路正常情況下15腳電壓應略高于16腳電壓才能保證誤差比較器II的輸出為低電平，才能使芯片內兩個三極管正常工作。因為芯片內置5V基準電壓源，負載能力為10mA。所以15腳電壓應高于5V。15腳電壓U15計算式為:
U15=12XR3+ (R2+R3+Rt)
這里Rt為正溫度系數熱敏電阻，溫度升高電阻值升高，U15下降，當溫度升高到一定值時，U15電壓低于16腳電壓TL494停止工作，從而實現熱保護。
[0021]圖4是變換電路B原理簡圖，IC2芯片EG8010是屹晶微電子新開發的一款數字化的、功能完善的自帶死區控制的純正弦波逆變發生器芯片，應用于DC-DC-AC兩級功率變換架構或DC-AC單級工頻變壓器升壓變換架構，外接12MHz晶體振蕩器，能實現高精度、失真和諧波都很小的純正弦波50Hz或60Hz逆變器專用芯片。該芯片采用CMOS工藝，內部集成SPWM正弦發生器、死區時間控制電路、幅度因子乘法器、軟啟動電路、保護電路、RS232串行通訊接口和12832串行液品驅動I旲塊等功能。
[0022]圖中IC3和IC4芯片是IR公司生產的橋式驅動專用集成芯片IR2110，此芯片大大簡化了邏輯電路對大功率器件的控制要求，提高了驅動電路的可靠性。
[0023]圖4中IC2它的27腳右橋臂上管SPWM輸出、28腳右橋臂下管SPWM輸出、29腳左橋臂上管SPWM輸出、30腳左橋臂下管SPWM輸出。
[0024]圖4中IC3和IC4是橋式驅動專用集成芯片IR2110，它門的10腳是邏輯高端輸入Hin、12腳是邏輯低端輸入Lin，它們接收來自IC2輸出的SPWM信號，IR2110的I腳邏輯低輸出和7腳邏輯高輸出交替輸出高低電平，用于驅動4個MOSFET管子IRF840AF Qa、Qb、Qc和Qd輪流導通，經電感La和Lb濾波輸出220V交流。
[0025]為防止過低或過高的輸出電壓供應到負載，EG8010內部設定了過壓和欠壓保護功能，過壓保護設定值3.15V延時時間為300mS，欠壓保護設定值2.75V延時時間為3S，當發生過壓或欠壓保護時，EG8010根據引腳(9) PWMTYP的設置狀態將輸出SPWM0UT1-SPWM0UT4到“O”或“I”電平，關閉所有功率MOSFET使輸出電壓到低電平，一旦進入過壓和欠壓保護后，EG8010將在8S后釋放重新打開功率MOSFET竹再判斷輸出電壓情況，釋放打開功率MOSFET竹的持續時間為10mS,釋放的10mS時間單再判斷過壓或欠壓事件，
如果仍存在過壓或欠壓事件，EG8010再將關閉所有功率MOSFET使輸出電壓到低電平，重新等待8S的釋放，如果釋放后正運行達到I分鐘以上EG800將清除過壓或欠壓事件次數，否則連續釋放次數累計5次后仍未正常運行EG8010將徹底關斷SPWM模塊的輸出，需要系統重新上電后釋放。
[0026]EG8010芯片的引腳IFB是測量逆變器輸出負載電流，祝要用于過流保護檢測，當某種原因導致負載電流偏高超出逆變器的負載電流，芯片關閉所有功率MOSFET使輸出電壓到低電平，該功能是主要保護功率MOSFET和負載。
[0027]圖5是逆變器溫度檢測，采用了 EG8010芯片的引腳TFB，主要是測量逆變器的工作溫度，用于過溫保護檢測。如圖所示NTC熱敏電阻RTl和測量電阻RFl組成一個簡單的分壓電路，分壓值隨著溫度值變化而變化數值，這個電壓的大小將反映出NTC電阻的大小從而得到相應的溫度值。NTC選用250C對應阻值1K ( B常數值為3380)的熱敏電阻，TFB引腳的過溫電壓設定在4.3V當發生過溫保護時，關閉所有功率MOSFET使輸出電壓到低電平，一旦進入過溫保護后，EG8010將重新判斷工作溫度，如果TFB引腳的電壓低于4.0V, EG8010將退出過溫保護，逆變器正常工作。
[0028]在汽車電瓶虧電無法啟動時，車載多功能智能后備電源系統將輸出12V/300A電源給汽車蓄電瓶，幫助汽車正常啟動。在創新型車載多功能智能后備電源與汽車電瓶對接的時候，為避免將創新型車載多功能智能后備電源與汽車電瓶電極接反，從而導致汽車電瓶或創新型車載多功能智能后備電源損壞的情況，本發明提供了一種防止電瓶反接的保護電路，電路原理圖見圖6。
[0029]圖6中Y+和Y-是創新型車載多功能智能后備電源系統輸出插座，在汽車蓄電瓶沒有插入該插座時，防止電瓶反接保護電路處于休眠狀態，當汽車蓄電瓶插座正確插入(極性正確)時，光敏器件GM工作，光敏器件GM輸出信號到微處理器，微處理器發出動作指令使得控制繼電器JK動作，控制繼電器JK的控制觸點JK-1閉合，繼電器Jl線圈得電吸合，繼電器Jl的控制觸點Jl-1和J1-2閉合，創新型車載多功能智能后備電源系統輸出的電源對汽車蓄電瓶并聯供電。當汽車蓄電瓶插座錯誤插入(極性相反)時，光敏器件GM不工作無輸出信號到微處理器，微處理器也就不會發出動作指令使得控制繼電器JK動作，繼電器Jl不工作，繼電器Jl的控制觸點Jl-1和J1-2處于斷開狀態，創新型車載多功能智能后備電源系統輸出的電源也就無法與汽車蓄電瓶連接了。此時發光二極管LED發出紅光，提示操作人員極性接反。
【權利要求】
1.一種創新型車載多功能智能后備電源其特征在于恒壓恒流單元(I)接受來自太陽能或交流適配器或汽車蓄電瓶的電源，微處理器(11)采集恒壓恒流單元(I)的電壓信號經延時后輸出控制信號給繼電器執行單元(2)，繼電器執行單元(2)動作將輸入電量加入到穩壓單元(8)和降壓單元(7)，穩壓單元(8)輸出穩定12V直流電壓給車充插座；降壓單元(7)輸出穩定的5V直流電壓給USB插座，恒壓恒流單元(I)的電壓信號送入后備蓄電池(4)對其進行充電；后備蓄電池⑷的電量通過傳感器(5)輸入微處理器(11)，當微處理器(11)檢測到蓄電池電量下降到設定值時將發出控制信號給執行單元(3)斷開后備蓄電池通路防止蓄電池虧電，同時發出報警聲予以提醒；而當有外加太陽能或交流適配器或汽車蓄電瓶的電源時，微處理器(11)采集恒壓恒流單元(I)的電壓信號經延時后輸出控制信號給繼電器執行單元(3)接通充電回路對其充電；在需要輸出交流電時，通過按鍵開關發出啟動交流輸出信號給微處理器(11)，微處理器(11)接受到按鍵信號后輸出控制信號給繼電器執行單元(6)將直流電源輸入到純正弦波逆變器(9)，經過變換后輸出220V交流電壓；純正弦波逆變器(9)的電壓、電流及溫度信息通過數據總線與微處理器(11)相連，通過微處理器處理后予以實時顯示和報警。
2.據權利要求1所述一種創新型車載多功能智能后備電源其特征在于在汽車蓄電瓶虧電無法啟動時，創新型車載多功能智能后備電源將輸出12V/300A電源給汽車蓄電瓶，幫助汽車正常啟動。
3.據權利要求1所述一種創新型車載多功能智能后備電源其特征在于提供了一種防止電瓶反接的保護電路，微處理器(11)接收來自電瓶反接保護電路(10)的信息，當判斷極性正確時微處理器(11)發出動作指令給電瓶反接保護電路(10)接通，將創新型車載多功能智能后備電源的電壓輸送給汽車電瓶，當極性錯誤時，無控制指令輸出，電瓶反接保護電路(10)處于關斷狀態，顯示紅色報警信號。
4.據權利要求1所述一種創新型車載多功能智能后備電源其特征在于純正弦波逆變器采用了一款數字化的、功能完善的自帶死區控制的純正弦波逆變發生器芯片EG8010和橋式驅動專用集成芯片IR2110。
【文檔編號】H02M1/10GK104253451SQ201310259462
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月27日 優先權日:2013年6月27日
【發明者】蔣學軍, 許祝 申請人:重慶市星海電子有限公司