专利名称：一种便携式多功能充电器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种便携式多功能充电器，其中涉及锂离子/锂离子聚合物电池的充电、AC/DC电源变换(电源适配器)，DC/DC升压，LED手电照明等技术领域。除了可以直接对充电器电池仓内放置的电池进行充电外，还可以作为电源适配器给手机等数码产品充电，充电器内的电池还可供手电照明和升压产生应急电源使用。 注本实用新型所涉及的多功能充电器是针对锂离子/锂离子聚合物电池的充电和应用所发明的，为叙述的方便和简洁，所以在图、文中，将锂离子/锂离子聚合物电池简称为"电池"。
背景技术：
由于具备电池能量体积比高的特点，目前，广泛应用于手机和数码产品的扁平方块形状的电池通常都是单节锂离子和锂离子聚合物电池，标称电压3. 6V-—3. 7V，可用电压范围一般在(3. 3V—-4. 2V)，所施加的最高电压不能超过4. 3V，容量在350mAH—-1000mAH之间的产品为主，1000mAH以上的电池需求和应用也越来越广。随着手机和数码产品的普及，特别是锂离子/锂离子聚合物电池在手机等数码产品中的广泛应用，这些产品的充电器成了日常生活中必备的工具，传统的充电器可分为电源适配器和电池充电器两种。电源适配器(也称为直充式充电器)是指可以直接连接到手机等数码产品上、利用手机内部的充电管理电路对其机内电池进行充电的充电器，电源适配器内部带有AC/DC电源转换电路， 一般输出电压为5V的直流电压，由于其输出电压超过了锂离子电池可以承受的4. 3V最高电压，所以不能直接加在锂离子电池上进行对电池进行充电；电池充电器(也称为座充式充电器)是指充电器内部除了 AC/DC电源转换电路外，还带有锂离子电池充电管理和保护电路，其输出电压最高为4. 25V以下，可以直接对电池进行充电的充电器，电池充电器由于输出电压低一般不能直接连接到手机上进行充电。两者功能单一、都有一定的局限性。目前广泛使用的以电源适配器为主，国家也出台了相关的行业标准，逐步统一了电源适配器的接口标准，即采用"USB A型插座"，一定程度上方便了不同手机等数码产品充电器的替换和互用。国际上目前也有将手机等数码产品设备的接口端逐步统一使用"Micro-USB插座"的趋势；但即便是如此，还都存在一定的局限性和缺陷。 对这些传统的电源适配器而言，虽然可以直接对手机等数码产品内的机内电池进行充电，但如果要对备用电池进行充电，就必须先将手机内的电池取出来，替换后才能对备用电池充电。由于无法对电池单独进行充电，在手机等数码设备需要经常频繁使用或在野外使用AC交流电源充电不方便的情况下，常常来不及对备用电池充满电，因此这是电源适配器的不足之处。另一方面，对传统的电池充电器来说，由于不能直接对手机等设备内的电池进行充电，需要先关机将电池取出来，等电池充完电后再放回手机，如果没有配备备用电池，使用起来就更不方便，也有的电池充电器是在电源适配器的基础上、再另配一个接口盒(内带充电管理电路)。但没有做成一个整体，使用和携带都不方便。并且，传统的充电器，无论是电源适配器还是电池充电器，由于都只能从AC交流电源获取能量对手机、或对电池
3进行充电，不具备应急电源功能，如果两种设备的电池尺寸不兼容，就无法将有电的备用电池中的能量传给缺电的另一个设备作应急电源使用。 随着移动通信和数码技术的发展，手机等数码产品的使用越来越普遍，3G及其他新兴业务使得手机的功耗增加，电池的容积比虽然逐年加大，但常常不够用、仍然经常需要用的备用电池的情况；另一方面，虽然手机和数码产品大都采用锂离子/锂离子聚合物电池，但各设备所用电池的尺寸和接口通用性较差，外出时如果遇到某一个设备电池没电又没有AC交流电源的情况下，由于传统充电器或电源适配器的电路功能单一，电池没电的设备就没有办法工作了。如果这些设备每种都要携带无法兼容的备用电池和各自的充电器，外出时也是一个不小的负担，所以目前的充电器或电源适配器产品都存在功能单一的缺陷和不足。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题就是要解决现有现有产品功能单一的缺陷和不足、设计一种既可对锂离子/锂离子聚合物电池、也可对使用这类电池的设备进行充电的便携式多功能充电器。本实用新型充电器的基本结构设计是内部带有一个扁平方块形状的电池仓，外部除了 AC交流电源插座外，还有一个USB A型插座；基本的电路组成是在常用的电源适配器电路基础上，增加一个单独的充电管理和保护电路，集成到一个整体里，并配合相应的结构和电池仓设计，实现以下三种基本功能 1.由AC电源供电，对放置在充电器电池仓内的电池进行充电，即(AC-—电池充电)，相当于普通的电池充电器功能。 2.由AC电源供电，向USB A型插座输出DC5V电源，通过外接的USB转接线对手机等数码产品进行直接充电或供电，即(AC-—USB电源输出)，相当于普通的电源适配器功能。 3.由外加的USB A型插座输入的5V电源(可来自计算机或其他USB供电设备)，对充电器电池仓内的电池进行充电，即(USB电源输入-一 电池充电)，相当于USB型的电池充电器功能。 并且，在此三个基本功能的基础上，通过增加控制开关、照明电路、可以增加实现手电照明功能；通过增加DC/DC升压电路单元、可将电池仓内电池的能量转化成DC5V电源提供到USBA型插座输出，S卩(电池-一USB电源输出)，相当于增加了应急电源功能。[0011] 本实用新型解决上述技术问题的所采用的技术方案是基本型的电路设计是在普通的电源适配器(也称为直充式充电器、墙插式充电器)的基础上，增加单节锂离子/锂离子聚合物电池的充电管理和保护电路单元，实现对电池可单独进行充电的功能；同时在结构设计上整机壳体采用类似于扁平长方型、扁平椭圆型等形状结构，壳体内部的电池仓采用扁平方块形的结构(适用于手机常用的锂离子/锂离子聚合物电池)，有一个可以打开的电池仓盖，方便电池的取放；外部带有一个伸縮式(或折叠式)的AC电源插头、一个标准USBA型插座。 根据不同型号的扁平方块形状的电池，需要适当调整电池仓尺寸以及电池连接器接口的型号和安放位置；对那些电池连接器接口和特性兼容、仅仅是长度不同的电池，可在
电池仓的两侧壁上设计一组固定卡槽、通过活动挡板在不同固定卡槽位置的移动来匹配不同长度的电池，这样，可进一步扩大本实用新型对兼容电池型号的适用范围。 在本实用新型的基本型基础上，通过扩展安装拨动开关，增加相应的照明电路、单
节锂离子电池升压电路等，可以增加实现手电照明功能和应急电源功能；并将这些电路和
结构集成在一个小体积的结构壳体内，完成多功能充电、DC5V电源输出、手电照明以及应急
电源等应用，方便携带和使用，能解决现有手机等数码产品所使用的电池充电器和电源适
配器的功能单一的缺陷和不足。 电路板上设计有电源适配器电路、充电管理电路、DC/DC升压电路等单元所对应的工作状态指示灯，通过壳体上指示灯显示孔可以分别显示当前的工作方式和状态。从而实现对工作过程的监控。 本实用新型的有益效果是，在一个小的便携式完整体积结构内，将电源适配器和电池充电器原先单一的功能结合起来，可以实现AC交流电源或USB电源对电池进行单独充电的功能，同时，AC交流电源经过内部的电源适配器电路也可以通过一根USB转接线的连接对手机等数码产品进行充电，实现普通手机的电源适配器功能。在此基础上，通过增加DC/DC升压电路，将充电器电池仓内电池的能量输出到USB端口 ，从而实现应急电源功能；另外通过增加LED光源、限流电阻和开关等可以实现手电照明功能。 同时设计时适当修改电池仓的有关尺寸和电池连接器位置等参数，并可通过增加
充电器电池仓内固定卡槽和活动挡板位置设计，来适应更多的兼容电池。 本实用新型整合了电源适配器、电池充电器、电池应急电源、手电筒照明等多种功
能和应用，结构简洁，便携方便，可替代目前手机和数码产品的配套充电器或电源适配器产
品，解决了目前现有充电器或电源适配器产品功能单一的缺陷和不足，具有一定的通用性
和广泛的实用价值。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
附图l给出了本实用新型第一个实施例(基本型)的结构示意图 附图2给出了本实用新型第一个实施例(基本型)的电路示意图 附图3给出了本实用新型第二个实施例(开关型)的结构示意图 附图4给出了本实用新型第二个实施例(开关型)的电路示意图 附图5是图2和图4中的Ul (电源适配器电路单元)的电路示意图例 附图6是图2和图4中的U2(电池充电电路单元)的电路示意图例 附图7给出了本实用新型第三个实施例(增加手电照明功能)的电路示意图. 附图8给出了本实用新型第四个实施例(采用双刀四掷拨动开关增加实现应急电
源和手电照明功能)的电路示意图 附图9给出了本实用新型第五个实施例(采用M0SFET电子开关增加实现应急电源和手电照明功能)的电路示意图 附
图10是图8、图9电路所对应的(带手电照明和应急电源功能)多功能充电器结构示意图 附图11是图8，图9中的U3(电池升压电路单元)的电路示意图例[0030] 附图12给出了电池仓内带固定卡槽和活动挡板的结构示意图[0031] 附图13是图12中电池仓内的活动挡板(12)取出时的结构示意图 附图14给出了本实用新型整体外形采用类似椭圆型(或跑道型)、而内部的电池
仓仍然采用扁平方块形状结构设计的结构示意图。 图中l.上壳体，2.下壳体，3.前端照明窗口，5.电池连接器出孔，6.AC电源插头，7.电池仓，8.电池，9.电池仓盖板，IO.电路板，ll.固定卡槽，12.活动挡板，13.类似椭圆型(或跑道型)外壳体，15.LED光源，16.电池连接器，17.拨动开关，18.电池充电电路单元，20.USB A型插座，21.升压电路单元，22.电源适配器电路单元，23.电源适配器工作状态指示灯，24.电池充电工作状态指示灯，25.应急电源电路工作状态指示灯，28.电源适配器工作状态指示灯显示孔，29.电池充电工作状态指示灯显示孔，30.应急电源电路工作状态指示灯显示孔。
具体实施方式按上述附图所给出的实施例，以下进行具体说明。 实施例1 (基本型)，如图1所示，从结构上看，电路板(10)和AC电源插头(6)是安装放置在(带扁方形电池仓的)上壳体(1)和下壳体(2)之间，通过卡位固定。在图例中，AC电源插头(6)是采用推出/縮回式结构、不用时可以收藏在壳体内，也可以采用折叠式AC插头的方案来同样实现减小体积便于携带的目的。电池(8)采用手机和数码产品常用的扁平方块形状的锂离子/锂离子聚合物电池，放置在电池仓(7)中，电池仓盖板(9)通过卡口位固定在上壳体(1)上，打开电池仓盖板(9)，可以方便地取出电池(8)。这样就可以很方便的替换使用其他可兼容的电池(8)。 在具体实施例中，可以配合手机等数码产品原厂所采用电池(8)的参数、来设计修改电池仓(7)的尺寸和电池连接器(16)的形状和位置，但电池仓(7)的形状总体保持扁平长方形结构不变。 电路板(10)上的电池连接器(16)的弹簧触点，安装时从上壳体(1)上的电池连接器孔(5)伸出，电源适配器工作状态指示灯(23)和电池充电状态指示灯(24)可分别通过上壳体(1)上对应的电源适配器工作状态指示灯显示孔(28)和电池充电工作状态指示灯显示孔(29)，发光显示工作状态。 图2是本实用新型实施例1 (基本型)的电路原理示意图，其中相关器件与结构示意图1所示元器件的对应关系是J1对应USB A型插座(20) ， J2对应AC电源插头(6) ， J3对应电池连接器(16) ;U1对应电源适配器电路单元(22)，U2对应电池充电电路单元(18)，Dl对应电源适配器工作状态指示灯(23) ， D2对应电池充电工作状态指示灯(24) ， Bl对应扁平方块形状的电池(8)，[0039] 工作原理 Ul单元内部电路是一个常用的手机或数码产品的电源适配器电路，图5给出了Ul电源适配器电路单元(22)的一个具体实施例，祥见后面的具体说明；AC电源插头(6)接通外部的AC电源后，通过U1单元内部电路的隔离、降压等处理就可以输出DC5V电源，同时D1发光显示电源适配器电路单元(22)的处于工作状态，输出的DC5V电源一路直接连接到USBA型插座(20)的Vbus脚，可通过外接的USB转接线给手机或数码产品充电，实现普通手机的电源适配器功能；U1单元输出的DC5V电源、另一路连接到U2电池充电电路单元(18)的输入端，经过U2内部充电和保护控制电路，输出合适的充电电压和电流，充电电流 经过电池连接器(16)与电池(8)连接，给电池(8)进行充电，实现的"AC-—电池充电"，此 时D2发光显示U2电池充电电路单元(18)处于相应的充电工作状态。相当于普通的电池 充电器功能。图6是U2电池充电电路单元(18)的l个具体实施例，是采用目前成熟的单 节锂离子/锂离子聚合物电池充电IC方案来实现对电池的充电、监控和保护，祥见后面的 具体说明。 由于U1电源适配器电路单元(22)输出的DC5V电压是同时送到USB A型插座(20) 和U1电池充电单元(18)的输入端，所以这两部分电路可以同时工作，即可以同时给充电器 电池仓(7)内的电池(8)和手机本身所带电池进行充电。实现AC对电池充电和适配器电 源输出这两种方式同时工作的功能。此功能需要U1电源适配器电路单元有较大的额定功 率和裕量。 AC电源插头(6)不接外部电源，而是在Jl所对应的USB A型插座(20)，通过一 根USB转接线、从计算机或其他USB供电设备输入USB 5V电源时，USB 5V从USB A型插座 (20)的Vbus脚引入直接送到U2电池充电电路单元(18)的输入端，同样经过U2内部充电 和保护控制电路，输出合适的充电电压和电流，再经过电池连接器(16)与电池(8)的连接， 给电池(8)进行充电。即实现了利用(PC或其他USB供电设备提供的)USB5V电源给电池 (8)进行充电。实现"USB电源输入-一 电池充电"的电池充电器功能。注在外加USB输 入电源的情况下，AC电源插头(6)不能连接交流电源，避免U1单元的输出与外加的USB电 源相互冲突
如图5所示U1电源适配器电路单元(22)的内部电路方案的具体实施 Ul电源适配器电路单元(22)的内部电路方案目前有很多成熟的产品方案可供选 用，选择时主要考虑输出电压和电流的性能及整机的效率，应留有一定的功率裕量。图5所 示是一种U1电源适配器电路单元(22)的内部电路方案的示意图例，为2.75W恒压/恒流 (CV/CC)方案，在5V输出下可提供550mA的电流。该电路的主要技术特点和性能恒压(CV)
精度±5%，恒流(CC)精度±10%，自动重启动输出短路和开环保护，高能效整个负
载范围内的平均效率74%，空载输入能耗低在230VAC输入情况下小于40mW。 这种设计和性能非常适合手机或类似的USB充电器应用，包括手机电池充电器、 USB充电器或任何有恒压/恒流特性要求的应用。在图5中，二极管D101至D104对AC输 入进行整流，LlOl、 C101和C102组成一个Ji型滤波器，对DC进行滤波。RF101保护电阻、 并可限制启动期间产生的浪涌电流。U101采用了 Power Integrations的LinkSwitch系列 产品LNK613DG，通过可选偏置电源实现供电，这样可以将空载功耗降低到40mW以下。旁路 电容C104的值决定外接USB转接线电缆压降补偿的数量，可取liiF 10iiF的电容。在 恒压阶段，输出电压通过开关控制进行调节。输出电压通过跳过开关周期得以维持。通过 调整使能与禁止周期的比例，可以维持稳压。这也可以使转换器的效率在整个负载范围内 得到优化。轻载(涓流充电)条件下，还会降低电流限流点以减小变压器磁通密度，进而降 低音频噪音和开关损耗。随着负载电流的增大，电流限流点也将升高，跳过的周期也越来越 少。当不再跳过任何开关周期时(达到最大功率点)，UIOI内的控制器将切换到恒流模式。 需要进一步提高负载电流时，输出电压将会随之下降。输出电压的下降反映在FB引脚电压 上。作为对FB引脚电压下降的响应，开关频率将线性下降，从而实现恒流输出。D105、R102、R103和C103组成RCD-R箝位电路，用于限制漏感引起的漏极电压尖峰。电阻R103取相对 较大的值，用于避免漏感引起的漏极电压波形振荡，可以防止关断期间的过度振荡，从而降 低传导EMI。 T101是电源变压器，完成AC/DC转换和隔离作用。二极管D107对次级进行整 流，C107对其进行滤波。C106和R107可以共同限制D107上的瞬态电压尖峰，并降低传导 及辐射EMI。电阻R108和齐纳二极管VR101形成一个输出假负载，可以确保空载时的输出 电压处于可接受的限制范围内，并确保充电器从AC市电断开时电池不会完全放电。反馈电 阻R105和R106设定最大工作频率与恒压阶段的输出电压，可根据需要重新调节R5和R6， 确保输出电压保持基本恒定。 如图6所示U2电池充电电路单元(18)的内部电路方案的具体实施 U2电池充电电路单元(18)的内部电路方案目前也有很多成熟的产品方案可供 选用，选择时主要考虑可提供的充电管理模式和保护，确保电池安全充满电。图6是一种 U2电池充电电路单元(18)的内部电路示意图例，其中的U201采用Advanced Analogic Technologies公司的AAT3681单片锂离子/锂离子聚合物电池充电IC来实现。它有恒流， 恒压，涓流充电三种模式，自动检测和控制充电状态，外围电路少，D2是充电状态指示灯，R2 是指示灯的限流电阻，R201是该芯片的使能控制信号，高电平有效触发U201进入充电工作 状态，C201， C202是滤波电容，R4是充电电流设定电阻，通过设定R4的电阻值来设定恒流 状态下的最大充电电流。本实施例中，R4设定为16. 2千欧，恒流模式下充电电流为100mA。 (通过改变R4的电阻值可以调整的恒流充电电流范围是15mA 300mA ;其中R4设定为 8. 06千欧时，充电电流约200mA， R4设定为5. 36千欧时，充电电流约300mA) 。 AAT3681芯 片内部整合了 一个充电驱动和反向阻断二极管，用于准确调节4. 2V锂离子/锂离子聚合物 电池的电压和电流。该设备由直流电源或USB端口进行控制，输入电压范围为4. 0V至6. 5V 实施例中将"Ad即ter/USB Input"电源输入端与Ul电源适配器单路单元(22)的输出端、 以及USB A型插座(20)的Vbus脚连接在一起。AAT3681内的保护电路持续监控该设备 的充电状态，从而避免故障。 一旦出现过电压、短路或者过热的情况，这些电路将自动关闭 AAT3681，从而可以保护充电设备、控制系统以及正在充电的电池。 其他公司也推出了对单节锂离子/锂离子聚合物电池充电的单芯片充电IC，当然 也可以采用类似相同功能的IC或充电管理电路来替换。例如Linear Technology公司的 LTC4054芯片，LTC4054芯片方案与MT3681芯片方案有相近的外围电路配置，使用时只需 要稍加调整和匹配即可。 根据以上所述，本实用新型实施例1所描述的基本型多功能充电器，可以实现以 下三种功能和应用 1.由AC电源供电，对放置在充电器电池仓内的电池进行充电，即(AC-—电池充 电)，相当于普通的电池充电器功能。 2.由AC电源供电，从USB A型插座输出5V电源，通过外接USB转接线对手机等数 码产品进行直接充电或供电，即(AC-—USB电源输出)，相当于普通的电源适配器功能。 3.由外加的USB A型插座输入的5V电源(可来自计算机或其他USB供电设备)， 对充电器内的电池进行充电，即(USB电源输入-一 电池充电)，相当于USB型的电池充电 器功能。 实施例2(开关型)增加开关控制的多功能充电器
8[0054] 如图3和图4所示，实施例2是在实施例1的基础上增加了一个"单刀双掷"拨动 开关S1， Sl对应图3中的拨动开关(17)， Sl开关的动点"o"与J3电池连接器(16)的正 极相连，定点"a"连接U2电池充电电路单元(18)的输出端，定点"b"悬空。通过拨动开关 (17)位置的变化可控制电池连接器(16)分别连接电池充电单元(18)或悬空断开，从而控 制电池仓内Bl电池(8)与充电电路单元(18)输出端的通/断。 拨动开关(17)的刀头连接到"a"位置时，拨动开关(17)处于"充电连接"状态，U2 电池充电电路单元(18)的输出端通过S1拨动开关(17)的连接，与电池连接器(16)连通， 就此时的电路状态相当于实施例1的基本型电路。可以实现(AC-—电池充电)，(AC-—USB 电源输出)，(USB电源输入-一 电池充电)本实用新型的三种基本功能和应用。 拨动开关(17)的刀头连接到"b"位置时，拨动开关(17)处于"断开"状态，此时 U2电池充电电路单元(18)的输出端与电池连接器(16)断开，使充电器内部的电池(8)与 电池充电单元(18)的输出回路断开，电池处于"断开"状态，不能对电池(8)进行充电。在 拨动开关(17)处于"断开"状态下，仍然可以实现(AC-—USB电源输出)，不影响电源适配 器功能。增设拨动开关(17)，可以使电池(8)在不工作时处于"断开"状态，可以更好防止 电池能量在不工作时通过电池充电单元(18)回路泄漏。 但由于对电池仓(7)内的电池(8)进行充电工作时，充电电流需要经过拨动开关 (17)的触点连接，所以需要注意拨动开关(17)的功率裕量，在便携式产品常用的小型拨动 开关中，额定电流一般< 0. 3A，所以在本实施例中，U2电池充电单元(18)所输出的最大充 电电流需要限制在210mA以下(可以通过改变R4的电阻值设定)。如果需要采用更大的 充电电流以縮短充电时间，则需要同时考虑更换更大功率裕量的拨动开关(17)。
实施例3 :增加手电照明功能的多功能充电器 如图7所示，在实施例2的基础上，采用一个"单刀三掷"开关替换原来的"单刀双 掷"开关，将拨动开关(17)再增加一路"手电照明"档位，(即图7中Sl拨动开关的"c"档 位置)，同时内部增加限流电阻和LED光源，来增加实现手电照明功能。相对应的是，在结构 设计上同时需要在壳体顶端位置增开一个前端照明窗口 (3)(参见图11) Sl拨动开关(17)改用"单刀三掷"开关后，通过新增加的一路"c"触点来连接手 电照明电路，其他电路部分的连接与实施例2相同，即将S1拨动开关(17)的动点"o"接在 J3电池连接器(16)的正极，定点"a"连接U2电池充电单元(18)的输出端，定点"b"悬空。 通过拨动开关(17)位置的变化可控制电池连接器(16)分别连接电池充电电路单元(18)， 悬空或照明电路。 当Sl拨动开关(17)的刀头连接到"c"位置时，此时Bl电池(8)中通过J3电池连 接器(16)，经过S1拨动开关(17)的"o"—- "c"触点，与手电照明电路中的限流电阻R7、 R8接通，分别驱动LED光源D7、 D8发光，可实现"电池-一 手电照明"的手电照明功能。 照明电路部分主要由两个高亮度发光LED管D7、 D8，以及两个限流电阻R7、 R8组 成，实施例中将每个高亮度LED发光管的最大工作电流限制在20mA左右。当然也可以采用 数量更多的LED光源(3 10个高亮度LED管)来提升照明的亮度，但由于照明电路工作 时，电流需要经过拨动开关(17)的触点连接，所以需要注意拨动开关的功率裕量，在便携 式产品常用的小型拨动开关中，额定电流一般< 0. 3A，所以采用本实施例的照明电路方案， 高亮度LED光源的数量限制在10个以下，总的驱动电流不超过210mA。用作普通手电照明
9时，不需要精确的电流控制，简单采用电阻限流即可满足要求，降低成本。 一般高亮度白色 LED发光管的导通电压在3. 4V左右，工作电流在15—-25mA，完全可以在单节锂离子/锂离 子聚合物电池(工作电压范围3.3V-—4.2V)供电下工作。在中高档应用领域，可采用照 明用功率级白光LED(标称功率1 3W)，并增加专用的恒流驱动IC，同时利用Sl拨动开 关(17)的"c"触点控制恒流驱动IC的使能端，就可以实现强光照明功能。
拨动开关(17)的刀头连接到"a"位置时，拨动开关(17)处于充电电路"充电连接" 状态，U2电池充电电路单元(18)的输出端通过拨动开关(17)的连接，与电池连接器(16) 连通，就相当于实施例1的基本型电路。同样可以实现(AC-—电池充电)，(AC-—USB电源 输出)，(USB电源输入-一 电池充电)等三种功能和应用。 拨动开关(17)的刀头连接到"b"位置时，拨动开关(17)处于充电电路"断开"状 态，此时U2电池充电电路单元(18)的输出端与J3电池连接器(16)断开，使充电器内的电 池(8)与电池充电电路单元(18)的输出回路断开，不能对电池(8)进行充电；不能完成电 池充电器功能。在拨动开关(17)处于"断开"状态下，仍然可以实现(AC-—USB电源输出)， 即仍可实现电源适配器功能。增设拨动开关(17)，可以使电池(8)在不工作时处于"断开" 状态，可还以更好防止电池在不工作时通过电池充电单元(18)回路泄漏能量。 实施例4 :采用一个"双刀四掷"机械开关来实现手电照明和应急备用电源功能的 多功能充电器 本实施例是在基本型多功能充电器的基础上附加了手电照明和应急备用电源功 能，相当于在实施例3的基础上再增加一个升压电路单元(21)实现电池的应急电源功能。 在此应急电源工作模式下，AC电源插头不能连接外部交流电源，USB A型插座也不能连接 到计算机或其他USB供电设备，此时在开关控制下将U3升压电路单元(21)接入电路，并从 USB端口输出电池升压后产生的DC5V电源，可提供给手机等数码产品进行充电。 需要将DC/DC升压电路的输入/输出端可以同时接入对应电路或同时与电路分 离，避免DC/DC升压电路与电源适配器、以及与充电电路之间的相互干扰。从开关切换的控 制方式上看，有两种实现方式图8所代表的实施例4是采用一个"双刀四掷"机械开关来 实现的电路图方案，图9所代表的实施例5是采用一个"单刀四掷"机械开关同步控制两个 M0SFET电子开关来实现的电路图方案。 图10是图8、图9这两种电路方案对应的结构示意图。其中，拨动开关(17)在图 8中对应"Sl-l&Sl-2"所表示的"双刀四掷"联动开关，拨动开关(17)在图9中对应"S1" 所表示的"单刀四掷"开关，其开关结构位置和其他结构尺寸不变。 下面分别叙述图8、图9这两种电路方案的具体实施 实施例4 :图8是采用一个"双刀四掷"机械开关来实现应急电源功能的方案，图8 中的拨动开关(17)是一个"双刀四掷"开关，"双刀四掷"开关实际是Sl-l和Sl-2两个开 关组成的联动开关组合；新增加的2个"d"触点分别连接U3升压电路单元(21)的输入端 和输出端；Sl-2的公共点"o"连接到Vbus公共DC5V电源线上，S1-2的"a"/ "b"/ "c"触 点悬空。Sl-l的公共点"o"连接到J3电池连接器(16)上，Sl-l的"a"/ "b"/ "c"触点 分别连接U2电池充电单元(18)/悬空/照明电路上。Sl-l的"a"/ "b"/ "c"触点接线 方法与图7所表示的实施例3的开关触点接线方法相同
当拨动开关(17)的公共点"o"与"d"连接时，电路处于应急电源工作模式，电池(8)的电压通过J1电池连接器(16)连到拨动开关(17)的S1-1，并从S1-1的"o"-— "d" 触点，然后送到U3升压电路单元(21)的输入端，经过升压电路单元(21)内部电路的处理 和控制、生成5V的直流电压输出，经过Sl-2的"d" -— "o"的连接，最后送到J1USBA型插 座(20)，输出DC5V电压，完成电池的应急电源功能。D3是应急电源电路工作状态指示灯 (25) ， R3是D3的限流电阻，取R3为1. 2千欧，可控制流过D3的电流在2mA左右。 当拨动开关(17)的公共点"o"连接"a"/"b"/"c"触点时，升压电路单元(21)的输 入/输出端都处于断开状态，此时本实施例4的功能与实施例3相同。其中，当"Sl-l&Sl-2" 拨动开关(17)在"a"触点位置，可实现(AC-—电池充电)，(AC-—USB电源输出)，(USB电 源输入-一 电池充电)三种功能和应用；当"Sl-l&Sl-2"拨动开关(17)在"b"触点位置， 电池与电路断开，并可实现(AC-—USB电源输出)功能和应用；当"Sl-l&Sl-2"拨动开关 (17)在"c"触点位置，可实现(电池-一手电照明)功能和应用。 由于是采用"双刀四掷"联动的"Sl-l&Sl-2"拨动开关(17)来控制U3升压电路 单元(21)的输入/输出端的通断，所以应急电源工作的最大电流还要受到拨动开关(17) 的额定电流限制，在此实施例中考虑到便携性，选用的小型的拨动开关额定电流〈300mA， 所以设计时、本实施例应急电源的额定电流< 210mA，以便留有一定的功率裕量。如果需要 较大的工作电流，就需要选用更大的拨动开关，或采用实施例5中图9所示的MOSFET电子 开关的设计方案来实现较大工作电流的通断。 实施例5 :采用MOSFET电子开关的方案来实现应急电源功能的接入控制。 如图9所示，单刀四掷开关S1的"d"触点并不直接接入升压电路单元的电流主回 路，而是相当于产生一个应急电源功能的触发控制信号，通过串连的电阻分别连接到两个 控制三级管Ql、 Q2的基极，通过控制Ql、 Q2的通断来同步控制两个MOSFET管Fl、 F2的通 断，最终实现U3升压电路单元(21)的输入/输出端的接通或断开控制，Fl、F2选用的是P 沟道增强型MOSFET管(实施例5中选用了 VISHAY公司的Sil305DL，也可用相同性能的其 他型号产品)。三级管Q1、Q2选用的是自带偏置的NPN型三级管(实施例5中选用了Rohm 公司的DTC144EE，也可选用相同性能的其他型号产品，如果选用的三极管不带自偏置，就需 要在基极电路各增加一个47K-—IOOK的下拉电阻，确保开关处于其他工作状态时，Ql， Q2 可靠截止)。 当Sl拨动开关(17)的公共点"o"与"d"连接时，电路处于应急电源工作模式，电 池(8)电压通过Jl电池连接器(16)，送到Sl拨动开关(17)，并从Sl的"o"-— "d"触点， 产生应急电源功能的触发控制信号。送到"d"触点的电池电压经过串连电阻R10、R11分别 连接到Q1、Q2的基极，在电池电压和三极管内偏置电阻的作用下，三级管Q1、Q2的基极电压 迅速升高，三级管Q1、Q2饱和导通，同时将F1、F2的栅极电压拉低，使F1、F2也进入饱和导 通状态，此时两个MOSFET管的源极和漏极都处于"开关连接"状态，完成电子开关的连接。 电池(8)的电压就可以通过饱和导通的MOSFET管F1，送到U3升压电路单元(21)的输入 端，经过升压电路单元(21)内部电路的处理和控制生成5V的直流电压输出，再通过饱和导 通的MOSFET管F2，最后送到Jl USB A型插座(20)，输出DC5V电压，完成电池的应急电源 功能。 D3是应急电源电路工作状态指示灯(25)，R3是D3的限流电阻，取R3为1.2千欧， 可控制流过D3的电流在2mA左右。[0078] 当拨动开关(17)的公共点"o"分别连接"a"/ "b"/ "c"触点时，此时"d"触点 没有连到电池电压，由于Q1、Q2管内自带有偏置电阻，所以Q1、Q2管的基极处于低电位，Q1、 Q2管处于截止状态，从而使所分别控制的F1、F2两个M0SFET管都处于截止状态，相当于这 两个电子开关处于"断开"位置，升压电路单元(21)的输入/输出端与电路断开，应急电源 不工作。 当S1拨动开关(17)的公共点"o"连接"a"/ "b"/ "c"触点时，升压电路单元 (21)的输入/输出端都处于断开状态，此时本实施例5的功能与实施例3相同。其中， 当Sl拨动开关(17)连接在"a"触点位置时，电池与充电电路连通，可实现(AC-—电池充 电)，(AC-—USB电源输出)，(USB电源输入-一 电池充电)等三种功能和应用；当SI拨 动开关(17)连接在"b"触点位置时，电池处于"悬空"状态，相当于电池"断开"，并可实现 (AC-—USB电源输出)功能和应用；当SI拨动开关(17)在"c"触点位置时，电池与照明电 路连通，可实现(电池-一 手电照明)功能和应用。 图10是图8、图9这两种电路方案对应的结构示意图。其中，拨动开关(17)在实 施例4的图8中对应的是"双刀四掷"联动开关"Sl-l&Sl-2";拨动开关(17)在实施例5的 图10中对应的是"单刀四掷"开关"S1"。由于实施例5中的两个MOSFET电子开关F1、 F2 是安装在电路板上与结构设计无关，所以实施例4和实施例5具有相同的结构示意图。只 是两者的电路板(10)上的开关等少量器件约有不同。 以上几个实施例中，由于是便携式产品设计，都是选用小型的机械式拨动开关 来实现功能控制和切换，选用的拨动开关额定功率有限，可以承受的工作电流一般小于 (300mA，50V);如果需要用在中功率电流切换的场合，可以选用额定功率和尺寸较大的机械 式拨动开关，也可以使用小功率拨动开关或触摸开关产生触发信号配合控制使用MOSFET 电子开关等来实现中功率电流切换的功能。 图11是一个U3电池升压电路单元(21)的具体实施方案图例 U3电池升压电路单元(21)采用成熟的单芯片DC-DC升压电路方案，实施例中采 用了研诺逻辑科技有限公司(AnalogicTech)的AAT1217的器件，AAT1217是专为支持各 种手持式便携应用而设计，它在使用一个单节锂离子电池输入时可实现高达500mA的输 出，同时支持低至0. 85V的启动电压。该型号是一个系列产品，输出电压可以在2. 5V-5. 5V 之间调整，通过输出端的两个取样分压电阻R301， R302的值来确定输出电压的大小，当 R301为1. 02兆欧、R302为332千欧时，升压单元的输出电压可设定为5V。当输入电压在 3.4V-4. 2V范围内时，整个升压电路单元(21)的平均效率高达86%。 R303是芯片使能控制 端的上拉电阻(1.0兆欧)，L301可采用一个较小的电感(4. 7UH)，C301是输入端的滤波电 容，也有利于降低输出端容抗，提高电路稳定性(取4. 7UF)，C302是输出端的滤波电容(取 4. 7UF-10UF)，可抑制纹波电压的输出。在实施例4和实施例5中选择输出电压为5V固定 输出的产品，型号是AAT1217ICA-5. O-Tl，这时可以不用反馈端的两个取样分压电阻R301， R302。 AAT1217还带有过电流保护装置，停机电流小于l.OiiA。因此，由AAT1217芯片为主 构成的电池升压应急电源电路具有较高的性能和安全性。 实施例6，电池仓设置固定卡槽和活动挡板的多功能充电器 如图12，图13所示，本实施例主要涉及多功能充电器电池仓结构的变化，电池仓 的基本形状仍然为扁平长方形结构，在电池仓(7)内的两边内侧壁上设计有一组固定卡槽(ll)，并用相邻的卡槽位置来固定活动挡板(12)，通过改变活动挡板(12)在不同固定卡槽 (11)内的位置，来改变电池仓内部长度方向的空间尺寸，从而可以匹配和适应那些电池连 接器接口和特性兼容、仅仅是长度尺寸不同的电池(8)，可进一步扩大本实用新型对兼容电 池型号的适用范围。例如NOKIA公司非常通用的的BL-5C (尺寸53*34*5. 8mm)和BL-5B (尺 寸46. 8*34*5. 5mm)两款手机电池，宽度和厚度基本差不多，后者长度短6. 2mm，两者电池 触点位置和电性能基本兼容，以这两款电池来进行电池仓的固定卡槽(11)位置设计时就 可以先将活动挡板(12)放在最后一个固定卡槽位置，以电池仓的最长长度尺寸适合BL-5C 型电池为准，然后可以通过调节活动挡板(12)位置前移的方式来实现对BL-5B型电池的兼 容。 BL-5C型电池适用的手机机型有Nokia 1100， Nokia 1108， Nokia 2600， Nokia3100， Nokia 3120， Nokia 3650， Nokia 6108， Nokia 6230， Nokia 6600， Nokia 6630， Nokia 6670， Nokia 6820， Nokia 7600， Nokia 7610等;BL-5B电池适用的手机机型有: Nokia 3220， Nokia5140， Nokia 7260等。所以，电池仓(7)的尺寸和内壁的固定卡槽位置 按照上述方式来设计的话，配合活动挡板(12)位置移动，本实用新型多功能充电器就可以 兼容使用BL-5C和BL-5B两款手机电池，同样也可以成为使用这类电池的手机电池充电器 和通用型电源适配器，内部所使用的电池(8)也可以直接与相应型号手机的电池或其他兼 容电池替换互用。 本实施例主要考虑本实用新型的电池仓的改进，活动挡板设计可以运用到以上各 个实施例中，可以使本实用新型充电器在具备电池充电、电源适配器输出、手电照明、应急 电源输出等功能的同时，兼容更多型号的电池以及所对应的手机等数码产品。 实施例7，多功能充电器的整体外形的变化 如图14所示，壳体的整体外观虽然是在扁平长条型的两端采用了大圆弧形，采用 类似扁平椭圆型(或跑道型)外壳体(13)，但其内部的电池仓(7)结构及各单元电路的集 成仍然满足本实用新型最基本的特征，即结构上壳体内部采用电池仓(7)的基本形状为扁 平长方形结构，电池仓(7)可以采用实施例6中设计的电池仓加装固定卡槽(11)和活动挡 板(12)的改进设计，可以使用手机等数码产品通用的扁平方块形状的电池(8)。有一个可 以打开的电池仓盖板(9)，对外接口带有一个可折叠(或可伸縮)的AC电源插头(6)和一 个USB A型插座(20)。内部带有电源适配器电路单元(22)和电池充电电路单元(18)等两 个基本电路部分，可以控制和实现(AC-—电池充电)，(AC-—USB电源输出)，(USB电源输 入-一 电池充电)等三种基本功能，通过加装拨动开关(17)及相应的照明、升压电路单元 (21)等还可以实现手电照明、电池的应急电源等功能。 实施例7主要考虑本实用新型的外观整体外形的改进，实施例1 实施例6的中 涉及的电路和结构方面的基本特性也适合本实施例，可以使本实用新型充电器在具备AC/ USB电源对电池充电、电源适配器5V电压输出、手电照明、应急电源5V电压输出等功能、以 及兼容更多型号的电池的同时，可以有类似椭圆型(或跑道型)外壳体(13)结构设计。 从上述实施例和具体实施方式
可知，本发明提供了一种单节锂离子/锂离子聚合 物电池的多功能充电器，可直接对单节锂离子/锂离子聚合物电池进行充电；也可当成一 个电源适配器对手机等数码产品机内的电池进行充电；同时还可以扩展具有手电照明和应 急5V电源功能；实现了在一个小体积结构壳体内完成AC/USB电源对电池充电、电源适配器出、手电照明等多种应用和功能。本实用新型在电池仓的设计 上采用了具备可调节长度尺寸的电池仓固定卡槽和活动档板结构，对不同长度的兼容电池 具有较好的兼容和通用性。整体结构简洁、功能多而实用、携带方便、互用性较强是本实用 新型的特点。 在上述列举的实施例中，对U1电源适配器电路单元(22)、 U2电池充电电路单元 (18)和U3升压电路单元(21)各选取了一个较成熟的电路方案和图例来说明各单元电路的 功能和作用，相同功能和性能的单元电路方案，只要能够满足各电路单元的功能和性能要 求，就同样可以采用到上述实施例中。本实用新型多功能充电器的技术关键点是通过以上 各单元电路的组合和拨动开关控制以及相应的结构设计、可以在一个便携式完整壳体内实 现电池充电器、电源适配器、手电照明、应急电源等多功能的综合应用。这也是针对目前市 场上类似(电池充电器、电源适配器、手电筒、应急电源)等单项产品功能单一的最大技术 创新点。可作为多功能充电器适用于使用单节锂离子/锂离子聚合物电池的手机等数码产
PR o 尽管上面描述的是本实用新型的几种特定形式，但在不脱离本实用新型构思和范 围的基础上还可以做出许多变化。因此，尽管本实用新型详细说明仅是参考优选实施例进 行的，但本领域的普通技术人员都知道在不脱离本实用新型的基础上还有许多变化形式。 因此，本实用新型的保护范围由权利要求书来确定。另外，本实用新型从未公诸于众或见于 其他刊物。
1权利要求一种便携式多功能充电器，可以直接对单节锂离子/锂离子聚合物电池进行充电，也可以当作电源适配器使用、对手机等数码产品的机内电池进行充电，其特征是该充电器带有一个扁平长方型的电池仓，外部有AC电源插头和USB A型插座，内部有相应的AC/DC电源适配器电路和单节锂离子电池充电管理电路，并配合相应的结构和电池仓设计，既可以实现利用AC电源或者USB电源对电池充电的功能，也可以实现利用AC电源向USB A型插座输出DC5V的电源适配器功能。
2. 根据权利要求1所述的便携式多功能充电器，内部电池仓采用扁平长方体形状的结构，其特征是充电器的整体外观可采用扁平长方型、扁平椭圆型或跑道型等不同的扁平形状结构，充电器内部的电池仓都采用扁平长方体形状的结构不变，电池仓的尺寸和电池连接器的位置可根据具体使用的电池来调整。
3. 根据权利要求1所述的便携式多功能充电器，可增加一个拨动开关控制，使电池在不充电时可处于"断开"状态，其特征是在充电器上增加一个拨动开关，可控制电池的"充电"与"断开"；开关在"断开"状态时，电池与充电器的电路断开、可减少电池能量的泄漏，此时仍然可以实现利用AC电源向USB A型插座输出DC5V ;开关在"充电"状态时，充电器的内部充电电路通过拨动开关与电池连接，对电池进行充电。
4. 根据权利要求1或2所述的便携式多功能充电器，其电池仓内可设置固定卡槽和活动挡板，其特征是在电池仓的内侧壁上可设置一组固定卡槽，配合活动挡板的移动，使电池仓长度尺寸可以改变。
5. 根据权利要求1或3所述的便携式多功能充电器，可以通过增加拨动开关档位和LED照明电路、扩展实现手电照明功能，其特征是在充电器的顶部端面或底部端面可以设置发光窗口、内部增加LED发光电路、同时拨动开关增设"手电照明"档位，在开关接通"手电照明"档位后，电池通过电池连接器和开关的连接，并经过内部的限流电阻、连接到LED发光管上，实现手电照明功能。
6. 根据权利要求1或3或5所述的便携式多功能充电器，可以通过增加DC/DC升压电路和开关控制，扩展实现应急电源功能，其特征是内部增加DC/DC升压电路，可将电池电压升压为DC5V，并通过一个双刀多掷联动开关或者是一个单刀多掷机械开关同步控制两个MOSFET电子开关的方式、实现升压电路与其他功能电路的转换与隔离；当开关在"应急电源"档位时，电池通过开关与升压电路的输入端连通，经过DC/DC升压电路处理、产生DC5V、并通过联动开关的另一个刀头，将DC5V送到USB A型插座输出，实现应急电源功能；开关在其他档位时，DC/DC升压电路的输入端和输出端与其他功能电路完全隔离。
专利摘要本实用新型是一种可对锂离子/锂离子聚合物电池充电的便携式多功能充电器。涉及锂离子电池充电、AC/DC电源变换，DC/DC升压，LED照明等技术领域。其结构特点是内部带有扁平长方形的电池仓(可带有固定卡槽和活动挡板)，外部呈现的是扁平长条型(或类似长椭圆型、跑道型)、带有AC电源插头、USB A型插座和拨动开关的完整便携式结构。其电路特征是在电源适配器基础上集成了电池充电电路，并配合相应的结构和电池仓设计，可直接对电池进行充电，同时也可作为电源适配器使用、对手机等数码产品的机内电池进行充电；还可扩展具有手电照明和应急电源功能；结构简洁、功能实用、携带方便，可作为手机等数码产品的便携式多功能充电器使用。
文档编号H01M10/44GK201466747SQ20092005370
公开日2010年5月12日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者郭春陵 申请人:郭春陵