具有mppt功能的便携式太阳能移动电源的制作方法
【专利摘要】本发明涉及具有MPPT功能的便携式太阳能移动电源，整机电路中，MPPT充电管理电路分别与太阳能电池板、锂电池保护电路连接，锂电池保护电路还分别与锂电池、升压电路连接，升压电路输出端经过流保护电路连接USB接口；壳体包括上盖和下盖，在上盖与下盖形成的空腔内收纳有聚合物锂电池和主控PCB电路板，上盖边缘设有标准的USB接口，对外输出提供5V/1A电源，上盖还设有电量显示按键孔位、四个电量指示LED灯和充电指示灯的孔位，下盖有固定螺丝位，用以固定上盖和下盖；优点是：整机电路利用最大功率跟踪技术，提高了太阳能电池板给太阳能移动电源的充电效率；防止因IC的工作电流引起移动电源电量自损失现象；保护电路解决了太阳能移动电源的过充、过放、短路、过流问题。
【专利说明】具有MPPT功能的便携式太阳能移动电源
【技术领域】
[0001]本发明涉及便携式移动电源，特别涉及一种具有MPPT功能的便携式太阳能移动电源。
[0002]该移动电源可通过太阳能电池板为其补充电能，通过内置的聚合物锂电池保存由太阳能电池板转换的这些能量。该移动电源还提供标准的USB接口，提供5V/1A的对外输出能力。能随时随地的通过USB接口为其它便携式数码产充电。
【背景技术】
[0003]随着人们生活水平的不断提高，便携式的数码产品在种类和数量上都越来越多，如手机、平板电脑、数码相机、医疗保健设备等。这些设备都要用到电池，但这些设备的内置电池总会因为容量太小而不能满足长时间的使用。当出差或旅游时又是这些设备经常在关键时刻电池没有电了，特别是在手机正在打电话时和数码相机正在拍照时。而也不可能把每种设备都配一个备用电池，成本高而且也不方便。基于此，移动电源应运而生。
[0004]市面上现有的移动电源产品容量可以做的比较高，单机容量可达2500mAh到12000mAh，一般采用聚合物锂离子电芯，普通移动电源的容量和体积成正比。容量再大的移动电源，如果不及时补充电能，由锂电池保存的电能也会用完。如果利用太阳能为移动电源续航，就可避免由于内部锂离子电池没电而造成移动电源无法使用的问题。如果利用太阳能电池板来收集太阳能转换为电能，直接把电能输入到移动电源的充电端，会由于移动电源充电端的输入阻抗和太阳能电池板的输出阻抗不匹配造成太阳能的利用率很低。太阳能电池板的输出阻抗又随着光照的强度和输出电压的变化而变化。
[0005]所以如果研制太阳能移动电源就必须采用一种新型方法提高太阳能电池板的利用效率，这就是MPPT最大功率跟踪技术。普通移动电源都会有自放电现象，不给其他数码产品充电，自身的电量也会随着时间而减小，这是由于DC-DC升压IC的静态工作电流引起的，所以为了提高移动电源的空载保持能力就必须采用高性能的升压电源管理技术。
[0006]除了应具备高性能的升压电源管理技术，移动电源的安全性也是研制太阳能移动电源应该受到重视的问题。移动电源在内部一定要具备:过充、过放、短路、过流等保护措施。
[0007]目前，国内尚无此类技术应用，也未见文献报道，如何解决这个问题就成为了本领域的技术人员所要研究和解决的课题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的就是为克服现有技术的不足，提供一种具有MPPT功能的便携式太阳能移动电源的技术方案，通过最大功率跟踪技术的原理和最大功率跟踪的电路结构，采用一种新型方法匹配太阳能电池板和移动电源充电端的阻抗，以提高太阳能电池板给太阳能移动电源的充电效率，提高太阳能移动电源的便携性和实用性。
[0009]本发明是通过这样的技术方案实现的:具有MPPT功能的便携式太阳能移动电源，其特征在于，整机电路包括MPPT充电管理电路、锂电池保护电路、升压电路、过流保护电路和电量显示电路；
MPPT充电管理电路分别与太阳能电池板、锂电池保护电路连接，锂电池保护电路还分别与锂电池、升压电路连接；升压电路输出端与过流保护电路连接，过流保护电路连接USB接口 ；
所述MPPT充电管理电路由锂电池充电管理芯片CN3065及其外围电路组成；
所述锂电池保护电路由单节锂电保护IC芯片S8261及其外围电路组成；
所述升压电路由具有PWM/PFM切换功能的升压型DC/DC控制器ME2109组成；
所述过流保护电路由负载开关MXT1610及其外围电路组成。
[0010]整机电路安装在壳体内，壳体包括上盖和下盖，在上盖与下盖形成的空腔内收纳有聚合物锂电池和主控PCB电路板，上盖边缘设有标准的USB接口，对外输出提供5V/1A电源，上盖还设有电量显示按键孔位、四个电量指示LED灯和充电指示灯的孔位，下盖有固定螺丝位，用以固定上盖和下盖。
[0011]本发明有益效果:通过设计新型壳体外形结构，提高太阳能移动电源的便携性和实用性；整机电路利用最大功率跟踪技术，提高了太阳能电池板给太阳能移动电源的充电效率；采用了由PWM/PFM切换控制电路构成的CMOS升压DC/DC控制器解决了升压IC静态工作电流大的问题，可以防止因IC的工作电流引起移动电源电量自损失现象；同时添加了保护电路解决了太阳能移动电源的过充、过放、短路、过流问题。
[0012]本发明对太阳能移动电源的设计具有很好的参考意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1、本发明的电路结构框图；
图2、MPPT充电管理电路图；
图3、锂电池保护电路图；
图4、升压电路图；
图5、过流保护电路图；
图6、电量显示电路图。
【具体实施方式】
[0014]为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明:
实施例:如图1至图6所示，具有MPPT功能的便携式太阳能移动电源，整机电路包括MPPT充电管理电路、锂电池保护电路、升压电路、过流保护电路和电量显示电路；
MPPT充电管理电路分别与太阳能电池板、锂电池保护电路连接，锂电池保护电路还分别与锂电池、升压电路连接；升压电路输出端与过流保护电路连接，过流保护电路连接USB接口 ；锂电池连接电量显示电路；
MPPT充电管理电路由锂电池充电管理芯片CN3065及其外围电路组成；
锂电池保护电路由单节锂电保护IC芯片S8261及其外围电路组成；
升压电路由具有PWM/PFM切换功能的升压型DC/DC控制器ME2109组成；
过流保护电路由负载开关MXT1610及其外围电路组成；如图2所示，锂电池充电管理芯片CN3065是MPPT充电管理电路的核心，它采用线性电源的工作模式，内部包括功率晶体管。内部的模拟-数字转换电路，能够根据输入太阳能电池板的电流输出能力自动调整输入端阻抗，从而自动调整充电电流，可最大限度地利用输入太阳能电池板的电流输出能力，提高充电效率。
[0015]锂电池充电管理芯片CN3065的第4管脚经过端口 Jl接太阳能电池板，端口 J2接锂电池保护电路的输出端，通过端口 J2对锂电池进行充电，充电截止电压为4.2V ;电阻R4是恒流充电电流的设置电阻，其计算公式为Ich = 1800V/R4 ;锂电池充电管理芯片CN3065的第6管脚和第7管脚分别接充电完成指示灯和正在充电指示灯，其中充电完成指示灯是红色LED，正在充电指示灯是绿色LED，这两个LED是封装在一起的，共用阳极，在壳体上盖为这两个共阳极LED预留有一个孔位。
[0016]如图3所示，锂电池保护电路采用了单节锂电保护IC芯片S8261，单节锂电保护IC芯片S8261的第5管脚、第6管脚经端口 J3接锂电池，端口 J4是锂电池的保护输出，通过端口 J4可以对锂电池进行充电，同时锂电池也是通过端口 J4对外放电。芯片S8261内部集成电压比较器，当电池电压低于最低电压时，通过芯片S8261的第I管脚控制MOS管Q3ME9926的栅极，从而使MOS管关断，隔离了电池与锂电池保护电路输出的地。杜绝了因锂电池深度放电而导致的永久损坏现象，提高了移动电源的寿命。
[0017]如图4所示，升压电路设计采用了由PWM/PFM切换控制电路构成的CMOS升压DC/DC控制器ME2109，在负载较轻时，将工作状态切换为占空比为15%的PFM控制电路，可以防止因DC-DC升压IC的工作电流引起的移动电源电量自损失现象。升压型DC/DC控制器ME2109的第2管脚、第3管脚经端口 J4接锂电池保护输出端，端口 J6是升压电路的输出，电阻R9、RlO用来调整电路的输出电压，输出电压是5V，电容C5、C6和C7用来消除开关电源的输出纹波电压和尖峰噪声，使输出稳定。
[0018]如图5所示，过流保护电路中，负载开关MXT1610第4管脚、第5管脚短接后连接端口 J7，经端口 J7连接升压电路的输出端，负载开关芯片MXT1610第I管脚、第3管脚连接端口 J8，端口 J8为USB接口，对外提供5V/1A的带载能力，使用负载开关芯片MXT1610接在本发明的输出端，其中电阻RU是过流保护允许的最大电流的设置电阻，当发生输出过流、短路现象时，负载开关芯片MXT1610内部的MOS管能自动关闭，从而断开了升压电路输出端和本发明的USB输出端所连接的负载，起到了过流和短路保护作用。
[0019]根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
【权利要求】
1.具有MPPT功能的便携式太阳能移动电源，其特征在于，整机电路包括MPPT充电管理电路、锂电池保护电路、升压电路、过流保护电路和电量显示电路；MPPT充电管理电路分别与太阳能电池板、锂电池保护电路连接，锂电池保护电路还分别与锂电池、升压电路连接；升压电路输出端与过流保护电路连接，过流保护电路连接USB接口 ；所述MPPT充电管理电路由锂电池充电管理芯片CN3065及其外围电路组成；所述锂电池保护电路由单节锂电保护IC芯片S8261及其外围电路组成；所述升压电路由具有PWM/PFM切换功能的升压型DC/DC控制器ME2109组成；所述过流保护电路由负载开关MXT1610及其外围电路组成；整机电路安装在壳体内，壳体包括上盖和下盖，在上盖与下盖形成的空腔内收纳有聚合物锂电池和主控PCB电路板，上盖边缘设有标准的USB接口，对外输出提供5V/1A电源，上盖还设有电量显示按键孔位、四个电量指示LED灯和充电指示灯的孔位，下盖有固定螺丝位，用以固定上盖和下盖。
2.如权利要求1所述的具有MPPT功能的便携式太阳能移动电源，其特征在于，锂电池充电管理芯片CN3065的第4管脚经过端口 Jl接太阳能电池板，端口 J2接锂电池保护电路的输出端，通过端口 J2对锂电池进行充电，充电截止电压为4.2V ;电阻R4是恒流充电电流的设置电阻，其计算公式为Ich = 1800V/R4 ;锂电池充电管理芯片CN3065的第6管脚和第7管脚分别接充电完成指示灯和正在充电指示灯，其中充电完成指示灯是红色LED，正在充电指示灯是绿色LED，这两个LED是封装在一起的，共用阳极，在壳体上盖为这两个共阳极LED预留有一个孔位。
3.如权利要求1所述的具有MPPT功能的便携式太阳能移动电源，其特征在于，单节锂电保护IC芯片S8261的第5管脚、第6管脚经端口 J3接锂电池，端口 J4是锂电池的保护输出，通过端口 J4可以对锂电池进行充电，同时锂电池也是通过端口 J4对外放电。
4.如权利要求1所述的具有MPPT功能的便携式太阳能移动电源，其特征在于，所述升压电路中，升压型DC/DC控制器ME2109的第2管脚、第3管脚经端口 J4接锂电池保护输出端，端口 J6是升压电路的输出，电阻R9、RlO用来调整电路的输出电压，输出电压是5V，电容C5、C6和C7用来消除开关电源的输出纹波电压和尖峰噪声，使输出稳定。
5.如权利要求1所述的具有MPPT功能的便携式太阳能移动电源，其特征在于，过流保护电路中，负载开关MXT1610第4管脚、第5管脚短接后连接端口 J7，经端口 J7连接升压电路的输出端，负载开关芯片MXT1610第I管脚、第3管脚连接端口 J8，端口 J8为USB接口，对外提供5V/1A的带载能力，使用负载开关芯片MXT1610接在本发明的输出端，其中电阻Rll是过流保护允许的最大电流的设置电阻，当发生输出过流、短路现象时，负载开关芯片MXT1610内部的MOS管能自动关闭，从而断开了升压电路输出端和本发明的USB输出端所连接的负载，起到过流和短路保护作用。
【文档编号】H02H7/18GK103607021SQ201310640572
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】王金林, 张文博, 杨啸宇, 姜海, 周陆, 王莉, 谷云龙, 石慧 申请人:天津中环创新科技有限公司