一种小型可充电的双极性直流电源输出装置的制作方法

本实用新型属于直流电源技术领域，具体涉及一种小型可充电的双极性直流电源输出装置。

背景技术：

直流输出电源在电源领域有着广泛的应用，目前常见的直流输出电源多是通过将交流电整流输出而得到的。通过这种方式获得的直流电都是在线式的，装置较大，不方便携带并且不能户外使用。而另一种移动电源类的直流电源装置无法实现输出正负两种电压，并且输出功率不可调，这使得相应直流输出装置的应用范围受到限制。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种小型可充电的双极性直流电源输出装置。

本实用新型的技术方案是：

一种小型可充电的双极性直流电源输出装置，包括：整流滤波电路、降压电路、稳压电路、智能充电电路、备用电源、电源电量监测电路、高频PWM波发生器、驱动电路、倍压电路、单端反激电路、电源双向选择电路和单片机主控单元；

所述整流滤波电路的输入端连接220V市电，所述整流滤波电路的输出端连接降压电路的输入端，所述降压电路的输出端连接稳压电路的输入端，所述稳压电路的输出端分别连接智能充电电路的输入端和电源双向选择电路的输入端，所述智能充电电路的另一输入端连接单片机主控单元，所述智能充电电路的输出端连接备用电源的输入端，所述备用电源的输出端分别连接电源电量监测电路的输入端和电源双向选择电路的输入端，所述电源电量监测电路的输出端接单片机主控单元的输入端，所述单片机主控单元的输出端连接驱动电路的输入端，所述驱动电路的输出端连接倍压电路的输入端，所述电源双向选择电路输出端连接单端反激电路的输入端，所述高频PWM波发生器的输出端连接单端反激电路的另一输入端，所述单端反激电路的输出端连接倍压电路的输入端和负载，所述倍压电路的输出端连接负载。

该装置还包括LCD显示屏，所述LCD显示屏的输入端连接单片机主控单元的输出端。

所述单端反激电路，包括：第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第一电解电容、第二电解电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、N沟道MOSFET和变压器；

所述电源双向选择电路的输出端连接变压器的第一原边绕组和第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极分别连接变压器的第二原边绕组、N沟道MOSFET的漏极和第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接N沟道MOSFET的源极，所述N沟道MOSFET的源极还连接第二电阻的一端和第二电容的一端，所述第二电阻的另一端连接第二电容的另一端并接至地，所述N沟道MOSFET的栅极连接第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接高频PWM波发生器的输出端；所述变压器的第一副边绕组连接第三二极管的阴极和倍压电路的输入端，所述第三二极管的阳极连接第一电解电容的负极和第五二极管的阳极并输出-12V至负载，所述第一电解电容的正极和第五二极管的阴极连接变压器的第二副边绕组、第二电解电容的负极、第六二极管的阳极并接至GND和倍压电路的输入端，所述变压器的第三副边绕组连接第四二极管的阳极和倍压电路的输入端，所述第四二极管的阴极连接第二电解电容的正极和第六二极管的阴极并输出+12V至负载。

所述电源双向选择电路，包括：第七二极管和第八二极管；

所述第七二极管的阳极连接稳压电路的输出端，所述第八二极管的阳极连接备用电源的输出端，所述第七二极管的阴极分别连接第八二极管的阴极和单端反激电路的输入端。

该装置还包括按键电路，所述按键电路包括：第一按键、第二按键、第三按键、第五电容、第六电容、第七电容、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第三电阻和第四电阻并联，第三电阻和第四电阻并联的一端连接5V电源，第三电阻和第四电阻并联的另一端连接第一按键和第五电容并联的一端，并作为第一输出端连接至单片机主控单元，第一按键和第五电容并联的另一端接地；所述第五电阻和第六电阻并联，第五电阻和第六电阻并联的一端连接5V电源，第五电阻和第六电阻并联的另一端连接第二按键和第六电容并联的一端，并作为第二输出端连接至单片机主控单元，第二按键和第六电容并联的另一端接地；所述第七电阻和第八电阻并联，第七电阻和第八电阻并联的一端连接5V电源，第七电阻和第八电阻并联的另一端连接第三按键和第七电容并联的一端，并作为第三输出端连接至单片机主控单元，第三按键和第七电容并联的另一端接地。

所述负载为小功率直流用电设备。

所述备用电源采用超级电容或锂电池；

所述倍压电路，包括：二倍压电路和三倍压电路。

所述电源电量监测电路，包括：第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和比较器；

所述第十电阻的一端连接备用电源正输出端，所述第十电阻的另一端连接第九电阻的一端和比较器的正输入端，所述第九电阻的另一端连接备用电源的负输出端和地，所述比较器的负输入端连接4V电源，所述比较器的正电源端连接第十二电阻的一端和VCC，所述比较器的负电源端连接第十一电阻的一端，所述第十一电阻的另一端、第十二电阻的另一端和比较器的输出端连接单片机主控单元。

所述智能充电电路，包括：充电管理芯片、P沟道MOSFET、第八电容、第九电容、第十三电阻，第十四电阻、第一发光二极管和第二发光二极管；

所述P沟道MOSFET的漏极连接稳压电路，所述P沟道MOSFET的源极连接第十三电阻的一端、第九电容的一端和充电管理芯片的电源端，所述P沟道MOSFET的栅极连接单片机主控单元，所述第九电容的另一端接地，所述第十三电阻的另一端连接第一发光二级管的阳极和第二发光二极管的阳极，所述第一发光二极管的阴极连接充电管理芯片的漏极开路输出的充电状态指示端，第二发光二极管的阴极连接充电管理芯片的电池充电完成指示端，所述第九电容的另一端接地，所述充电管理芯片的一个充电电流输出端连接第八电容的一端和备用电源的输入端，所述充电管理芯片的另一个充电电流输出端连接第十四电阻的一端，所述第十四电阻的另一端和第八电容的另一端连接备用电源的输入端和地。

所述LCD显示屏为电容式多点触摸屏，所述按键和LCD显示屏为双线操作。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出一种小型可充电的双极性直流电源输出装置，该装置可以实现正负两种电压输出，输出幅值包括正负12V、正负24V和正负36V，并且根据需要可以改变输出幅值的大小，该装置实现在线离线两种工作模式，即室内情况下，220V市电通过装置内部的整流滤波电路、降压电路和稳压电路输出稳定的直流电，同时，通过市电可以给装置内部的备用电源充电，而在户外情况下可以通过装置内部的备用电源输出稳定的直流电，并且装置为小型装置，具有方便携带、成本低、方便经济、灵活可靠、用途广泛的目的。该装置的显示模块为LCD触摸显示屏，可以实时显示装置的工作状态、备用电源电量以及输出幅值大小相位并进行相关操作，同时该装置可以通过按键来选择电压输出幅值，确保了装置的选择性和可操作性。并且本装置可以根据用电负载的功率大小，自适应的改变输出电流大小，加大了装置的应用性。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式中小型可充电的双极性直流电源输出装置的框图；

图2为本实用新型具体实施方式中单端反激电路的电路图；

图3为本实用新型具体实施方式中电源双向选择电路的电路图；

图4为本实用新型具体实施方式中按键电路的电路图；

图5为本实用新型具体实施方式中电源电量监测电路的电路图；

图6为本实用新型具体实施方式中智能充电电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施方式加以详细的说明。

一种小型可充电的双极性直流电源输出装置，如图1所示，包括：整流滤波电路、降压电路、稳压电路、智能充电电路、备用电源、电源电量监测电路、高频PWM波发生器、驱动电路、倍压电路、单端反激电路、电源双向选择电路和单片机主控单元，还包括LCD显示屏和按键电路。

整流滤波电路的输入端连接220V市电，整流滤波电路的输出端连接降压电路的输入端，降压电路的输出端连接稳压电路的输入端，稳压电路的输出端分别连接智能充电电路的输入端和电源双向选择电路的输入端，智能充电电路的另一输入端连接单片机主控单元，智能充电电路的输出端连接备用电源的输入端，备用电源的输出端分别连接电源电量监测电路的输入端和电源双向选择电路的输入端，电源电量监测电路的输出端接单片机主控单元的输入端，单片机主控单元的输出端连接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接倍压电路的输入端，电源双向选择电路输出端连接单端反激电路的输入端，高频PWM波发生器的输出端连接单端反激电路的另一输入端，单端反激电路的输出端连接倍压电路的输入端和负载，倍压电路的输出端连接负载。

本实施方式中，单端反激电路，如图2所示，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第一电解电容C3、第二电解电容C4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、N沟道MOSFET Q1和变压器T1。

本实施方式中，电源双向选择电路的输出端连接变压器T1的1引脚和第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极分别连接变压器T1的2引脚、N沟道MOSFET Q1的漏极D和第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极连接N沟道MOSFET Q1的源极S，N沟道MOSFET Q1的源极S还连接第二电阻R2的一端和第二电容C2的一端，第二电阻R2的另一端连接第二电容C2的另一端并接至地，N沟道MOSFET Q1的栅极G连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接高频PWM波发生器的输出端。变压器T1的3引脚连接第三二极管D3的阴极和倍压电路的输入端，第三二极管D3的阳极连接第一电解电容C3的负极和第五二极管D5的阳极并输出-12V至负载，第一电解电容C3的正极和第五二极管D5的阴极连接变压器T1的4引脚、第二电解电容C4的负极、第六二极管D6的阳极并接至GND和倍压电路的输入端，变压器T1的5引脚连接第四二极管D4的阳极和倍压电路的输入端，第四二极管D4的阴极连接第二电解电容C4的正极和第六二极管D6的阴极并输出+12V至负载。

本实施方式中，变压器T1的2引脚、3引脚和4引脚为同名端。

本实施方式中，单片机主控单元采用PIC32MX795F512L的单片机，用于读取电源电量监测电路采集的备用电源的电量，当备用电源电量小于电源最低阈值时，发送控制信号至智能充电电路，控制智能充电电路对备用电源充电，同时根据按键电路的输入信号控制驱动电路和倍压电路获得正负12V、正负24V和正负36V输出至负载。

本实施方式中，LCD显示屏的输入端连接单片机主控单元的输出端。

本实施方式中，电源双向选择电路，如图3所示，包括：第七二极管D7和第八二极管D8。

第七二极管D7的阳极连接稳压电路的输出端，所述第八二极管D8的阳极连接备用电源的输出端，所述第七二极管D7的阴极分别连接第八二极管D8的阴极和单端反激电路的输入端。

本实施方式中，按键电路如图4所示，包括：第一按键K1、第二按键K2、第三按键K3、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8。

本实施方式中，第三电阻R3和第四电阻R4并联，第三电阻R3和第四电阻R4并联的一端连接5V电源，第三电阻R3和第四电阻R4并联的另一端连接第一按键K1和第五电容C5并联的一端，并作为输出KeyInl连接至单片机主控单元，第一按键K1和第五电容C5并联的另一端接地；第五电阻R5和第六电阻R6并联，第五电阻R5和第六电阻R6并联的一端连接5V电源，第五电阻R5和第六电阻R6并联的另一端连接第二按键K2和第六电容C6并联的一端，并作为输出KeyIn2连接至单片机主控单元，第二按键K2和第六电容C6并联的另一端接地；第七电阻R7和第八电阻R8并联，第七电阻R7和第八电阻R8并联的一端连接5V电源，第七电阻R7和第八电阻R8并联的另一端连接第三按键K3和第七电容C7并联的一端，并作为输出KeyIn3连接至单片机主控单元，第三按键K3和第七电容C7并联的另一端接地。

本实施方式中，负载为小功率直流用电设备。

本实施方式中，备用电源采用超级电容或锂电池。

本实施方式中，倍压电路包括二倍压电路和三倍压电路。

本实施方式中，LCD显示屏为电容式多点触摸屏，按键和LCD显示屏为双线操作。

本实施方式中，电源电量监测电路，如图5所示，包括：第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12和比较器U3。

第十电阻R10的一端连接备用电源正输出端V_BOUT，第十电阻R10的另一端连接第九电阻R9的一端和比较器U3的正输入端，第九电阻R9的另一端连接备用电源的负输出端和地，比较器U3的负输入端连接4V电源，比较器U3的正电源端连接第十二电阻R12的一端和VCC，比较器U3的负电源端连接第十一电阻R11的一端，第十一电阻R11的另一端、第十二电阻R12的另一端和比较器U3的输出端V_BCheck连接单片机主控单元。

本实施方式中，智能充电电路，如图6所示，包括充电管理芯片TP4057、P沟道MOSFET Q2、第八电容C8、第九电容C9、第十三电阻R13，第十四电阻R14、第一发光二极管D9和第二发光二极管D10；

P沟道MOSFET Q2的漏极连接稳压电路，P沟道MOSFET Q2的源极连接第十三电阻R13的一端、第九电容C9的一端和充电管理芯片TP4057的电源端，P沟道MOSFET Q2的栅极连接单片机主控单元，第九电容C9的另一端接地，第十三电阻R13的另一端连接第一发光二级管的阳极和第二发光二极管D10的阳极，第一发光二极管D9的阴极连接充电管理芯片TP4057的1引脚，第二发光二极管D10的阴极连接充电管理芯片TP4057的5引脚，第九电容C9的另一端接地，充电管理芯片TP4057的3引脚连接第八电容C8的一端和备用电源的输入端，充电管理芯片TP4057的6引脚连接第十四电阻R14的一端，第十四电阻R14的另一端和第八电容C8的另一端连接备用电源的输入端和地。

上述小型可充电的双极性直流电源输出装置的工作原理如下所述：

该装置根据用户需要输出相应幅值的正负直流电，当装置在室内使用时，接入220V市电，通过装置内部的整流滤波电路、降压电路和稳压电路输出稳定的直流电，该直流电经过电源双向选择电路输出至变压器，同时高频PWM波发生器输出高频PWM波来控制变压器通断，实现直流变换成脉冲波传输到变压器副边，并由变压器副边侧的电容储能放电重新得到稳定的直流电，达到直流变换直流的目的，并且获得正负两种直流电。同时根据用户需求可以通过驱动电路和倍压电路放大装置电压输出，即获得正负12V、正负24V和正负36V，并且可以改变变压器原副边匝数比来获得其他幅值的电压。装置同时监测备用电源电量反馈给单片机主控单元，当电量不足时，给备用电源进行充电。当用户在户外，尤其是在无法连接市电的地方，该装置可以通过内部的备用电源进行放电工作，增加该装置的应用性，为用户正常使用或者进行实验操作提供了极大的方便。