带通信功能的双向升降压移动电源的制作方法

本实用新型涉及一种移动电源，尤其涉及一种带通信功能的双向升降压的移动电源。

背景技术：

现有的移动电源，如手机充电用移动电源，常见形式如图1所示，由于常见的电池电源（即锂电池）为3.7V，而充放电电压在5V左右，因此通常在充电电路中选择降压型电路，而放电口采用升压型电路。图1为现有的移动电源电气示意图，现有的移动电源包括电池电芯1、降压电路2、充电口3、控制器4、手动控制开关5、升压电路6、放电口7，充电口3经降压电路2给电池电芯1充电，电池电芯1经升压电路6给放电口7进行放电，通过手动控制开关5给控制器4信号，控制器4控制降压电路2或升压电路6进行充电模式或放电模式控制。

因此现有的移动电源存在多个接口，且充放电电压皆无法低于电池电芯电压，例如：充电接口一个，各种电压等级的接口各需要一个。而目前市场上未见一种能将所有接口统一为一个接口的移动电源，该接口可实现多种电压级别的充放电功能。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种带通信功能的双向升降压移动电源，该移动电源采用一个接口与外部连接，并采用NFC近场通信技术，实现连接对象和连接后功能的选择，进行多种电压级别的充放电。

为了实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种带通信功能的双向升降压移动电源，包括电池电芯、双向DC-DC电路、控制器、存储器、USB接口、NFC模块；

所述电池电芯为可充电电池，电池电芯经双向DC-DC电路与外置USB接口连接；

所述控制器测量电池电芯电压与USB接口处的电压，控制器连接存储器，控制器控制双向DC-DC电路的开关管状态，控制选择对电池电芯进行充电模式或放电模式；

所述存储器记录当前移动电源的工作状态，NFC模块用于读写存储器，并与外部设备进行通信。

所述控制器选择放电模式时，USB接口外接多用途充电头，电能从电池电芯释放经双向DC-DC电路向USB接口输送。

所述双向DC-DC电路包括：开关管、二极管、电容、电感、若干个接口，所述开关管为场效应管，接口P3接在电池电芯上，接口P4接在USB接口上，接口P5为控制器的控制信号接口；

电容C7并接在电源电芯正极和负极端，电源电芯正极并接二极管D4阴极和开关管Q1漏极，开关管Q1源极并接电感L1和二极管D2阴极，开关管Q1栅极作为K1，K1连接于控制器的控制信号接口P5；

二极管D2阳极接电源电芯负极；二极管D4阳极并接电感L2和开关管Q3漏极，开关管Q3源极接电源电芯负极，开关管Q3栅极作为K3，K3连接于控制器的控制信号接口P5；

电感L1另一端并接二极管D1阳极和开关管Q2漏极，开关管Q2源极接电源电芯负极，开关管Q2栅极作为K2，K2连接于控制器的控制信号接口P5；

电感L2另一端并接二极管D3阴极和开关管Q4源极，开关管Q4漏极接USB接口正极，开关管Q4栅极作为K4，K4连接于控制器的控制信号接口P5；

二极管D3阳极接电源电芯负极；二极管D1阴极接USB接口正极，电容C8并接在USB接口正极和负极端，USB接口负极接电源电芯负极。

所述控制器选择充电模式，当充电升压时，控制器控制开关管Q1的K1和开关管Q2的K2开路，开关管Q4的K4闭路，则开关管Q3的K3、二极管D4、电感L2、电容C7构成升压电路，电能从接口P4至接口P3流动。

所述控制器选择充电模式，当充电降压时，控制器控制开关管Q1的K1、开关管Q2和K2和开关管Q3的K3开路，则开关管Q4的K4、二极管D3、电感L2、电容C7构成降压电路，电源从接口P4至接口P3流动。

所述控制器选择放电模式，当放电升压时，控制器控制开关管Q3的K3和开关管Q4的K4开路，开关管Q1的K1闭路，则开关管Q2的K2、二极管D1、电感L1、电容C8构成升压电路，电源从接口P3至接口P4流动。

所述控制器选择放电模式，当放电降压时，控制器控制开关管Q2的K2、开关管Q3的K3和开关管Q4的K4开路，则开关管Q1的K1、二极管D2、电感L1、电容C8构成降压电路，电源从接口P3至接口P4流动。

NFC通信模块电路包括：RF天线、NFC芯片U2、电容、电阻、接口P1和接口P2，接口P2为供电接口，接口P1为通信接口；

所述接口P1有四根信号线分别为：SCL、SDA、GPO、RF_DIS，SCL与SDA构成I2C通信接口与控制器相连实现数据内容的通信；GPO与控制器相连，用于告知当前RF天线是否有信号接收到；RF_DIS与控制器相连，控制器通过该信号线启用或者禁用天线功能；

电容C2、C3、C4、C5、C6用于RF天线与NFC芯片U２的阻抗匹配，电容C1为NFC芯片U２的电源滤波电容，电阻R2、R3、R4为NFC芯片U２的GPO、SCL、SDA管脚的上拉电阻，电阻R1为RF_DIS管脚的下拉电阻。

本实用新型带通信功能的双向升降压移动电源采用一个接口与外部连接，并采用NFC近场通信技术，实现连接对象和连接后功能的选择，进行多种电压级别的充放电。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：

1、移动电源接口简化，不论面对多个充放电对象，还是单一充放电对象的不同功能，仅设一个接口；

2、采用NFC近场通信技术，实现连接对象、连接后功能的选择；

3、可借助手机这一移动端，方便的融合NFC近场通信，方便手机用户采用本实用新型的移动电源。

4、充电电压范围灵活，可以低于电池电压。

附图说明

图1为现有的移动电源电气示意图；

图2为本实用新型带通信功能的双向升降压移动电源电气示意图；

图3为本实用新型的双向DC-DC电路示意图；

图4为本实用新型的NFC模块与存储器电路示意图。

图中：1电池电芯，2降压电路，3充电口，4控制器，5手动控制开关，6升压电路，7放电口；11双向DC-DC电路，12控制器，13存储器，14USB接口，15 NFC模块，16多用途充电头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图2，一种带通信功能的双向升降压移动电源，包括电池电芯1、双向DC-DC电路11、控制器12、存储器13、USB接口14、NFC模块15和多用途充电头；

所述电池电芯1为可充电电池，电池电芯1经双向DC-DC电路11与外置USB接口14连接。

所述控制器12测量电池电芯1电压与USB接口14处的电压，控制器12连接存储器13，控制器12控制双向DC-DC电路11的开关管状态，控制选择对电池电芯1进行充电模式或放电模式。

所述存储器13记录当前移动电源的工作状态，NFC模块15用于读写存储器13，并与外部设备进行通信。

近场通信(Near Field Communication，NFC)是一种短距高频的无线电技术，NFC近场通信技术是由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。

所述控制器12选择放电模式时，USB接口14外接多用途充电头16，电能从电池电芯1释放经双向DC-DC电路11向USB接口14输送。

参见图3，所述双向DC-DC电路包括：4个开关管、4个二极管、2个电容、2个电感、若干个接口，所述开关管为场效应管，接口P3接在电池电芯1上，接口P4接在USB接口14上，接口P5为控制器12的控制信号接口。

电容C7并接在电源电芯正极和负极端，电源电芯正极并接二极管D4阴极和开关管Q1漏极，开关管Q1源极并接电感L1和二极管D2阴极，开关管Q1栅极作为K1，K1连接于控制器的控制信号接口P5；

二极管D2阳极接电源电芯负极；二极管D4阳极并接电感L2和开关管Q3漏极，开关管Q3源极接电源电芯负极，开关管Q3栅极作为K3，K3连接于控制器的控制信号接口P5；

电感L1另一端并接二极管D1阳极和开关管Q2漏极，开关管Q2源极接电源电芯负极，开关管Q2栅极作为K2，K2连接于控制器的控制信号接口P5；

电感L2另一端并接二极管D3阴极和开关管Q4源极，开关管Q4漏极接USB接口正极，开关管Q4栅极作为K4，K4连接于控制器的控制信号接口P5；

二极管D3阳极接电源电芯负极；二极管D1阴极接USB接口正极，电容C8并接在USB接口正极和负极端，USB接口负极接电源电芯负极。

控制器12控制双向DC-DC电路11的开关管状态，控制选择对电池电芯1进行充电模式或放电模式，可以有四种电路模式，分别为：充电升压，充电降压，放电升压，放电降压。

所述控制器选择充电模式，当充电升压时，控制器控制开关管Q1的K1和开关管Q2的K2开路，开关管Q4的K4闭路，则开关管Q3的K3、二极管D4、电感L2、电容C7构成升压电路，电能从接口P4至接口P3流动。此时当开关管Q3的K3导通时，电感L2充电，电容C7放电；当开关管Q3的K3断开时，则接口P4电压与电感L2同时为接口P3供电并为电容C7充电，以实现升压的作用，设开关管Q3的K3占空比为Dy，接口P4电压为Ui，接口P3电压为Uo，则有：Uo = Ui（1/1-Dy）。

所述控制器选择充电模式，当充电降压时，控制器控制开关管Q1的K1、开关管Q2和K2和开关管Q3的K3开路，则开关管Q4的K4、二极管D3、电感L2、电容C7构成降压电路，电源从接口P4至接口P3流动。此时当开关管Q4的K4导通时，接口P4为接口P3供电并为电感L2与电容C7充电；当开关管Q4的K4断开时，则电感L2与电容C7同时为P3供电，以实现降压的作用，设开关管Q4的K4占空比为Dy，接口P4电压为Ui，接口P3电压为Uo，则有：Uo = Ui*Dy。

所述控制器选择放电模式，当放电升压时，控制器控制开关管Q3的K3和开关管Q4的K4开路，开关管Q1的K1闭路，则开关管Q2的K2、二极管D1、电感L1、电容C8构成升压电路，电源从接口P3至接口P4流动。此时当开关管Q2的K2导通时，电感L1充电，电容C8放电；当开关管Q2的K2断开时，则接口P3电压与电感L1同时为接口P4供电并为电容C8充电，以实现升压的作用，设开关管Q2的K2占空比为Dy，接口P3电压为Ui，接口P4电压为Uo，则有：Uo = Ui（1/1-Dy）。

所述控制器选择放电模式，当放电降压时，控制器控制开关管Q2的K2、开关管Q3的K3和开关管Q4的K4开路，则开关管Q1的K1、二极管D2、电感L1、电容C8构成降压电路，电源从接口P3至接口P4流动。此时当开关管Q1的K1导通时，接口P3为接口P4供电并为电感L1与电容C8充电；当开关管Q1的K1断开时，则电感L1与电容C8同时为接口P4供电，以实现降压的作用，设开关管Q1的K1占空比为Dy，接口P3电压为Ui，接口P4电压为Uo；则有：Uo = Ui*Dy。

参见图4，NFC通信模块电路包括：RF天线、NFC芯片U2、电容、电阻、接口P1和接口P2，接口P2为供电接口，接口P1为通信接口。NFC芯片U2型号为M24SR。

所述接口P1有四根信号线分别为：SCL、SDA、GPO、RF_DIS，SCL与SDA构成I2C通信接口与控制器12相连实现数据内容的通信；GPO与控制器12相连，用于告知当前RF天线是否有信号接收到；RF_DIS与控制器12相连，控制器12通过该信号线启用或者禁用天线功能。其中，I2C（Inter－Integrated Circuit）总线是用于连接控制器及其外围设备，串行数据（SDA）和串行时钟（SCL）线在连接到总线的器件间传递信息。

电容C2、C3、C4、C5、C6用于RF天线与NFC芯片U２的阻抗匹配，电容C1为NFC芯片U２的电源滤波电容，电阻R2、R3、R4为NFC芯片U２的GPO、SCL、SDA管脚的上拉电阻，电阻R1为RF_DIS管脚的下拉电阻。

本实用新型带通信功能的双向升降压移动电源的工作流程是：参见图2，

首先由外部移动设备设定移动电源的工作模式，外部移动设备通过NFC模块15进行通信并写入存储器13中，控制器12通过读取工作模式数据来控制双向DC-DC电路11处于充电状态或者放电状态。外部移动设备可为手机。

第二，当充电状态时，电能通过USB接口14流向双向DC-DC电路11最后充入电池电芯1；当放电状态时，选择合适的多用途充电头16安装到USB接口14上，电能从电池电芯1中释放出来，通过双向DC-DC电路11向USB接口14输送。

本实用新型带通信功能的双向升降压移动电源的实施步骤是：

1、首先通过外部移动设备，如手机，编辑好移动电源的工作模式，如：是否充放电，充放电电压等。

2、手机移动端靠近RF天线，NFC芯片U２把接收到的数据写入内置的存储器，并把电路的GPO管脚置为低电平。

3、当控制器检测到GPO管脚为低电平时，通过SCL与SDA管脚与NFC芯片U２通信，获取存储器中的控制信息，并控制移动电源的工作模式。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。