一种便携式多路输出电源装置

1.本实用新型涉及电源装置，具体涉及一种便携式多路输出电源装置。


背景技术：

2.近些年，手机、平板电脑、照相机等移动数码产品市场出现了迅速增长的局面，并朝着小型化方向发展，这必然要求减小内置电池的体积和容量，加之功能的多样化，最终大幅度缩短了设备的续航时间，设备电池一天一充、甚至一天多充的情况时有发生，这对于户外工作者更加不便，一旦出现电量不足，就会面临充电难的窘境。
3.为了提高移动设备在户外的续航能力，能够实现反复充电、放电的移动电源应运而生。当手机等电子产品需要充电的时候，可以将移动电源内置电池储存的能量释放出来给负载进行供电。专利号为cn201320661489.8的中国实用新型专利公开了一种移动电源，通过内置了适配器模块,在有市电电源时移动电源无需再配置适配器即能够实现自身的充电,而且还能够同时充当适配器给其他电子设备充电,用户只需要携带一个移动电源就能给实现现有移动电源和适配器的功能。但是该移动电源也有其局限性，最典型的问题就是这类移动电源需要定期的连接市电进行充电，且往往只能给单个电压等级的设备供电，无法满足有不同电压等级需求的应用场合。


技术实现要素：

4.实用新型目的：本实用新型的目的在于提供一种能够兼容太阳能和市电供电，同时实现多路不同电压等级供电输出的便携式多路输出电源装置。
5.技术方案：本实用新型包括电池充电电路，所述电池充电电路的输入端分别连接市电供电电路、太阳能板，电池充电电路的输出端依次连接充电保护电路、锂电池、放电保护电路；所述放电保护电路的输出端连接多个不同的dc/dc变换电路，用于为不同电压等级的负载供电。
6.所述dc/dc变换电路包括用于对电池电压进行升压处理的第一dc/dc变换电路、用于对电池电压降压输出的第二dc/dc变换电路、用于对电池电压进行降压及输入、输出隔离的第三dc/dc变换电路，能够为不同电压等级的负载供电。
7.所述锂电池的输出端依次连接辅助源电路、mcu、电量显示电路，其中辅助源电路、mcu的输出端还分别连接充电保护电路、放电保护电路。
8.所述市电供电电路包括第一变压器t1、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第一电容c1；所述第一二极管d1与第三二极管d3串联连接，第二二极管d2与第四二极管d4串联连接，四个二极管两两串联之后再并联连接；所述第一变压器t1的输入端连接交流电压，第一变压器t1的一个输出端连接在第一二极管d1和第三二极管d3之间，第一变压器t1的另一个输出端连接在第二二极管d2和第四二极管d4之间；所述第一电容c1一端分别连接第二二极管d2的输出端、三端稳压管的输入端，第一电容c1另一端分别连接第四二极管d4、第二电容c2；所述三端稳压管的输出端与第二电容c2连接，第二电容c2
两端连接电池充电电路的输入端；市电供电电路实现对电池的补充充电。
9.所述充电保护电路包括第一继电器ryi，第一继电器ryi常开开关的一端连接电池充电电路输出的电源vcc，第一继电器ryi常开开关的另一端通过保险丝f1连接锂电池的输入vbat；所述第一继电器ryi线圈的一端通过第二电阻r2连接辅助源电路的输出vcc5，第二电阻r2两端并联第三电阻r3；所述第一继电器ryi线圈的另一端连接第二mos管q2的漏极，第二mos管q2的栅极通过第四电阻r4连接mcu的输出v_ctrl1，第二mos管q2的栅极还通过第五电阻r5接地；所述第一继电器ryi线圈的两端并联连接第六二极管d6；充电保护电路能够防止电池过充。
10.所述放电保护电路包括第二继电器ry2，第二继电器ry2常开开关的一端连接锂电池的输出vbat,第二继电器ry2常开开关的另一端向dc/dc变换电路的输出vbat；所述第二继电器ry2线圈的一端通过第七电阻r7连接辅助源电路的输出vcc5，第七电阻r7两端并联第六电阻r6；所述第二继电器ry2线圈的另一端连接第三mos管q3的漏极，第三mos管q3的栅极通过第九电阻r9连接mcu的输出v_ctrl2，第三mos管q3的栅极和源极之间连接第八电阻r8；所述第二继电器ry2线圈的两端并联连接第七二极管d7；放电保护电路能够防止电池过放，造成对电池的不可逆损坏。
11.所述电量显示电路包括单片机，单片机的输出端口连接多个发光二极管，每一个发光二极管的输出端均连接一个电阻之后接入单片机的输入端口，电量显示电路则可以显示剩余电量。
12.所述辅助源电路包括第三变压器t3，第三变压器t3原边连接锂电池的输出vbat和第八mos管q8，第八mos管q8的源极接地；所述第三变压器t3副边的一端连接第十二极管d10的输入端，第十二极管d10的输出端分别连接第十一电容c11一端、第十七电阻r17一端、充电保护电路和放电保护电路的输入端；所述第三变压器t3副边的另一端分别连接第十一电容c11另一端、第十七电阻r17另一端；辅助源电路能够为充放电保护电路提供稳定的5v直流电。
13.有益效果：本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：(1)可快速地与多种不同电压等级的设备进行对接供电；(2)充电性能优越，同时具有太阳能和市电两种供电方式，使用范围广；(3)电源整体效率高，完整性好。
附图说明
14.图1为本实用新型的整体架构图；
15.图2为图1中市电供电电路的电路图；
16.图3为图1中电池充电电路的电路图；
17.图4为图1中充电保护电路的电路图；
18.图5为图1中放电保护电路的电路图；
19.图6为图1中第一dc/dc变换电路的电路图；
20.图7为图1中第二dc/dc变换电路的电路图；
21.图8为图1中第三dc/dc变换电路的电路图；
22.图9为图1中电量显示电路的电路图；
23.图10为图1中辅助源电路的电路图。
具体实施方式
24.下面结合具体实施方式和说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步描述。
25.如图1所示，本实用新型包括电池充电电路，电池充电电路的输入端分别连接市电供电电路、太阳能板，电池充电电路的输出端依次连接充电保护电路、锂电池、放电保护电路；放电保护电路的输出端分别连接第一dc/dc变换电路、第二dc/dc变换电路、第三dc/dc变换电路，通过三个dc/dc变换电路实现为不同电压等级的负载供电。锂电池的输出端依次连接辅助源电路、mcu、电量显示电路，其中辅助源电路、mcu的输出端还分别连接充电保护电路、放电保护电路。太阳能板在有太阳光照的条件下，基于光
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电效应，将太阳辐射能直接转化为电能。
26.如图2所示，市电供电电路包括第一变压器t1、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第一电容c1；所述第一二极管d1与第三二极管d3串联连接，第二二极管d2与第四二极管d4串联连接，四个二极管两两串联之后再并联连接；第一变压器t1的输入端连接交流电压，第一变压器t1的一个输出端连接在第一二极管d1和第三二极管d3之间，第一变压器t1的另一个输出端连接在第二二极管d2和第四二极管d4之间；第一电容c1一端分别连接第二二极管d2的输出端、三端稳压管的输入端，第一电容c1另一端分别连接第四二极管d4、第二电容c2；三端稳压管的输出端与第二电容c2连接，第二电容c2两端连接电池充电电路的输入端。本实施例中，市电供电电路采用的是典型的直流稳压电路，交流电压通过变压、整流、滤波、稳压输出稳定的直流电压，接入电池充电电路的输入端，实现对电池的补充充电。
27.如图3所示，电池充电电路包括第一mos管q1、第三电容c3、第五二极管d5、第一电感l1、第四电容c4、第一电阻r1。第一mos管漏极接市电供电电路和太阳能板的输出vbus，第一mos管源极接第一电感l1的一端，第三电容c3并联在第一mos管q1上；第五二极管d5输出端接第一mos管q1的源极，输入端接地；第一电感l1的另一端接第四电容c4的正端；第四电容c4与第一电阻r1并联。电池充电电路主要作用是对电池进行充电，本电源中充电电路拓扑采用buck变换器，其输入源有太阳能板和市电两种，控制回路1可采用基于cn3795芯片的方案，其具有的三段式充电模式，包含涓流、恒流和恒压充电，非常适用于电池充电管理。
28.如图4所示，充电保护电路包括第一继电器ryi，第一继电器ryi常开开关的一端连接电池充电电路输出的电源vcc，第一继电器ryi常开开关的另一端通过保险丝f1接入锂电池的输入vbat；第一继电器ryi线圈的一端通过第二电阻r2连接辅助源电路的输出vcc5，第二电阻r2两端并联第三电阻r3；第一继电器ryi线圈的另一端连接第二mos管q2的漏极，第二mos管q2的栅极通过第四电阻r4连接mcu的输出v_ctrl1，第二mos管q2的栅极还通过第五电阻r5接地；第一继电器ryi线圈的两端并联连接第六二极管d6。充电保护电路主要作用是防止电池过充，在电池充满电的情况下，单片机检测电池状态并做出判断，随后发送控制信号给充电保护电路，充电保护电路接收控制信号，并通过控制第一继电器ry1的关断，切断电池充电回路。
29.如图5所示，放电保护电路包括第二继电器ry2，第二继电器ry2常开开关的一端连接锂电池的输出vbat,第二继电器ry2常开开关的另一端向dc/dc变换电路的输出vbat；第二继电器ry2线圈的一端通过第七电阻r7连接辅助源电路的输出vcc5，第七电阻r7两端并联第六电阻r6；第二继电器ry2线圈的另一端连接第三mos管q3的漏极，第三mos管q3的栅极
通过第九电阻r9连接mcu的输出v_ctrl2，第三mos管q3的栅极和源极之间连接第八电阻r8；第二继电器ry2线圈的两端并联连接第七二极管d7。放电保护电路主要作用是防止电池过放，造成对电池的不可逆损坏。当电池放电至截止电压后，单片机检测电池电压，并发送控制信号给放电保护电路，进而通过控制第二继电器ry2的关断，切断电池放电回路。
30.如图6所示，第一dc/dc变换电路包括第二电感l2、第四mos管q4、第八二极管d8、第五电容c5、第六电容c6、第十电阻r10。第二电感l2一端接放电保护电路的输出vbat，另一端接第四mos管q4的漏极；第四mos管q4的源极接地，第六电容c6并联在第四mos管q4上；第八二极管d8输入端接第四mos管q4的漏极，输出端接第五电容c5与第十电阻r10的上端；第五电容c5与第十电阻r10并联。第一dc/dc变换电路采用boost变换器，主要作用是对电池电压进行升压处理，满足高电压等级的供电需求，控制回路2可采用基于芯片xc9101的方案，稳定输出电流最高可达1.5a。
31.如图7所示，第二dc/dc变换电路包括第五mos管q5、第六mos管q6、第七电容c7、第八电容c8、第九电容c9、第三电感l3、第十一电阻r11。第五mos管q5的漏极接放电保护电路的输出vbat，源极接第六mos管q6的漏极，第八电容c8并联在第五mos管q5上；第六mos管q6的源极接地，第九电容c9并联在第六mos管q6两端；第三电感l3一端接第五mos管q5的源极与第六mos管q6的漏极，另一端接第七电容c7和第十一电阻r11的上端；第七电容c7与第十一电阻r11并联。第二dc/dc变换电路采用同步整流buck变换器，能够实现降压输出的功能，满足小电子产品充电的电压，控制回路3可采用基于芯片mp2908的方案。
32.如图8所示，第三dc/dc变换电路包括第二变压器t2，第二变压器t2原边连接放电保护电路的输出vbat和第七mos管q7，第七mos管q7的源极接地；第二变压器t2副边的一端连接第九二极管d9的输入端，第九二极管d9的输出端分别连接第十电容c10一端、第十二电阻r12一端；第二变压器t2副边的另一端分别连接第十电容c10另一端、第十二电阻r12另一端。第三dc/dc变换电路采用隔离型flyback变换器，能够实现降压及输入、输出隔离的功能，控制回路4可采用基于芯片lm5022的方案。
33.如图9所示，电量显示电路包括单片机，单片机mcu的输出端口连接第一发光二极管led1、第二发光二极管led2、第三发光二极管led3和第四发光二极管led4，第一发光二极管led1的输出端连接第十三电阻r13之后接入单片机的输入端口,第二发光二极管led2的输出端连接第十四电阻r14之后接入单片机的输入端口，第三发光二极管led3的输出端连接第十五电阻r15之后接入单片机mcu的输入端口，第四发光二极管led3的输出端连接第十六电阻r16之后接入单片机的输入端口。单片机mcu检测电池电压并送入其内部处理，再通过控制发光二极管led1、led2、led3和led4的亮与灭显示电池电量。mcu实时采集电池状态，检测电池电压与电流，分别控制电池充电保护与放电保护电路，电池充满电情况下，控制充电保护电路工作，切断充电通道，电池放电至截止电压时，控制放电保护电路工作，切断放电通道。
34.如图10所示，辅助源电路包括第三变压器t3，第三变压器t3原边连接锂电池的输出vbat和第八mos管q8，第八mos管q8的源极接地；第三变压器t3副边的一端连接第十二极管d10的输入端，第十二极管d10的输出端分别连接第十一电容c11一端、第十七电阻r17一端、充电保护电路和放电保护电路的输入端；第三变压器t3副边的另一端分别连接第十一电容c11另一端、第十七电阻r17另一端。辅助源电路为单片机及充电、放电保护电路提供稳
定的5v直流电。
35.本实用新型的工作过程如下：当电源在户外有光照的环境下使用时，太阳能板会将太阳辐射能转化为电能vbus输送给电池充电电路，电池充电电路会对vbus进行滤波、降压等一系列处理，随后输出vcc经充电保护电路给锂电池充电。电池充电电路会根据电池状态，选择进入不同的充电模式，如果检测端口的电压低于设定电压，用小电流对电池进行预充电；当端口的电压超过设定电压时，采用恒流模式对电池充电；当端口的电压接近电池端调制电压时，充电电流逐渐减小，进入恒压充电模式。如果电源使用在无光照的环境下，接入市电，通过市电供电电路，对市电实施交流转直流、滤波、稳压和降压等处理，再输出vbus给电池充电电路，电池充电电路对电池做补充充电。
36.当电池电量未满时，充电保护电路中第一继电器ry1保持开通状态，当电池电量充满时，单片机会检测电池电压并做出判断，单片机发送高电平信号v_ctrl1给充电保护电路，这时第二mos管q2的栅、源极会产生压差，促使第二mos管q2导通，第一继电器ry1内部有电流流过，第一继电器ry1做出关断动作，关断了电池充电电路的输出通道。往后，锂电池输出vbat经过放电保护电路，在电池电量充足且未放电至设置的截止电压时，第二继电器ry2保持开通状态，当电池放电至截止电压时，单片机通过检测电池电压并在内部做出判断，发送高电平信号v_ctrl2给放电保护电路，这时第三mos管q3的栅、源极会产生压差，促使第三mos管q3导通，第二继电器ry2内部有电流流过，第二继电器ry2做出关断动作，关断电池的输出通道。
37.电池电能经放电保护电路，输出给三路dc/dc变换电路，第一dc/dc变换电路对输入vbat进行升压控制，随后输出给负载1；第二dc/dc变换电路对输入vbat进行降压控制，随后输出给负载2；第三dc/dc变换电路对输入vbat进行降压控制，随后输出给负载3。
38.电源正常工作下，电池剩余电量可通过电量显示电路获知，当电量小于10％时，第一发光二极管led1闪烁；当电量大于10％小于等于25％时，第一发光二极管led1常亮；当电量大于25％小于等于50％时，第一发光二极管led1和第二发光二极管led2常亮；当电量大于50％小于等于75％时，第一发光二极管led1、第二发光二极管led2和第三发光二极管led3常亮；当电量大于75％小于等于100％时，四个led全部常亮。