專利名稱：便攜式光電數(shù)碼電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及數(shù)字電源，特別是一種便攜式光電數(shù)碼電源，屬于光、電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)流行的PSP(便攜式游戲機(jī))、PDA(掌上電腦)、GSM(智能移動(dòng)電話)、DC(數(shù)碼照相機(jī))、DV(數(shù)碼攝象機(jī))、DVD(便攜式視頻播放器)等數(shù)碼類產(chǎn)品越來越多。這些設(shè)備的共同特點(diǎn)是；必須通過220V交流電的轉(zhuǎn)換條件才能達(dá)到正常使用的目的。這些設(shè)備在供電時(shí)涉及到許多不同的參數(shù)，如；電池種類，電池容量、電氣指標(biāo)和電源管理。這些不同的供電參數(shù)變化和制造商差異性設(shè)計(jì)，使得現(xiàn)有的數(shù)碼產(chǎn)品在供電設(shè)備之間相互不具有通用性。實(shí)際上，絕大部分?jǐn)?shù)碼電器需要在移動(dòng)過程中使用，當(dāng)能量匱乏，又沒有220V的交流供電場(chǎng)合，數(shù)碼電器立刻無法正常工作。此外，采用蓄電池組的方法移動(dòng)供電，由于缺乏通用的供電模式，大多數(shù)設(shè)備仍然不能得到電量補(bǔ)充，給用戶帶來不便。
目前有多種采用光伏電池的移動(dòng)充電技術(shù)方案，例如ZL0243162.4、ZL03221033.7、ZL01245810.4等技術(shù)方案，綜述以上方案，存在以下不足方案未對(duì)充電對(duì)象“手機(jī)”的充電方式、管理模式、電源種類等進(jìn)行細(xì)分。比如，充電方式，鋰離子電池要求的充電方式是恒流恒壓方式，電源的輸入要求采用恒流恒壓源。管理模式，由于現(xiàn)代流行的手機(jī)，除了通信還附加了許多諸如；PSP(游戲)、PDA(掌上電腦)、MP3(音頻播放)、DC(數(shù)碼拍照)、等功能。這些功能使得手機(jī)的功率增大，對(duì)電源電路的管理要求甚嚴(yán)，例如，要求充電器具備輸入電流調(diào)節(jié)功能，用于限制電源的總輸入電流，包括負(fù)載電流和充電電流，當(dāng)手機(jī)終端內(nèi)部檢測(cè)電路，測(cè)到輸入電流大于所設(shè)定的限流門限時(shí)，若輸入部分不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，多數(shù)手機(jī)終端設(shè)備的主控器將拒絕外來充電；電源種類，例如；PSP(便攜式游戲機(jī))、PDA(掌上電腦)、GSM(智能移動(dòng)電話)、DC(數(shù)碼照相機(jī))、電源種類是以一節(jié)鋰離子電池(3.7V)為基礎(chǔ)的類型，DV(數(shù)碼攝象機(jī))、MP4(硬盤播放器)是以兩節(jié)鋰離子電池串行(7.4V)為基礎(chǔ)的類型，DVD(便攜式視頻播放器)是以三節(jié)鋰離子電池串行(10.8V)為基礎(chǔ)的類型，PC是以四節(jié)鋰離子電池串行(14.8V)為基礎(chǔ)的類型。如果不進(jìn)行恰當(dāng)細(xì)分，無法集合到精確的數(shù)字電壓對(duì)其實(shí)施充電效果。此外，為防止損害設(shè)備，多數(shù)手機(jī)終端設(shè)備要求充電器必須具備安全充電條件，必須對(duì)充電速率、充電時(shí)間、充電溫度設(shè)計(jì)有相應(yīng)的保護(hù)措施。而采用單一光伏電池作為充電器方案(ZL0243162.4、ZL03221033.7)只能給部分手機(jī)做簡(jiǎn)單的充電轉(zhuǎn)換，顯然不能滿足為上述“智能”移動(dòng)電話充電的條件。折疊式充電器(ZL0243162.4)的方案，雖能夠積聚到一定光伏能量，但不經(jīng)過專門的DC轉(zhuǎn)換線路設(shè)計(jì)，充電的安全性又很差，是無法給具有嚴(yán)格電源管理電路的數(shù)碼設(shè)備充電的。另外，光伏電池轉(zhuǎn)換效果較低，積聚到一定光伏能量，需要較大的電池板面積，從而破壞了整體便攜性效果。同樣，ZL03221033.7方案，由于光伏電池轉(zhuǎn)換效果較低，直接帶負(fù)載能力有限，在不擴(kuò)充光伏電池功率情況下，很難驅(qū)動(dòng)上述智能移動(dòng)電話所需要的增長型功率。ZL01245810.4的方案，雖采用了DC轉(zhuǎn)換器，較前兩種方案有所改進(jìn)，但僅是給出了一種光伏電池對(duì)自身內(nèi)部蓄電池做DC的充電轉(zhuǎn)換形式，但在對(duì)外輸出時(shí)，它僅是提供了一種簡(jiǎn)單的直流輸出源。同樣，沒有按充電方式所遵循原則向負(fù)載提供恒流恒壓方式，即必須提供一種穩(wěn)定的恒流恒壓源。因此，在充電安全上是存在隱患的，以上方案都缺乏前述所要求的“充電方式、管理模式、電源種類”等智能充電器必要條件。原則上，在對(duì)于現(xiàn)代流行數(shù)碼手機(jī)做充電轉(zhuǎn)換時(shí)它是無能為力的，所以通用性和充電效果存在很多問題上述方案其效果不足可以驗(yàn)證，無法給手機(jī)充電的品種有諾基亞(NOKIA)3658/6680/6681系列索愛(SONY-ERICSSON)K/750C/E730/K500C/S700C系列摩托羅拉(motolora)A760/A768i/UBS4P/V3系列三星(samsung)E/628/E738系列西門子(simens)C/55/M55/CXV65等系列上述品牌手機(jī)占了全球市場(chǎng)的絕大分額，充電方案不能包括上述品牌，則方案明顯存在不足。由于不能智能地控制充電過程，沒有多路數(shù)字控制的集成電壓信號(hào)，很容易被那些具有嚴(yán)格電源管理電路的數(shù)碼產(chǎn)品所拒絕(例如拍照手機(jī))，實(shí)現(xiàn)不了充電的目的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服使用上的障礙，本實(shí)用新型的目的是解除對(duì)上述數(shù)碼產(chǎn)品供電方式限制，提供一種便攜式光電數(shù)碼電源，它利用光伏電池和蓄電池組結(jié)合起來的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，將太陽光線輻射和其它具有紅外光線的輻射能量，通過光伏電池的作用進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換，以發(fā)電、存儲(chǔ)、再生、輸出等形式構(gòu)成裝置，重點(diǎn)解決常規(guī)電源不能對(duì)移動(dòng)的數(shù)碼電器實(shí)現(xiàn)供電的需求。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的便攜式光電數(shù)碼電源，包括合頁式機(jī)殼、設(shè)置于機(jī)殼內(nèi)表面的光伏電池、設(shè)置于機(jī)殼內(nèi)的蓄電池以及設(shè)置于機(jī)殼外表的顯示屏、指示燈、按鍵、開關(guān)和輸入、輸出插口，其特征是光伏電池輸出接蓄電池共同構(gòu)成蓄電模塊，蓄電模塊還分別通過開關(guān)插口與交流市電及車載電源連接，蓄電模塊輸出接附有控制軟件的微處理器模塊，微處理器模塊輸出接充電管理模塊，充電管理模塊輸出接用電負(fù)載，微處理器模塊、充電管理模塊由蓄電模塊通過電源轉(zhuǎn)化模塊供電，蓄電模塊還通過開關(guān)接升壓模塊，升壓模塊輸出接微處理器模塊，微處理器模塊和充電管理模塊還分別與顯示裝置連接。上述連接在控制軟件的調(diào)度下，構(gòu)成了具有預(yù)充、恒流恒壓、充電保護(hù)、自動(dòng)斷電和充電提示的智能型充電器裝置。
蓄電模塊含硅光電池E、220V交直流轉(zhuǎn)換器、12V車載直流轉(zhuǎn)換器以及輸入接口、轉(zhuǎn)換開關(guān)、保護(hù)二極管、電阻組成的輔助電路和蓄電池組B1、B2，以組合不同參數(shù)的電源電壓提供給單片機(jī)調(diào)制用；微處理器模塊中含附有控制軟件的單片機(jī)以及外圍電路，根據(jù)輸入的不同電壓參數(shù)，發(fā)出不同的控制指令，控制指令主要是通過調(diào)整單片機(jī)脈寬調(diào)制信號(hào)PWM的脈寬實(shí)現(xiàn)的，通過改變PWM信號(hào)的占空比和利用PWM信號(hào)的占空比變化，從而得到一組可選用的精確數(shù)字電壓，經(jīng)過充電管理模塊調(diào)整后對(duì)外輸出；充電管理模塊含充電管理芯片以及P溝道場(chǎng)效應(yīng)管、濾波電容器、輸出接口、保護(hù)檢測(cè)電阻組成的外圍電路；升壓模塊含DC-DC升壓控制變換芯片及外圍電路；電源轉(zhuǎn)化模塊中含電源轉(zhuǎn)化芯片及濾波電路，將蓄電模塊供電轉(zhuǎn)換為微處理器和充電管理模塊的電源。
光伏電池為至少設(shè)置一組兩塊分別為1.2W/4.9V，轉(zhuǎn)化效率為＞15％的光伏電池串聯(lián)構(gòu)成，蓄電池為至少設(shè)置一組兩塊分別7.4V/2000mAh的鋰電池構(gòu)成，兩塊鋰電池通過開關(guān)設(shè)置成串、并聯(lián)兩種格式，并聯(lián)設(shè)置時(shí)，通過光伏電池E，接受轉(zhuǎn)化的直流電源輸入，也可以通過交流電源適配器接受交流市電或車載直流電源輸入，串聯(lián)設(shè)置時(shí)，蓄滿電能的B1～B2裝置可以通過開關(guān)接升壓模塊在高位向系統(tǒng)方便地輸出各種調(diào)制的電壓，同時(shí)，另一塊通過電源轉(zhuǎn)化模塊向微處理器模塊、充電管理模塊電源供電。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及效果本實(shí)用新型充分利用蓄電池組在3.7V截止時(shí)仍保留20％殘留電量的放電曲線的特征，將內(nèi)部蓄電池組殘留電量和外部光伏電池轉(zhuǎn)化能源相結(jié)合，借助光伏電池補(bǔ)充作用，通過擴(kuò)流，分段升壓的光電轉(zhuǎn)換方法，然后由設(shè)計(jì)的微處理器程序依據(jù)電源種類所細(xì)分的不同特點(diǎn)，智能地調(diào)節(jié)出適合充電要求的數(shù)字集成控制電壓，以解決各類數(shù)碼設(shè)備充電機(jī)相互之間不能通用的問題，從而解除對(duì)上述數(shù)碼產(chǎn)品供電方式的限制，將應(yīng)用擴(kuò)大到對(duì)主流數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝象機(jī)、移動(dòng)式DVD等設(shè)備，構(gòu)成具有典型或一般充電特性為主要效果的實(shí)施方案，特別是給定功率的筆記本電腦，例如(30W)成功供電的方案。經(jīng)過改進(jìn)，本實(shí)用新型能給上述所表征的任一款手機(jī)實(shí)現(xiàn)充電支持。由微處理器、充電管理芯片、電源轉(zhuǎn)化等共同構(gòu)成了具有預(yù)充功能、恒流恒壓功能、充電保護(hù)功能、自動(dòng)斷電功能和充電完成提示功能的智慧型充電電路。本實(shí)用新型的單片機(jī)、充電器模塊外圍電路及其簡(jiǎn)單，非常適合緊湊設(shè)計(jì)需要。通過觸摸按鍵，能方便地循環(huán)調(diào)用各檔電壓輸出。其次，通過切換開關(guān)，能擴(kuò)展和組合多種電壓變換形式，方便地將輸出功率逐步提高，成為一種多用途、功率大的袖珍式光電數(shù)碼電源裝置。


圖1為本實(shí)用新型機(jī)殼結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型機(jī)殼內(nèi)布置和安裝的示意圖；圖3為本實(shí)用新型擴(kuò)充安裝光伏電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型電路原理框圖；圖5為本實(shí)用新型電路圖；圖6為本實(shí)用新型的單片機(jī)控制流程圖；圖7為本實(shí)用新型的單片機(jī)引腳功能標(biāo)號(hào)表。
具體實(shí)施方式
參看圖1，合頁式機(jī)殼打開(合頁設(shè)彈簧轉(zhuǎn)軸14)，兩頁內(nèi)表分別是采用透明樹脂封裝光伏電池板1(硅晶片)，電池組內(nèi)部帶有充電保護(hù)電路。機(jī)殼內(nèi)分層布置和安裝如圖2(合頁式機(jī)殼合攏)，自上至下為面板層2(含框3，面板上有顯示屏11、觸摸按鍵12、電量指示燈13，與各種電源和設(shè)備對(duì)應(yīng)的輸入、輸出插口設(shè)置于機(jī)殼側(cè)面)；光伏電池板層1；電路層7(含鋰電池8、9，印刷電路板10)；底板層17。光伏電池板數(shù)量可擴(kuò)充，如圖3成多頁折疊合頁式機(jī)殼。鋰電池?cái)?shù)量亦可擴(kuò)充。
參看圖4，光伏電池E為兩塊分別為1.2W/4.9V，轉(zhuǎn)化效率為＞15％的硅光電池串聯(lián)構(gòu)成，蓄電池B1、B2為兩塊分別7.4V/2000mAh的鋰電池構(gòu)成，兩塊鋰電池通過開關(guān)設(shè)置成串、并聯(lián)兩種格式，并聯(lián)設(shè)置時(shí)，通過光伏電池E接受轉(zhuǎn)化的直流電源輸入、也可以通過交流電源適配器接受交流市電或車載直流電源輸入，串聯(lián)設(shè)置時(shí)，蓄滿電能的B1～B2裝置可以通過開關(guān)接升壓模塊在高位向系統(tǒng)方便地輸出各種調(diào)制的電壓，同時(shí)，另一塊通過電源轉(zhuǎn)化模塊向微處理器模塊、充電管理模塊電源供電。
E+B1時(shí)，是針對(duì)7.4V以下的一類以采用Li-Ion電池為電源的數(shù)碼電器，其中包括手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝象機(jī)等；E+B1+B2時(shí)，是針對(duì)10.8V以下的一類以采用Li-Ion電池為電源的數(shù)碼電器，其中包括有移動(dòng)DVD、MP4硬盤播放器等數(shù)碼電器；E+B1+B2再經(jīng)過升壓模塊將電源輸出提升到24V，將涵蓋PC手提電腦產(chǎn)品。
圖5是集成在印制板上的整機(jī)電路。左上是光伏電池及蓄電池共同構(gòu)成的蓄電模塊電路。該電路主要由E硅光電池、220V交直流轉(zhuǎn)換器、12V車載直流轉(zhuǎn)換器輸入接口JF1、轉(zhuǎn)換開關(guān)S1、若干保護(hù)器件和蓄電池組B1、B2組成。其中，220V交直流轉(zhuǎn)換器、12V車載直流轉(zhuǎn)換器采用插入式連接，當(dāng)需要給內(nèi)部B1蓄電時(shí)，通過JF1口插入，和D8器件的正極連接，再經(jīng)過D8器件引到蓄電池組的正極，外部設(shè)備主要通過D8器件給蓄電池組的B1蓄電。
E硅光電池是一組太陽能組件，將組件首尾串聯(lián)后，正極直接和D9器件連接，經(jīng)過D9器件進(jìn)到蓄電池組B1的正端。E的電能通過D9器件給蓄電池組的B1蓄電，D8、D9器件的作用是避免電池組B1向E硅光電池組件或外部蓄電設(shè)備反向放電。電路在JF1口的正極端并接了電阻R1，在蓄電池組B1的輸出端并接了電阻R2、R3，分別和單片機(jī)的P6.6、P6.7口相連。單片機(jī)P6.6口通過設(shè)置的R1電阻檢測(cè)蓄電設(shè)備的DC充電信號(hào)，如果測(cè)到電流大于設(shè)定值(≥2A)時(shí)，立即切斷電源報(bào)警，若正常給予充電。充滿后單片機(jī)則通過控制D7器件的LED發(fā)光顯示通知用戶。R2、R3電阻為單片機(jī)P6.7口提供蓄電池組B1的電量數(shù)據(jù)采樣，檢測(cè)B1是否存在欠電，如果欠電，單片機(jī)則通過D10器件的LED發(fā)光顯示，通知用戶采取蓄電措施。JF1的負(fù)極通過R4接地，為B1充電的回路上作過流保護(hù)。轉(zhuǎn)換開關(guān)S1連接于蓄電池組B1的兩端，通過此開關(guān)，將兩組7.4V的蓄電池組串、并聯(lián)組成如圖所示的BAT+1、BAT+2電壓。蓄電模塊的主要用途是組合不同參數(shù)的電源電壓提供給單片機(jī)調(diào)制用，例如提供的BAT+1、BAT+2、BAT+3電壓。意義如下；E+B1＝BAT+1；是針對(duì)7.4V以下的一類以采用Li-Ion電池為電源的數(shù)碼電器，其中包括手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝象機(jī)等。
E+B1+B2＝BAT+2；是針對(duì)10.8V以下的一類以采用Li-Ion電池為電源的數(shù)碼電器，其中包括有移動(dòng)DVD、MP4硬盤播放器等數(shù)碼電器等。
E+B1+B2→升壓＝BAT+3；可以涵蓋PC類手提電腦產(chǎn)品。
圖5右上是升壓模塊電路。電路由采用獨(dú)立開關(guān)模式的直流升壓芯片VS1、變阻器VR、S2開關(guān)組成。模塊VS1的引腳1連接于BAT+2的正端，為電源輸入端，引腳2接地，引腳3為電源輸出端，和單片機(jī)P5.1口連接，模塊的輸入電壓為16V。經(jīng)過開關(guān)S2，能將BAT+2上送來的低電壓(16V)，實(shí)現(xiàn)提升的目的。在模塊的第4和第5腳之間外接一個(gè)可變電阻VR，能調(diào)節(jié)輸出電壓范圍，使提升的電壓固定為一種穩(wěn)定幅度的電壓(BAT+3)。但經(jīng)過單片機(jī)調(diào)制后P5.1口送出的(BAT+3)電壓在工作方式上有所改變，是一種待用基準(zhǔn)電壓，通過此基準(zhǔn)電壓可以控制大功率器件的輸出。S2開關(guān)僅在那些需要大于16V的輸出場(chǎng)合下使用，升壓電路也可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行組合，可參考選用(Max或Linear-LTC)專用的DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片升壓芯片。
圖5左中是微處理器模塊電路。由單片機(jī)、鍵控電路K1、R7、LED距陣列顯示器電路、JT1晶振電路等組成。選用單片機(jī)(Elan)EM78P458，工作電路可結(jié)合參閱圖7引腳功能標(biāo)號(hào)表。
標(biāo)注P5.0號(hào)的I/O口為鍵控電路輸出，按鍵K1連接限流電阻R7向單片機(jī)發(fā)鍵選指令，R7的另一端聯(lián)接于單片機(jī)的工作電壓端VCC。
標(biāo)注P5.1口為PWM輸出調(diào)制端，聯(lián)接于蓄電模塊電路的BAT+1、2，BAT+1、2端提供的電壓參數(shù)經(jīng)過單片機(jī)P5.1口，按編制的不同脈寬信號(hào)調(diào)制處理程序，通過改變輸入電壓信號(hào)的占空比方式得到輸出電壓的精確值，再經(jīng)過R5電阻輸出供給后面的充電管理模塊。
標(biāo)注P5.2～P6.0口，為LED距陣列顯示輸出口，P5.5～P5.7口分別由上拉電阻R8、9、10通過D1～D7的LED管的連接和引腳標(biāo)號(hào)為P5.2～P5.4口相接。能分別根據(jù)鍵控電路所指示的不同輸出電壓發(fā)光指示，引導(dǎo)用戶正確選用，其中P6.0口和充電管理芯片(BQ-2057)STAT引腳反向接連接實(shí)現(xiàn)充電狀態(tài)的顯示。
JT1為晶振電路器件，主要控制單片機(jī)的機(jī)器周期和功能復(fù)位，兩端并有諧振電容C1、C2，分別連接于單片機(jī)OSC1、OSC2端口上。
單片機(jī)VDD口(第16腳)連接于LM7805模塊第3引腳的VCC，并通過C8的電容接地，為單片機(jī)提供穩(wěn)定的工作電壓。
標(biāo)注P6.3～P6.7口，為輸入信號(hào)控制口。P6.3口和充電管理模塊的BAT腳連接，通過BAT腳，采集被充電的負(fù)載電池電壓變化信號(hào)，控制充電過程。P6.4口為電源防短路保護(hù)口，通過JF2輸出回路負(fù)極端的電阻R11監(jiān)測(cè)回路是否存在短路？如有，開啟電路保護(hù)。
P6.5口為電源輸出檢查端口，由于同一輸出口集中不同的電壓在使用，為防止誤操作，通過檢測(cè)并聯(lián)在JF2輸出端的電阻R12處是否有(DC-IN)電源線插入？當(dāng)判定JF2插入輸出線，R12有電流流過，則按鍵動(dòng)作失效，不可以掃描電壓，反之有效。
標(biāo)注P6.6、P6.7口分別為內(nèi)部電量檢測(cè)、和外部DC蓄電指示信號(hào)，分別和蓄電模塊中的R1、R2、R3相連作用。
單片機(jī)的主要工作原理是通過PWM方式調(diào)制出不同的脈寬信號(hào)供輸出選用，其次是作為充電器的控制器使用，控制充電管理芯片(BQ-2057)的充電過程。以上請(qǐng)同時(shí)參閱流程圖6。
圖5右中是充電管理模塊電路。主要由充電管理芯片(BQ-2057)、P溝道場(chǎng)效應(yīng)管Q1、濾波電容器C5、JF2輸出接口等組成。(BQ-2057)的引腳描述如下；VCC工作電源輸入，和電源模塊的BAT+1、2、3相連并經(jīng)過C4的去耦電容接地。BAT鋰電池電壓輸入，和單片機(jī)的P6.3口和Q1管的輸出端相連。CC充電控制輸出，通過電阻R6和輸出管Q1的柵極相連。VSS工作電源地輸入。STAT充電狀態(tài)輸出，和單片機(jī)的P6.3口相連。SNS充電電流感測(cè)輸入，和R5、Q1管的輸入端并聯(lián)。COM充電速率控制，和工作電壓端VCC相連。TS溫度感測(cè)輸入(本實(shí)施例為空腳，未設(shè)置)。R5為輸出感測(cè)電阻，單片機(jī)的P5.1口經(jīng)過R5和(SNS)腳相連，輸出時(shí)通過SNS和VCC引腳的回路檢測(cè)，獲得充電電流的反饋，以監(jiān)控充電電流，C5為濾波電容，在JF2輸出口的正極端和Q1管的輸出端并聯(lián)，R11，R12分別擔(dān)任檢測(cè)任務(wù)，和單片機(jī)的P6.3口P6.5相連后接地。
充電管理芯片(BQ-2057)的工作原理描述如下；它具有三個(gè)充電控制過程預(yù)充、恒流、和恒壓階段，工作時(shí)，首先檢測(cè)電壓VCC。如果過低進(jìn)入睡眠狀態(tài)，正常則以恒流IREG10％預(yù)充電。預(yù)充過程結(jié)束后，進(jìn)入恒流充電階段，此時(shí)通過R5監(jiān)控充電電流，不符合會(huì)自動(dòng)調(diào)整。當(dāng)檢測(cè)充電電壓達(dá)到恒壓VREG值時(shí)進(jìn)入恒壓充電階段，此時(shí)(BQ-2057)會(huì)通過VBAT、VSS引腳監(jiān)測(cè)電池組的電壓，當(dāng)充電電流達(dá)到終止門限電流I(TERM)時(shí)，自動(dòng)停止充電，低于終止門限電壓V(RCH)時(shí)，自動(dòng)開始充電。充電狀態(tài)由單片機(jī)的P6.0口通過識(shí)別STAT口提供的狀態(tài)管理信號(hào)，報(bào)告當(dāng)前的充電狀態(tài)(充電、充滿、和故障)，并由D10紅綠雙色燈顯示指示(紅色，指示正在充電、綠色，指示充滿、紅色閃爍，指示故障)。單片機(jī)主要通過P6.0口的A/D轉(zhuǎn)換器，采集STAT口的狀態(tài)信號(hào)，通過識(shí)別STAT口的充電、停止、故障的三種狀態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)儀器的智能管理。
圖5左下是LED顯示電路。D1～D6，為輸出電壓指示燈，由單片機(jī)的控制，顯示各檔輸出的電壓。D7、D10為充電狀態(tài)指示燈，由單片機(jī)監(jiān)測(cè)電源管理模塊的第5引腳STAT口的電壓信號(hào)，報(bào)告當(dāng)前被充對(duì)象的充電狀態(tài)，分別用做出正在充電、充滿、和故障的顯示。
圖5右下是電源轉(zhuǎn)化模塊。由LM7805和C6、C7兩個(gè)電容器組成，引腳1為電源輸入端，和BAT+連接，引腳2接地，引腳3為電源輸出端VCC，和單片機(jī)及電源管理模塊的VCC端連接，提供單片機(jī)及電源管理模塊的+5V工作電壓。C6、C 7分別并接與圖V-IN，V-OUT和GND的兩端，減少輸入輸出時(shí)的電路紋波系數(shù)。電路將輸入的電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓作為單片機(jī)和充電管理芯片的工作電源。共同構(gòu)成具有預(yù)充功能、恒流恒壓功能、充電保護(hù)功能、自動(dòng)斷電功能和充電完成提示功能的智能型充電器特征。
本實(shí)用新型電路集合了“E～B1～B2”三組電源，其中E采用單片規(guī)格為4.9V，轉(zhuǎn)化效率為＞15％的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池，將2片以串聯(lián)的方式接入，電源板接有防逆流保護(hù)元件D2。B1、B2則采用2節(jié)7.4V Li--Ion離子電池組，其中一節(jié)擔(dān)任擴(kuò)充任務(wù)，電源板裝有切換開關(guān)，當(dāng)開關(guān)撥至并聯(lián)位置，B1～B2并聯(lián)，E1、或外部DC電源完成對(duì)2節(jié)7.4V Li--Ion離子電池的蓄電任務(wù)，當(dāng)開關(guān)撥至串聯(lián)位置，B1～B2串聯(lián)，經(jīng)過提升或否，蓄滿電能的B1～B2裝置可以在高位經(jīng)系統(tǒng)輸出各種調(diào)制的電壓，通過這種方式可以很容易分段組合出U1、U2、U3的BAT+電壓方式，且無須增加附加復(fù)雜的電路和元件成本。
電路保護(hù)主要根據(jù)圖6控制流程，單片機(jī)首先通過檢測(cè)充電管理模塊的JF2口處的R12電阻取樣，判定是否有電源線處在插入狀態(tài)？如有插入，則禁止按鍵動(dòng)作輸出電壓。R12和單片機(jī)上的P6.5口(DC OUT CHECK)相連，通過對(duì)R12的管理判斷，控制按鍵是否動(dòng)作，然后，再通過對(duì)輸出回路R11的檢測(cè)，判斷輸出回路是否存在短路過載現(xiàn)象，如有，則切斷輸出回路并報(bào)警。短路過載保護(hù)由連接到單片機(jī)上的P6.4口(CHECKBAT)的R11采樣電流完成，當(dāng)測(cè)到大于設(shè)定的門限值，單片機(jī)斷電告警。輸出過程單片機(jī)將通過監(jiān)測(cè)R2、R3電阻的分壓比變化，來自動(dòng)檢測(cè)和確定系統(tǒng)內(nèi)部是否處于欠電狀態(tài)如存在欠電狀態(tài)則提示告警。正常，則通過R7的K1鍵控信號(hào)循環(huán)選擇出各種不同的輸出電壓，如；3、4.5、5、6.6、8.5V……等數(shù)值，同時(shí)通過單片機(jī)的P5.2～P6.0口(LED2、LED3、LED4)等組成LDE矩陣列顯示輸出的電壓數(shù)值。此外，內(nèi)部蓄電輸入過程，單片機(jī)P6.7口(DC IN CHECK)根據(jù)連接于蓄電模塊JF1接口處的R1，通過對(duì)R1的監(jiān)測(cè)，檢測(cè)輸入回路是否存在短路，有則關(guān)閉輸入，開啟保護(hù)。
此外，對(duì)負(fù)載的充電過程的管理則由單片機(jī)的P6.0口根據(jù)充電管理模塊第5引腳STAT的信號(hào)反饋，監(jiān)控和顯示當(dāng)前的充電狀態(tài)(充電、充滿、和故障)，當(dāng)把TS引腳連接到VSS時(shí)可以禁止BQ2057的充電功能。
本實(shí)用新型電路模塊中選用了公知的芯片和電路設(shè)計(jì)，一般技術(shù)人員根據(jù)本申請(qǐng)的思路和流程，即可方便的實(shí)施。
權(quán)利要求1.便攜式光電數(shù)碼電源，包括合頁式機(jī)殼、設(shè)置于機(jī)殼內(nèi)表面的光伏電池、設(shè)置于機(jī)殼內(nèi)的蓄電池以及設(shè)置于機(jī)殼外表的顯示屏、指示燈、按鍵、開關(guān)和輸入、輸出插口，其特征是光伏電池輸出接蓄電池共同構(gòu)成蓄電模塊，蓄電模塊還分別通過開關(guān)插口與交流市電及車載電源連接，蓄電模塊輸出接附有控制軟件的微處理器模塊，微處理器模塊輸出接充電管理模塊，充電管理模塊輸出接用電負(fù)載，微處理器模塊、充電管理模塊由蓄電模塊通過電源轉(zhuǎn)化模塊供電，蓄電模塊還通過開關(guān)接升壓模塊，升壓模塊輸出接微處理器模塊，微處理器模塊和充電管理模塊還分別與顯示裝置連接，上述連接在控制軟件的調(diào)度下，構(gòu)成了具有預(yù)充、恒流恒壓、充電保護(hù)、自動(dòng)斷電和充電提示的智能型充電器裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式光電數(shù)碼電源，其特征是蓄電模塊含硅光電池E、220V交直流轉(zhuǎn)換器、12V車載直流轉(zhuǎn)換器以及輸入接口、轉(zhuǎn)換開關(guān)、保護(hù)二極管、電阻組成的輔助電路和蓄電池組，以組合不同參數(shù)的電源電壓提供給單片機(jī)調(diào)制用；微處理器模塊中含附有控制軟件的單片機(jī)以及外圍電路，根據(jù)輸入的不同電壓參數(shù)，發(fā)出不同的控制指令，控制指令主要是通過調(diào)整單片機(jī)脈寬調(diào)制信號(hào)PWM的脈寬實(shí)現(xiàn)的，通過改變PWM信號(hào)的占空比和利用PWM信號(hào)的占空比變化，從而得到一組可選用的精確數(shù)字電壓，經(jīng)過充電管理模塊調(diào)整后對(duì)外輸出；充電管理模塊含充電管理芯片以及P溝道場(chǎng)效應(yīng)管、濾波電容器、輸出接口、保護(hù)檢測(cè)電阻組成的外圍電路；升壓模塊含DC-DC升壓控制變換芯片及外圍電路；電源轉(zhuǎn)化模塊中含電源轉(zhuǎn)化芯片及濾波電路，將蓄電模塊供電轉(zhuǎn)換為微處理器和充電管理模塊的電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述便攜式光電數(shù)碼電源，其特征是光伏電池為至少設(shè)置一組兩塊分別為1.2W/4.9V，轉(zhuǎn)化效率為＞15％的光伏電池串聯(lián)構(gòu)成，蓄電池為至少設(shè)置一組兩塊分別7.4V/2000mAh的鋰電池B1、B2構(gòu)成，兩塊鋰電池通過開關(guān)設(shè)置成串、并聯(lián)兩種格式，并聯(lián)設(shè)置時(shí)，通過光伏電池E，接受轉(zhuǎn)化的直流電源輸入，也可以通過交流電源適配器接受交流市電或車載直流電源輸入，串聯(lián)設(shè)置時(shí)，蓄滿電能的B1～B2裝置可以通過開關(guān)接升壓模塊在高位輸出各種調(diào)制的電壓，同時(shí)，另一塊通過電源轉(zhuǎn)化模塊向微處理器模塊、充電管理模塊電源供電。
專利摘要便攜式光電數(shù)碼電源，包括合頁式機(jī)殼、設(shè)置于機(jī)殼內(nèi)表面的光伏電池、設(shè)置于機(jī)殼內(nèi)的蓄電池以及設(shè)置于機(jī)殼外表的顯示屏、指示燈、按鍵、開關(guān)和輸入、輸出插口，其特征是光伏電池輸出接蓄電池共同構(gòu)成蓄電模塊，蓄電模塊還分別通過開關(guān)插口與交流市電及車載電源連接，蓄電模塊輸出接附有控制軟件的微處理器模塊，微處理器模塊輸出接充電管理模塊，充電管理模塊輸出接用電負(fù)載，微處理器模塊、充電管理模塊由蓄電模塊通過電源轉(zhuǎn)化模塊供電，蓄電模塊還通過開關(guān)接升壓模塊，升壓模塊輸出接微處理器模塊，微處理器模塊和充電管理模塊還分別與顯示裝置連接。
文檔編號(hào)H02J7/00GK2842844SQ20052007686
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2005年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月31日
發(fā)明者李繼元, 杜小楓 申請(qǐng)人:李繼元, 杜小楓