便攜式太陽能筆記本移動電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及便攜式太陽能筆記本移動電源，整體電路結構包括主控電路、太陽能MPPT充電系統(tǒng)、鋰電池保護電路、大功率升壓電路、兩個大功率降壓電路、輸出濾波電路和LCD液晶顯示屏，主控電路分別與鋰電池保護電路、大功率升壓電路、兩個大功率降壓電路、輸出濾波電路及LCD液晶顯示屏連接；有益效果：通過全新電路和殼體外形結構設計，提高太陽能移動電源的便攜性和實用性；利用最大功率跟蹤技術，提高了太陽能電池板給太陽能移動電源的充電效率；采用了自主優(yōu)化的大功率元器件構成了升、降壓電路，具有高效率，可切換電壓的輸出特性，采用了軟硬件雙層過充、過放、過流、過溫的保護，具有更好的安全性，對太陽能移動電源的設計具有很好的參考意義。
【專利說明】便攜式太陽能筆記本移動電源
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及便攜式太陽能筆記本移動電源，特別涉及一種新型的便攜式移動電源。該移動電源可通過太陽能電池板為其補充電能，通過內(nèi)置的聚合物鋰電池保存由太陽能電池板轉(zhuǎn)換的這些能量。該移動電源具有標準的USB插槽(5V/2A輸出),4.8/1.7mm大功率DC輸出接口(19V、16V、12V/4.5A,9V/1.5A輸出)，5.5/2.1mm大功率DC輸入接口(15-20V/3A),能夠智能選擇輸出電壓，為多種手機、筆記本電腦及數(shù)碼設備進行充電。
【背景技術】
[0002]隨著人們生活水平的不斷提高，便攜式的數(shù)碼產(chǎn)品在種類和數(shù)量上都越來越多，如手機、平板電腦、數(shù)碼相機、筆記本電腦、醫(yī)療保健設備。這些設備都要用到電池，但這些設備的內(nèi)置電池總會因為容量太小而不能滿足長時間的使用。當出差或旅游時又是這些設備經(jīng)常在關鍵時刻電池沒有電了，特別是在手機正在打電話時和數(shù)碼相機正在拍照時。而也不可能把每種設備都配一個備用電池，成本高而且也不方便。基于此，各類移動電源應運而生。
[0003]市面上現(xiàn)有的移動電源產(chǎn)品容量可以做的比較高，單節(jié)電池容量可達2500mAh到3200mAh，一般采用聚合物鋰離子電芯，普通鋰離子電芯的容量和體積成正比。容量再大的移動電源，如果不及時補充電能，由鋰電池保存的電能也會用完。如果利用太陽能為移動電源續(xù)航，就可避免由于內(nèi)部鋰離子電池沒電而造成移動電源無法使用的問題。如果利用太陽能電池板來收集太陽能轉(zhuǎn)換為電能，直接把電能輸入到移動電源的充電端，會由于移動電源充電端的輸入阻抗和太陽能電池板的輸出阻抗不匹配造成太陽能的利用率很低。太陽能電池板的輸出阻抗又隨著光照的強度和輸出電壓的變化而變化。所以如果研制太陽能移動電源就必須采用一種新型方法提高太陽能電池板的利用效率，這就是MPPT最大功率跟蹤技術。
[0004]當前，各類數(shù)碼產(chǎn)品汗牛充棟，各類數(shù)碼產(chǎn)品需要的供電電壓也各不相同，為了廣泛的適應各類數(shù)碼產(chǎn)品、筆記本電腦的充電需要，移動電源必須朝著大功率、可調(diào)電壓方向發(fā)展。
[0005]普通移動電源都會有自放電現(xiàn)象，不給其他數(shù)碼產(chǎn)品充電，自身的電量也會隨著時間而減小，這是由于鋰離子電芯的靜態(tài)損耗電流引起的，所以為了提高移動電源的空載保持能力就必須采用高性能的電池管理技術。
[0006]除了應具備高性能的電池管理技術，移動電源的安全性也是研制太陽能移動電源應該受到重視的問題。移動電源在內(nèi)部一定要具備:過充、過放、短路、過流保護措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種便攜式太陽能筆記本移動電源的設計方案，要解決的技術問題包括:(I)設計一種殼體結構，提高太陽能移動電源的便攜性和實用性。(2)研究最大功率跟蹤技術的原理和最大功率跟蹤的電路結構，采用一種新型方法匹配太陽能電池板和移動電源充電端的阻抗，提高太陽能電池板給太陽能移動電源的充電效率。⑶采用高性能的DC-DC電池管理技術，防止因電池的靜態(tài)工作電流引起的移動電源電量自損失現(xiàn)象，解決太陽能移動電源過充、過放、短路、過流的問題。(4)設計適用于各類數(shù)碼產(chǎn)品和筆記本電腦的大功率、可調(diào)電壓的電壓變換電路。
[0008]本發(fā)明是通過這樣的技術方案實現(xiàn)的:便攜式太陽能筆記本移動電源，其特征在于，整體電路結構包括主控電路、太陽能MPPT充電系統(tǒng)、鋰電池保護電路、大功率升壓電路、兩個大功率降壓電路、輸出濾波電路和IXD液晶顯示屏，主控電路分別與鋰電池保護電路、大功率升壓電路、兩個大功率降壓電路、輸出濾波電路及LCD液晶顯示屏連接；
鋰電池保護電路分別與MPPT充電管理電路、大功率升壓模塊、大功率降壓模塊和鋰電池組連接；太陽能MPPT充電系統(tǒng)通過5.5/2.1mm大功率DC輸入接口(15-20V/3A)與太陽能電池板連接，通過外徑為2.5平方毫米的硅膠線與鋰電池保護電路連接；
所述主控電路由單片機及外圍電路構成，采用16位單片機作為主控IC ；
主控電路通過測量電池電壓、電池保護模塊后電壓、USB 口輸出電壓、DC輸出口電壓、DC輸入口電壓、電池輸出電流、USB 口輸出電流、DC輸出口輸出電流，對整個系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，在電池保護電路的硬件保護的基礎上，進行系統(tǒng)的軟件保護；
主控電路連接兩個按鍵，通過按鍵控制LED手電燈珠的使能，控制LCD液晶屏幕背光的使能，控制DC輸出口的輸出電壓的切換，控制DC輸出口輸出電壓的使能，
主控電路通過連接IXD液晶顯示屏，顯示規(guī)定的圖像；
主控電路通過檢測電池輸出電流、USB 口輸出電流、DC輸出口輸出電流，實時判斷是否有外接負載，外界負載的大小，既可以起到軟件過流保護的目的，又可以隨時判斷是否有負載，從而智能關機，達到節(jié)約電量的目的；
所述MPPT充電管理電路采用DC開關電源的工作模式，內(nèi)部包括功率晶體管，內(nèi)部的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路；
所述鋰電池保護電路由過充、過放、過流、過溫保護電路構成，鋰電池保護電路是連接鋰離子電芯與充放電電路的接口，通過兩個MOS場效應管對鋰離子電芯進行了完全的隔離；
所述大功率升壓模塊包括PWM/PFM切換控制電路及二極管、電感、MOS場效應管構成的CMOS升壓DC/DC控制器，特別選用了大功率磁環(huán)電感與大功率MOS場效應管與二極管，能夠穩(wěn)定的進行最高達85W的放電。升壓電路通過控制反饋點接地電阻，可以進行輸出電壓控制，可以在19V、16V、12V的輸出電壓之間進行切換；
兩個所述大功率降壓模塊分別由PWM/PFM切換控制電路及二極管、MOS場效應管構成的CMOS降壓DC/DC控制器構成，能夠同時輸出5V/2A與9V/1.5A，此中降壓電路具有自動輸出硬件過流保護功能。
[0009]殼體外形結構采用金屬外框加塑料中框的結構。
[0010]本發(fā)明的有益效果:通過全新電路和殼體外形結構設計，提高太陽能移動電源的便攜性和實用性；利用最大功率跟蹤技術，提高了太陽能電池板給太陽能移動電源的充電效率；采用了自主優(yōu)化的大功率元器件構成了升、降壓電路，具有高效率，可切換電壓的輸出特性。采用了軟硬件雙層過充、過放、過流、過溫的保護，使此發(fā)明具有更好的安全性。本發(fā)明對太陽能移動電源的設計具有很好的參考意義?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1、本發(fā)明的系統(tǒng)結構圖；
圖2、本發(fā)明的應用結構圖A ;
圖3、本發(fā)明的應用結構圖B。
[0012]圖中:1、柔性太陽能充電器，2、預置防水接口，3、防水轉(zhuǎn)接線，4、便攜式太陽能筆記本移動電源。5、USB轉(zhuǎn)接線，6、手機通用轉(zhuǎn)接頭，7、DC轉(zhuǎn)接線，8、筆記本電腦通用轉(zhuǎn)接頭，
9、手機,10、筆記本電腦，11、適配器,12、家用電插座。
【具體實施方式】
[0013]為了更清楚的理解本發(fā)明，結合附圖和實施例詳細描述本發(fā)明:
如圖1至圖3所示，便攜式太陽能筆記本移動電源，主控電路由單片機及外圍電路構成，采用16位單片機作為主控IC ;控電路通過測量電池電壓、電池保護模塊后電壓、USB 口輸出電壓、DC輸出口電壓、DC輸入口電壓、電池輸出電流、USB 口輸出電流、DC輸出口輸出電流，對整個系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，在電池保護電路的硬件保護的基礎上，進行系統(tǒng)的軟件保護；主控電路連接兩個按鍵，通過按鍵控制LED手電燈珠的使能，控制LCD液晶屏幕背光的使能，控制DC輸出口的輸出電壓的切換，控制DC輸出口輸出電壓的使能，主控電路通過連接IXD液晶顯示屏，顯示規(guī)定的圖像； 主控電路通過檢測電池輸出電流、USB 口輸出電流、DC輸出口輸出電流，實時判斷是否有外接負載，外界負載的大小，既可以起到軟件過流保護的目的，又可以隨時判斷是否有負載，從而智能關機，達到節(jié)約電量的目的。
[0014]MPPT充電管理電路由所述MPPT充電管理電路采用DC開關電源的工作模式，內(nèi)部包括功率晶體管和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路。
[0015]鋰電池保護電路由過充、過放、過流、過溫保護電路構成，鋰電池保護電路是連接鋰離子電芯與充放電電路的接口，通過兩個MOS場效應管對鋰離子電芯進行了完全的隔離。
[0016]大功率升壓模塊包括PWM/PFM切換控制電路及二極管、電感、MOS場效應管構成的CMOS升壓DC/DC控制器，特別選用了大功率磁環(huán)電感與大功率MOS場效應管與二極管，能夠穩(wěn)定的進行最高達85W的放電。升壓電路通過控制反饋點接地電阻，可以進行輸出電壓控制，可以在19V、16V、12V的輸出電壓之間進行切換；兩個所述大功率降壓模塊分別由PWM/PFM切換控制電路及二極管、MOS場效應管構成的CMOS降壓DC/DC控制器構成，能夠同時輸出5V/2A與9V/1.5A，此中降壓電路具有自動輸出硬件過流保護功能。
[0017]結構件包括殼體，殼體外形結構采用結構件包括殼體，殼體外形結構采用金屬外框加塑料中框的結構，以塑料中框為支撐體，電路板安裝在塑料中框內(nèi)，殼體本身，包括上蓋、下蓋與中間空腔件，在上蓋與下蓋形成的空腔內(nèi)收納有聚合物鋰電池和PCB電路板，中間空腔件邊緣設有標準的USB插槽(5V/2A輸出)，4.8/1.7mm大功率DC輸出接口( 19V、16V、12V/4.5A，9V/L 5A 輸出)，5.5/2.1mm 大功率 DC 輸入接口( 15-20V/3A)，高亮 LED 燈珠，上蓋設有LED手電控制(LED)按鍵，綜合控制(0N/0FF)按鍵、LCD液晶顯示屏，可以方便用戶直觀地了解電量、當前輸出電壓等狀態(tài)。下蓋安裝有防磨膠粒，方便使用。
[0018]本發(fā)明包括3塊PCB電路板，3塊PCB板之間通過插針與線纜進行連接，3塊PCB板分別為PCBl號板，PCB2號板，PCB3號板，PCBl號板包括最大功率跟蹤的充電電路、大功率升壓放電電路、降壓放電電路兩組，輸出濾波電路，PCB2號板包括主控電路，LCD液晶顯示電路，PCB3號板包括鋰電池保護電路。
[0019]采用太陽能最大功率跟蹤技術設計充電模塊，能夠根據(jù)輸入太陽能電池板的電流輸出能力自動調(diào)整輸入端阻抗，從而自動調(diào)整充電電流，可最大限度地利用輸入太陽能電池板的功率輸出能力，提高太陽能充電效率，另外，此充電管理電路也可以連接專用適配器進行充電，支持的充電電壓為15-20V，最大支持充電電流為3A，采用了定制的大功率升、降壓電路，并且能夠切換輸出電壓，切換輸出使能，使用了一塊16位單片機作為主控1C，主控電路通過測量各個連接點的電壓與電流，對整個系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，在電池保護電路的硬件保護的基礎上，進行系統(tǒng)的軟件保護。主控電路連接兩個按鍵，可以通過按鍵控制LED手電燈珠的使能，控制LCD液晶屏幕背光的使能，控制DC輸出口的輸出電壓的切換，控制DC輸出口輸出電壓的使能；主控電路通過連接LCD液晶顯示屏，能夠顯示規(guī)定的圖像，方便用戶觀察與使用；主控電路通過檢測相關測試點的電流，可以實時判斷是否有外接負載，夕卜界負載的大小，既可以起到軟件過流保護的目的，又可以隨時判斷是否有負載，從而智能關機，達到節(jié)約電量的目的。
[0020]根據(jù)上述說明，結合本領域技術可實現(xiàn)本發(fā)明的方案。
【權利要求】
1.便攜式太陽能筆記本移動電源，其特征在于，整體電路結構包括主控電路、太陽能MPPT充電系統(tǒng)、鋰電池保護電路、大功率升壓電路、兩個大功率降壓電路、輸出濾波電路和IXD液晶顯示屏，主控電路分別與鋰電池保護電路、大功率升壓電路、兩個大功率降壓電路、輸出濾波電路及LCD液晶顯示屏連接； 鋰電池保護電路分別與MPPT充電管理電路、大功率升壓模塊、大功率降壓模塊和鋰電池組連接；太陽能MPPT充電系統(tǒng)通過5.5/2.1mm大功率DC輸入接口與太陽能電池板連接，通過外徑為2.5平方毫米的硅膠線與鋰電池保護電路連接； 所述主控電路由單片機及外圍電路構成，采用16位單片機作為主控IC ； 主控電路通過測量電池電壓、電池保護模塊后電壓、USB 口輸出電壓、DC輸出口電壓、DC輸入口電壓、電池輸出電流、USB 口輸出電流、DC輸出口輸出電流，對整個系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，在電池保護電路的硬件保護的基礎上，進行系統(tǒng)的軟件保護； 主控電路連接兩個按鍵，通過按鍵控制LED手電燈珠的使能，控制LCD液晶屏幕背光的使能，控制DC輸出口的輸出電壓的切換，控制DC輸出口輸出電壓的使能， 主控電路通過連接IXD液晶顯示屏，顯示規(guī)定的圖像； 主控電路通過檢測電池輸出電流、USB 口輸出電流、DC輸出口輸出電流，實時判斷是否有外接負載，外界負載的大小，既可以起到軟件過流保護的目的，又可以隨時判斷是否有負載，從而智能關機，達到節(jié)約電量的目的； 所述MPPT充電管理電路采用DC開關電源的工作模式，內(nèi)部包括功率晶體管，內(nèi)部的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路； 所述鋰電池保護電路由過充、過放、過流、過溫保護電路構成，鋰電池保護電路是連接鋰離子電芯與充放電電路的接口，通過兩個MOS場效應管對鋰離子電芯進行了完全的隔離； 所述大功率升壓模塊包括PWM/PFM切換控制電路及二極管、電感、MOS場效應管構成的CMOS升壓DC/DC控制器，特別選用了大功率磁環(huán)電感與大功率MOS場效應管與二極管，能夠穩(wěn)定的進行最高達85W的放電，升壓電路通過控制反饋點接地電阻，可以進行輸出電壓控制，可以在19V、16V、12V的輸出電壓之間進行切換； 兩個所述大功率降壓模塊分別由PWM/PFM切換控制電路及二極管、MOS場效應管構成的CMOS降壓DC/DC控制器構成，能夠同時輸出5V/2A與9V/1.5A，此中降壓電路具有自動輸出硬件過流保護功能，殼體外形結構采用金屬外框加塑料中框的結構。
2.如權利要求1所述便攜式太陽能筆記本移動電源，其特征在于，主控電路由單片機及外圍電路構成，采用16位單片機作為主控IC;控電路通過測量電池電壓、電池保護模塊后電壓、USB 口輸出電壓、DC輸出口電壓、DC輸入口電壓、電池輸出電流、USB 口輸出電流、DC輸出口輸出電流，對整個系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，在電池保護電路的硬件保護的基礎上，進行系統(tǒng)的軟件保護；主控電路連接兩個按鍵，通過按鍵控制LED手電燈珠的使能，控制LCD液晶屏幕背光的使能，控制DC輸出口的輸出電壓的切換，控制DC輸出口輸出電壓的使能，主控電路通過連接IXD液晶顯示屏，顯示規(guī)定的圖像； 主控電路通過檢測電池輸出電流、USB 口輸出電流、DC輸出口輸出電流，實時判斷是否有外接負載，外界負載的大小，既可以起到軟件過流保護的目的，又可以隨時判斷是否有負載，從而智能關機，達到節(jié)約電量的目的。
3.如權利要求1所述便攜式太陽能筆記本移動電源，其特征在于，所述MPPT充電管理電路由所述MPPT充電管理電路采用DC開關電源的工作模式，內(nèi)部包括功率晶體管和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路。
4.如權利要求1所述便攜式太陽能筆記本移動電源，其特征在于，所述鋰電池保護電路由過充、過放、過流、過溫保護電路構成，鋰電池保護電路是連接鋰離子電芯與充放電電路的接口，通過兩個MOS場效應管對鋰離子電芯進行了完全的隔離。
5.如權利要求1所述便攜式太陽能筆記本移動電源，其特征在于，所述大功率升壓模塊包括PWM/PFM切換控制電路及二極管、電感、MOS場效應管構成的CMOS升壓DC/DC控制器，特別選用了大功率磁環(huán)電感與大功率MOS場效應管與二極管，能夠穩(wěn)定的進行最高達85W的放電；升壓電路通過控制反饋點接地電阻，可以進行輸出電壓控制，可以在19V、16V、12V的輸出電壓之間進行切換；兩個所述大功率降壓模塊分別由PWM/PFM切換控制電路及二極管、MOS場效應管構成的CMOS降壓DC/DC控制器構成，同時輸出5V/2A與9V/1.5A。
6.如權利要求1所述便攜式太陽能筆記本移動電源，其特征在于，結構件包括殼體，殼體外形結構 采用結構件包括殼體，殼體外形結構采用金屬外框加塑料中框的結構，以塑料中框為支撐體，電路板安裝在塑料中框內(nèi)，殼體本身，包括上蓋、下蓋與中間空腔件，在上蓋與下蓋形成的空腔內(nèi)收納有聚合物鋰電池和PCB電路板，中間空腔件邊緣設有標準的USB插槽，4.8/1.7mm大功率DC輸出接口，5.5/2.1mm大功率DC輸入接口，高亮LED燈珠，上蓋設有LED手電控制按鍵，控制按鍵、LCD液晶顯示屏，可以方便用戶直觀地了解電量、當前輸出電壓等狀態(tài)，下蓋安裝有防磨膠粒。
7.如權利要求1或權利要求6所述便攜式太陽能筆記本移動電源，其特征在于，包括3塊PCB電路板，3塊PCB板之間通過插針與線纜進行連接，3塊PCB板分別為PCBl號板，PCB2號板，PCB3號板，PCBl號板包括最大功率跟蹤的充電電路、大功率升壓放電電路、降壓放電電路兩組，輸出濾波電路，PCB2號板包括主控電路，IXD液晶顯示電路，PCB3號板包括鋰電池保護電路。
【文檔編號】G05F1/67GK103647337SQ201310724885
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權日:2013年12月24日
【發(fā)明者】王金林, 張文博, 周陸, 姜海, 王莉, 許鵬宇, 邱林林, 谷云龍, 楊嘯宇 申請人:天津中環(huán)創(chuàng)新科技有限公司