CN115842388A - 一种便携式可调直流稳压电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式可调直流稳压电源，包括：离子电池组、升降压变换电路、显示屏、USB充电输出接口,其中：锂离子电池组用于储存电能；升降压变换电路用于传输外部电源适配器的输入直流电与锂离子电池组的输出直流电；显示屏为OLED显示屏，用于工作状态、电压值、电流值、电池电量；USB充电输出接口用于提供数码产品充电功能。本发明的便携式可调直流稳压电源内置大容量锂电池组，无需市电也可工作，并采用同步升降压技术，工作效率高，发热量小，安全可靠，同时可通过旋钮调节电压和电流，操作简单，显示屏指示信息直观易懂。
Description
技术领域
本发明属于直流稳压电源技术领域，特别是涉及一种便携式可调直流稳压电源。
背景技术
电的发明给人类的科技带来了飞速发展，当今人类的生活几乎离不开电，数码设备、家电、无人机、电动汽车、工业设备等都是依靠电源工作，但是这些用电设备因为内部元件的老化或者外部因素会产生故障，维修这些用电设备就会用到各种工具仪器，其中最主要的就是稳压电源和电烙铁。不同的设备内部用到电源电压也不同，不过基本上都是直流电，因此可调直流稳压电源对于电工电子行业中起到的作用很大。市面上各种可调直流稳压电源都是依靠交流电供电，如果在没有市电的情况下就没法工作。当今针对户外环境一般是采用油机发电、车载逆变器等方式，但是体积笨重不方便携带，而且也不利于保护环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式可调直流稳压电源，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种便携式可调直流稳压电源，包括：
锂离子电池组、升降压变换电路、显示屏、USB充电输出接口；
所述锂离子电池组用于储存电能；
所述升降压变换电路用于传输外部电源适配器的输入直流电与所述锂离子电池组的输出直流电；
所述显示屏为OLED显示屏，用于工作状态、电压值、电流值、电池电量；
所述USB充电输出接口用于提供数码产品充电功能。
可选地，所述锂离子电池组采用CC-CV充电模式，包括涓流充电、恒流快充、恒压充电三个充电阶段。
可选地，所述锂离子电池组处于涓流充电阶段时，进行10％的小电流充电；
处于恒流快充阶段时，所述锂离子电池组的电池电压达到快充门限，充电电流为100％；
处于恒压充电阶段时，所述锂离子电池组的电池电压达到充满截止电压，充电电流减小；
当所述锂离子电池组的电池电压减小到重新充电门限电压时，再次进行充电过程。
可选地，所述升降压变换电路采用双向充放电技术，通过PWM信号驱动开关管实现同步升降压功能。
可选地，所述升降压变换电路包括升压拓扑与降压拓扑，所述升压拓扑与所述降压拓扑分别包括两根开关管。
可选地，所述升降压变换电路包括降压工作模式、升压工作模式、升降压工作模式；
当输入电压高于输出电压时，进入升压工作模式；当输入电压大于输出电压时进入降压模式；当输入电压等于输出电压时进入升降压模式。
可选地，所述升降压变换电路进入降压工作模式时，所述升降压变换电路的降压拓扑中的两根开关管为相反的PWM波形，升压拓扑中的两根开关管一高一低。
可选地，所述升降压工作模式包括降压转升压状态与升压转降压状态；
当处于降压转升压状态时，降压拓扑中的开关管的时序超前升压拓扑中开关管的时序120°；
当处于升压转降压状态时，降压拓扑中的开关管的时序滞后升压拓扑中开关管的时序120°。
可选地，所述升降压变换电路进入升压工作模式时，所述升降压变换电路的升压拓扑中的两根开关管为相反的PWM波形，降压拓扑中的两根开关管一高一低。
可选地，所述USB充电输出接口采用全协议兼容充电技术，包括两路互不影响的输出电路，所述输出电路的最大输出功率为30W
本发明的技术效果为：
1、本发明的便携式可调直流稳压电源内置大容量锂电池组，无需市电也可工作，全天候工作。
2、采用同步升降压技术，工作效率高，发热量小，安全可靠。
3、可通过旋钮调节电压和电流，操作简单，显示屏指示信息直观易懂。
4、铝合金型材外壳，结实耐用，安全可靠，满足户外使用环境。
5、充电输入满足常规车载电源或电源适配器，充电方便快捷。具有多种充电协议的USB输出接口，适合手机快速充电。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中的便携式可调直流稳压电源系统组成图；
图2为本发明实施例中的同步升降压拓扑图；
图3为本发明实施例中的同步升降压电源降压工作模式图；
图4为本发明实施例中的升降压过度模式图，其中(a)为输入电压大于等于输出电压时的升降压模式图，(b)为输入电压小于等于输出电压时的升降压模式图；
图5为本发明实施例中的升压工作模式图；
图6为本发明实施例中的锂电池充电曲线图；
图7为本发明实施例中的电路原理图；
图8为本发明实施例中的便携式可调直流稳压电源外形结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例一
如图1-8所示，本实施例中提供一种便携式可调直流稳压电源。
本实施例根据各种设备主板常用到的电压范围，满足小功率，低纹波，重量轻、体积小等性能指标，采用技术成熟的锂离子电池组和同步升降压电源拓扑，结合数字模拟处理技术实现一体化设计。
本发明的工作原理由五部分组成，如图1所示：锂离子电池组，升降压变换电路，运算处理控制电路，降压变换电路，显示屏及辅组电路。外部电源适配器输入的12V/24V直流电经过同步升降压电源变换电路，给锂离子电池组充电。锂离子电池组储存的电能，经过同步升降压变换电路转换为稳定的直流电输出。锂离子电池组提供的电能另一路给同步降压变换电路，经过多种协议识别电路给USB输出接口，满足不同手机设备的充电。显示屏采用OLED，可以显示工作状态和电压、电流值。照明灯采用恒流驱动LED电路，可以提供应急照明方便操作。
其中升降压变换电路采用最新的双向充放电技术，其控制器通过PWM信号驱动4个开关管形式实现同步升降压功能，转换效率高，输入电压范围宽，适合12V/24V车载电源或者电源适配器充电。同步升降压电源变换拓扑如下图2所示，充电时Vin端为电源输入，Vout端为电池组，开关管A和B组成降压拓扑，开关管C和D组成升压拓扑。当时放电时Vin端为电池组，Vout端为电源输出。开关管D和C组成降压拓扑，开关管B和A组成升压拓扑。
同步升降压电源变换拓扑具有三种工作模式，即降压、升压、升降压。当输入电压高于输出电压时为升压模式，当输入电压大于输出电压时为降压模式，当时输入电压等于输出电压时为升降压模式，三种不同的模式对应的4个开关管的波形也不一样。
当处于降压模式时如图3所示，开关管A和B为相反的PWM组成同步降压拓扑，开关管C为低不工作，开关管D为高作为理想二极管，电感上的波形为锯齿斩波，占空比和A管的PWM波形的对应。
当处于升降压过度模式时有两种状态，即降压转升压或者升压转降压，P主要波形分别如图4a和图4b所示。这两种情况下，四个开关管同时工作，只是时序上有略微差别。降压转升压时，开关管A和B超前开关管C和D的时序120°。升压转降压时开关管A和B滞后开关管C和D的时序120°。
当处于升压模式时如图5所示，开关管C和D为相反的PWM组成同步升压拓扑，开关管B为低不工作，开关管A为高作为理想二极管，电感上的波形为锯齿斩波，占空比和C管的PWM波形的对应。
电池组采用技术成熟的18650锂离子电池，具有比能量高、重量轻、内阻低、发热量小、使用维护方便、安全可靠等优点，按照5串4并的组合结构，额定电压18.5V，额定容量10Ah。
锂离子电池组一般采用CC-CV充电模式，整个充电过程有3个阶段，每个阶段都和电池组的电压有关系，如下图6所示。这样的模式可以延长电池的使用寿命，保护电池不受损坏。第1阶段是涓流充电，当锂电池的电压低于快充门限时，将对锂电池进行10％的小电流充电。第2阶段时恒流快充阶段，随着锂电池电压的升高，这时锂电池的电压达到快充门限，充电电流为100％。第3阶段是恒压充电，随着锂电池电压的升高，这时锂电池的电压达到充满截止电压，充电电流就开始减小。当充电电流减小到截止电流门限。这时锂电池就已经充满电，充电过程结束。当锂电池电压随着长时间放置或者放电工作，锂电池的电压会减小，当减小到重新充电门限电压即98％时，新的充电过程会启动。
本发明还具有USB充电输出接口，方便用户给手机等数码产品充电。考虑到现在充电技术的飞速发展，很多数码设备都具有快充功能，这样可以大幅缩短充电时间。调查发现现在的充电协议主要有：BC1.2，高通QC协议，苹果PE协议，三星AFC，华为FCP和SCP，VOOC低压快充、超级闪充等。在本发明在采用集成多种协议的专用IC，实现全协议兼容充电技术。两路USB输出独立工作，单路可以实现最大30W的输出且互不影响。
为了更好更直观的了解便携式可调直流稳压电源的而工作状态，因此本发明中使用耐高低温的OLED显示屏，指示工作状态、电压值、电流值、电池电量。便携式可调直流稳压电源的工作原理图如下图7所示。
本发明的结构部分是以便于携带为宗旨，具有体积小巧，重量轻，内部布局结构紧凑的特点。其外形结构如下图8所示。首先是前面板的布局，输出插座采用4mm香蕉插座和常用直流稳压电源的输出形式一致，电压电流调节旋钮安装在左上角方便使用不遮挡视线，显示屏在左上角方便查看工作状态和参数，右下角为总控按钮开关。后面板上有一个LED照明灯和其按钮开关，还有一个电源输入插座接口用来给内部电池充电。外壳采用高硬度铝合金，具有散热好、重量轻、结实耐用的特点。
本实施例中用到的所有器件都为国产化器件，控制部分的核心部件为MOS管和驱动IC，相同功能的器件在国内品牌中有多种代替型号，如果使用国外器件，则代替型号更多。
本发明采用最新的四开关同步升降压转换电源拓扑，特殊的控制方式既可以实现充电也可以放电，所以电路板的尺寸减小，转换效率提高，输入电压范围宽适合多种环境下充电。辅助输出USB接口具有多种的快充协议，兼容市面上大部分智能手机和数码产品。本发明在结构设计上紧凑，体积小重量轻携带方便，相比市面上的可调稳压电源具有内置锂电池组供电，满足户外维修调试工作要求。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种便携式可调直流稳压电源，其特征在于，包括：锂离子电池组、升降压变换电路、显示屏、USB充电输出接口；
所述锂离子电池组用于储存电能；
所述升降压变换电路用于传输外部电源适配器的输入直流电与所述锂离子电池组的输出直流电；
所述显示屏为OLED显示屏，用于工作状态、电压值、电流值、电池电量；
所述USB充电输出接口用于提供数码产品充电功能。
2.根据权利要求1所述的便携式可调直流稳压电源，其特征在于，所述锂离子电池组采用CC-CV充电模式，包括涓流充电、恒流快充、恒压充电三个充电阶段。
3.根据权利要求2所述的便携式可调直流稳压电源，其特征在于，所述锂离子电池组处于涓流充电阶段时，进行10％的小电流充电；
处于恒流快充阶段时，所述锂离子电池组的电池电压达到快充门限，充电电流为100％；
处于恒压充电阶段时，所述锂离子电池组的电池电压达到充满截止电压，充电电流减小；
当所述锂离子电池组的电池电压减小到重新充电门限电压时，再次进行充电过程。
4.根据权利要求1所述的便携式可调直流稳压电源，其特征在于，所述升降压变换电路采用双向充放电技术，通过PWM信号驱动开关管实现同步升降压功能。
5.根据权利要求1所述的便携式可调直流稳压电源，其特征在于，所述升降压变换电路包括升压拓扑与降压拓扑，所述升压拓扑与所述降压拓扑分别包括两根开关管。
6.根据权利要求1所述的便携式可调直流稳压电源，其特征在于，所述升降压变换电路包括降压工作模式、升压工作模式、升降压工作模式；
当输入电压高于输出电压时，进入升压工作模式；当输入电压大于输出电压时进入降压模式；当输入电压等于输出电压时进入升降压模式。
7.根据权利要求6所述的便携式可调直流稳压电源，其特征在于，所述升降压变换电路进入降压工作模式时，所述升降压变换电路的降压拓扑中的两根开关管为相反的PWM波形，升压拓扑中的两根开关管一高一低。
8.根据权利要求6所述的便携式可调直流稳压电源，其特征在于，所述升降压工作模式包括降压转升压状态与升压转降压状态；
当处于降压转升压状态时，降压拓扑中的开关管的时序超前升压拓扑中开关管的时序120°；
当处于升压转降压状态时，降压拓扑中的开关管的时序滞后升压拓扑中开关管的时序120°。
9.根据权利要求6所述的便携式可调直流稳压电源，其特征在于，所述升降压变换电路进入升压工作模式时，所述升降压变换电路的升压拓扑中的两根开关管为相反的PWM波形，降压拓扑中的两根开关管一高一低。
10.根据权利要求1所述的便携式可调直流稳压电源，其特征在于，所述USB充电输出接口采用全协议兼容充电技术，包括两路互不影响的输出电路，所述输出电路的最大输出功率为30W。
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