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探究复合充电式90W移动电源设计

2017-08-30广东省电子信息高级技工学校黄利荣

电子世界 2017年15期
关键词:电感太阳能电源

广东省电子信息高级技工学校 黄利荣

探究复合充电式90W移动电源设计

广东省电子信息高级技工学校 黄利荣

移动电源是现代人类生活的重要部分,借助移动电源可完成对移动电子产品充电。同时,受移动电源安全问题的影响,人们对移动电源的安全性、稳定性和输出功率需求不断变化,且日渐关注。本文详细的展开移动电源的分析,完成对复合充电式90W移动电源的设计,对其具体的电路、高频电感等的设计进行分析,使得移动电源能够具备太阳能充电的能力,还可以具备车载似移动电源的充电方式,达到复合充电式目的,且最高输出可以达到90W,满足诸多电子产品的需求,提升人们生活品质。

复合充电式;90W;移动电源;设计

移动电源是完成对移动终端设备电池充电的装备,满足人们户外需求电源的需求,进而提升电子产品的续航能力。现阶段,移动电源主要选择传统电源充电的方式,输出功率较低,一般在10W-20W左右,不能完成对诸多电子设备的满足,且续航时间较低。基于此,本文分析复合充电式90W移动电源,完成对具体的太阳能充电模块、高频的电感等的设计,具体内容如下。

1 复合充电式90W移动电源分析

1.1 复合充电式90W移动电源设计意义

信息技术的进步,各类电子设备发展和完善,移动终端成为人们生活中的基础设备。而这些移动终端在实际的应用中,会受到电池尺寸和容量的限制,在有效的电量支持下,移动终端的续航能力受到影响,为了迎合移动终端的基本需求,移动电源的作用就显得十分明显,可以有效的完成对移动终端的充电,尤其是一些户外环境,移动终端设备不能借助市电展开充电。受到人们需求的影响,移动电源的相关技术不断发展,移动电源的容量和续航时间均得到了改善。

智能手机具备上网、语音、视频等功能,无疑加大了对智能手机电池电源的消耗能力。但是,受到智能手机电池容量的限制,智能手机对移动电源的需求较大,这也推动了移动电源市场的发展。

传统的移动电源不足之处,具有充电方式单一、输出功率较低的情况,一般在10W-20W左右,需要频繁的充电,才能满足使用者的需求。但是,受到一些特殊情况的影响,使用者不能及时与市电连接完成对移动电源的充电,这也就影响了移动电源使用者的需求。故此,需要对复合充电式90W移动电源的研究和设计,达到增加移动电源输出功率和充电方式的目的。

1.2 复合充电式移动电源的充电方式

所谓复合充电式移动电源,是具备多种充电方式的移动电源,可以选择市电充电和太阳能充电。其中太阳能充电,是在移动电源不能得到市电补充的情况下选择的充电方式。将太阳能充电与移动电源相结合,能够改变移动电源发展方向,便利人们生活。太阳能是清洁、可再生的能源类型,随着太阳电池的相关技术完善,将太阳能与移动电源的相结合,达到复合充电式移动电源的目的。

随着人们精神追求和生活品质的提升,户外出行的频率增加,尤其是长时间的户外活动,移动电源成为人们的首选装备。为了保障较长时间的续航能力,可以选择构建复合充电式移动电源,满足人们的需求。

2 复合充电式90W移动电源设计

复合充电式90W移动电源是借助太阳能充电和市电充电方式,并保障移动电源具有较高的效果,满足各类电子产品的基本需求。

2.1 系统总体架构分析

复合充电式90W移动电源的设计中,主要是由充电模块、电池模块、输出模块构成,其中电池模块主要完成对电能存储,且电池的电芯选择聚合物锂电池。输出模块,完成电源的输出,实现电子设备的充电,并主要是由输升压模块、降压模块构成。充电模块,是完成对电能输入,达到充电的目的,主要是由十太阳能电池板和充电电路构成。具体的复合充电式90W移动电源的整个系统如下图1所示。

图1 复合充电式90W移动电源的整个系统

按照如上设计的方式,可以完成对移动电源的设计,且移动电源具有较好的保护性能,能够完成对短路的保护。还具备过压保护和欠压保护,从而有效的完成移动电源的保护,进而规避电源安全隐患的发生。

2.2 太阳能充电模块设计

为了完成移动电源的复合充电,具体的设计中添加太阳能充电的方式,完成对太阳能充电模块的构建。

1)太阳能电池板。主要借助太阳能电池板完成对太阳能的采集,并将太阳能转化为电能,存储到电池中。为了满足复合充电式移动电源,需要保障太阳能电池板的功率为30W,工作电压为18V,且工作温度为20~80℃。

2)芯片的选型。选择CN3705电池充电管理芯片作为核心芯片,从而完成对输入电压和充电电流的控制。其中,CN3705电池充电管理芯片的输入电压范围7.5~28V,充电电流最高5A,具有外围元件少,应用简单直接的特点,可以有效的应用到太阳能锂电池的管理中,达到提升太能充电的效果。

3)基于太阳能的充电模块设计。具体的充电模块电路图如下图2所示。

图2 充电电路的原理设计图

通过对原理图的分析,可以明确各个元件功能和作用,并综合控制,完成对电路设计。

①恒压充电。由图中R5、R6和电池构成一个回路,且回路中会产生一个分压的现象。电阻R5的两端电压会反馈到的CN3705电池充电管理芯片的10脚电压反馈端,并根据这一反馈情况完成对太阳能电池充电模块的工作模式的选择。假设内部电压为的2.416V,这一状态下为恒压充电模式,且得到充电电压的为如下公式:

根据上述公式(1),可以对恒压充电模式下的充电电压的计算。但是,锂电池的恒压充电电压为12.6V,将上述公式进行逆推,进而完成对电阻R5和R6 的计算,从而完成对充电电路中电阻的取值。

②涓流充电。这类状态下与恒定电流充电,这类充电中,回路反馈电压要明显低于的恒压充电,且反馈电压为恒压充电的2/3。这也就说明移动电源处于放电的情况。这一状态下需要对电池进行保护,从而由CN3705电池充电管理芯片对电池的工作模式进行切换,切换为涓流充电模式。这时,电池会以很小的电流展开充电,可以得到具体的充电电流为恒压充电时电流的15%。但是,由于电路中设置欠压保护,也就使得涓流充电模式不适应复合充电式90W移动电源。

③恒流充电。与恒压充电的电阻设定方式存在差异,整个充电模块中,对其具有明确展示,主要是借助电阻R1,其中R1的电阻设定公式情况如下公式(2)所示:

其中Ich为表示恒流充电时的电流,R1表示采样电阻,且能够得到锂电池的恒流充电时,电流为1A,故此展开计算,可以获得采样电阻具体的电阻值,经计算为0.2Ω。

④自动再充功能。符合充电式90W移动电源在充电完成后,内部电阻会出现持续放电的现象,这类现象就会引起电池电量损耗的情况,影响电池的应用质量。故此,通过对电池自动再充功能进行设计。

⑤电感选择。通常情况下,电路如果没出现异常,电感上的电流数值会呈现周期性变化。在接通电源后,电感上的电流会上升,而关闭电源后,电感电流下降。曲且电感的波纹电流和电感值、输入电压之间具有一定的联系,如果电电感取值小时,则得到的波纹电会增加。具体的计算公式如下(3)所示:

上述公式中,IL用来描述波纹电流,VBAT描述电池两端的电压情况,VCC表示输入电压,f为开关频率,L电感值。综合供述,可以完成对符合充电式90W移动电源的电感值选取。

2.3 升压模块设计

升压模块是复合充电式90W移动电源的基础,具体的升压模块结构图如图3所示。

图3 升压模块结构图

图4 降压模块结构框图

输入直流电压后,会经过电容滤波,借由变换器和输入端的整流滤波后,得到直流电压。当输入直流电压变化时,需保障电压的稳定性,需输出电压进行采样,且将反馈信号输入到控制芯片中,再完成对的输出宽度的控制,达到提升电压稳定性的目的。对于芯片的选择的,可以选择LM256T-5.0,满足降压模块的基本需求,并具备限流保护、热股关断保护,从而形成一个稳定的电路。对于外围电路,主要由滤波电容、储能电感、二极管等构成,从而使得降压模块能够在的通电的情况下,电感充电,存储能量,且电流按照线性的方式上升。断开后,电感会形成一个反向的感应电压。这时,二极管作用,完成正向导,电感释放能量完成供电。借助降压模块可以成为一个具有持续输出稳定电压移动电源。具体的设计需要对电感、二极管和输出电容等展开综合选择。

2.5 保护与显示电路设计

为了保障移动电源的安全性和服务性,需要合理的展开对充放电过程的控制。其中,主要选择单片机完成对这一过程的控制,完成对电路的保护和监测。其中的控制芯片的选择的PLC,其中PLC的功能具有存储、I/O端口、ADC模块,从而有效的提升移动电源的保护和监测水平。

1)过温保护。为了完成对移动电源的保护,需要合理的展开的过温保护的设计。具体的移动电源应用中,功率元件可能会产生大量热量,如果功率元件的温度超出标准,就可能会对移动电源内部的元件造成损伤,进而导致移动电源损坏,严重时,还可能会导致移动电源爆炸的现象的产生,不利于移动电源的功能发挥。故此,借助负热敏电阻NTC,完成对功率器件的温度采样,当温度超出标准70℃,再借助继电器,完成对电源回路的控制,从而达到过温情况的控制,规避安全隐患。

2)过压保护。移动电源工作时,如果放完存储电量后,可能会导致引起过放电的情况发生。从而会引起电池的容量永久性降低。对于过压保护可以选择CN3705芯片完成控制,从而有效保障电路的安全。

3)显示电路。为了便利用户的使用,可以对移动电源的剩余电量进行显示,故此,需展开显示电路的设计。具体的显示电路设计,可以按照如下图5展开设计。

图5 显示电路设计图

3 测试分析

按照上述设计展开对复合充电式90W移动电源的城市工作,且得到在正午太阳直射条件下,空载电压为20.9V,空载电流为1.57A。再综合对复合充电的情况进行分析,在多云和阴雨天气,充电效果不够理想,需要不断改进。但,在光照条件较好的情况下,实际的测量值和设定值基本吻合,满足使用标准。

综合的分析,可以得到复合充电式90W移动电源的功率大、功能全,可以实现多情况下的充电,满足户外活动的基本需求,在满足太阳能充电的基础上,还可以用于市电、20V车载的电池充电,满足复合充电式的基本需求。

4 结束语

复合充电式90W移动电源是应对移动电源功率不足和充电方式单一的情况。故此,详细的对复合充电式90W移动电源的设计展开分析,具体的设计主要展开充电模块、升压模块、降压模块、显示与保护等展开设计,保障移动电源功能性。通过复合充电式90W移动电源的设计,可以满足多功能和复合充电式的基本需求。

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