背包式應急電源的製作方法

2023-09-22 13:12:45

專利名稱：背包式應急電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應急電源。
背景技術：
一般的應急電源主要由金屬外殼包裝，金屬外殼上會有固定的正負極，使用時只要將電源的正負極和設備的正負極對應連接。而且很多的電源內部結構比較複雜，金屬外殼比較沉重，這就使電源本身很笨重，從而大大降低了電源使用的方便性和可操作性。

發明內容
本發明的目的在於提供一種背包式應急電源，其採用獨特的外觀形狀和軟體設計，使用方便快捷，提高了可操作性。
為達到上述目的，本發明提供一種背包式應急電源，其內部結構包含電路連接的控制電路和一個蓄電池，特點在於，還包含一背包式外殼；所述的控制電路包含依次電路連接的外部電池檢測電路，驅動邏輯電路，自動反接電路，充電控制及電池電量檢測電路；所述的外部電池檢測電路，驅動邏輯電路，自動反接電路，充電控制及電池電量檢測電路分別還連接一單片機；所述的驅動邏輯電路(H橋電路)包含高端驅動電路和低端驅動電路；所述的驅動邏輯電路還包含限流保護電路，其由單片機的PWM(脈衝寬度調製)控制實現；所述的自動反接電路由若干MOSFET(金屬氧化物半導體場效應電晶體)組成；包含由正向邏輯信號驅動的若干MOSFET和由反向邏輯信號驅動的若干MOSFET；所述的控制電路還包含時間保護電路和過溫保護電路；所述的時間保護電路由單片機控制；所述的過溫保護電路與單片機連接；所述的背包式外殼具有底部和側壁，所述的側壁上設置若干包袋和若干開孔，所述背包式外殼的底部、側壁和頂蓋形成的空間內放置蓄電池，所述的包袋內可以放置控制電路、接線夾或者其他工具等，所述的若干開孔可以引出導線連接外部設備，從而不用打開背包式外殼就可完成對設備電池的充電；進一步，所述的背包式外殼上還設置肩帶和提手，方便了應急電源的搬運；所述的背包式外殼還包含頂蓋；所述背包式應急電源的背包式外殼採用質地柔軟又抗拉不易破損的紡織材料製成，包覆整個應急電源的內部結構，這就減輕了該應急電源的重量，攜帶方便，更利於應急電源的搬運。
本發明提供的應急電源的工作原理如下當該背包式應急電源與設備電池連接後，外部電池檢測電路對電池極性的連接進行判斷，首先，該外部電池檢測電路時會產生一偏置電壓，並將該偏置電壓傳送給單片機，當單片機接收到該偏置電壓信號後，再判斷應急電源與設備電池連接的正負極性；當應急電源與設備電池正接時，外部電池檢測電路在信號輸出端的電壓為0，當單片機接收到該信號後，單片機工作在正向工作狀態；當應急電源與設備電池反接時，外部電池檢測電路的輸出端產生一電壓值，當單片機接收到該電壓信號後，單片機工作在反向工作狀態；單片機提供正確的邏輯驅動信號分別給予高端驅動電路和低端驅動電路，該正確的邏輯驅動信號可保證高端驅動電路輸出端的可靠驅動和低端驅動電路輸出端的可靠驅動；同時，當H橋驅動邏輯電路被邏輯驅動信號驅動後，由於會有相當大的電流流過，所以設置有限流保護電路進行限流保護，該限流保護電路是由單片機的PWM(脈衝寬度調製)控制實現；對H橋電流取樣，得到的電流信號經過放大器放大，輸出給單片機，並輸出對應的PWM波形；如果單片機檢測得到此時H橋電流低於額定電流時，PWM不工作，使該電流值全額輸出；如果單片機檢測得到此時H橋電流高於額定電流時，PWM通過控制佔空比來控制H橋驅動邏輯電路中的MOSFET的柵極的導通時間，所述的佔空比，是指單位周期內高電平佔有的比例，若佔空比越小，即單位時間內導通的平均電流越小，由此MOSFET所承載的電流就越小，這樣就使得流過的電流達到了最大值，但又保持平均電流不變，起到保護MOSFET的作用；驅動邏輯電路輸出端的驅動信號傳送至自動反接電路，當該自動反接電路接收到的信號表明應急電源與設備電池是正接狀態，表明驅動邏輯電路提供的是正向邏輯信號，自動反接電路中的由正向邏輯信號驅動的若干MOSFET被連接導通，並輸出該信號至單片機；當該自動反接電路接收到的信號表明應急電源與設備電池是反接狀態，表明驅動邏輯電路提供的是反向邏輯信號，自動反接電路中的由反向邏輯信號驅動的若干MOSFET被連接導通，並輸出該信號至單片機；單片機接收到正確的邏輯信號後，啟動充電控制及電池電量檢測電路工作；充電控制及電池電量檢測電路檢測當前設備電池的電壓值，並將其輸入至單片機，再按下測試按鈕就可以顯示目前的設備電池的電壓值，同時，根據預先對電壓值的量化設定，相對應的會顯示目前設備電池的電壓值處於「高、中、低」中的哪一個狀態；如果檢測得到當前設備電池的電量不足時，蓄電池22對設備電池進行充電，提供輔助電流；在充電過程中，當顯示設備電池的電壓高於預先設置的充電電壓門限時，將充電狀態轉換為浮充狀態，即小電流充電狀態，並且有相應的指示燈顯示該信息。
本發明提供的背包式應急電源的控制電路，還包含時間保護電路和過溫保護電路；該時間保護電路是由單片機控制實現的，可根據實際情況在單片機內先設置一設定值，應急電源開始工作，單片機就開始計時，當應急電源的工作時間達到該設定值時，應急電源就自動停止工作，在休息一段時間後重新啟動再開始工作；該過溫保護電路採用負溫度係數的電阻作為其熱敏電阻，將檢測得到的電壓輸入給單片機，單片機根據接收到的當前電壓數值判斷電路的溫度，一旦發現該應急電源當前的溫度高於正常值的時候，單片機立即使該應急電源停止工作，直到其溫度恢復正常，再自動重新啟動，開始工作。
本發明提供的背包式應急電源具有以下優點1.背包式外殼採用質地柔軟又抗拉不易破損的材料製成，省卻了製造由金屬或者塑料材料製成外殼的開模費用，採用背包式外殼，可方便成型和更改外觀形狀；2.減輕了應急電源的整體重量，背包式外殼上的肩帶和提手，可以將整個應急電源背在肩上或者提在手上，方便攜帶，更利於運動狀態使用；3.背包式外殼採用的材料比金屬或者塑料外殼更具有緩衝性，使應急電源不易摔壞；
4.背包式外殼採用的材料利於環保，便於回收；5.應急電源的外殼採用軟體設計，背包式外殼內還可放置其他工具，可多功能使用；6.應急電源的外殼與內部器件採用柔性連接，便於裝配和維修。


圖1為本發明提供的背包式應急電源的背包式外殼的結構示意圖；圖2為本發明提供的背包式應急電源自動反接的工作原理圖；圖3為本發明提供的背包式應急電源的控制電路的電路框圖；圖4為本發明提供的背包式應急電源的外部電池檢測電路；圖5為本發明提供的背包式應急電源的高端驅動電路；圖6為本發明提供的背包式應急電源的低端驅動電路；圖7為本發明提供的背包式應急電源的限流保護電路；圖8為本發明提供的背包式應急電源的充電控制及電池電量檢測電路；圖9為本發明提供的背包式應急電源的過溫保護電路。
具體實施例方式
以下根據圖1～圖9，具體說明本發明的一個最佳實施方式本發明提供一種背包式應急電源，其內部結構包含電路連接的控制電路21和一個蓄電池22，特點在於，還包含一背包式外殼；如圖1所示，所述的背包式外殼具有底部101、側壁102以及頂蓋103，所述的側壁上設置若干包袋1021和若干開孔1022，所述背包式外殼的底部101、側壁102和頂蓋103形成的空間內放置蓄電池22，所述的包袋1021內可以放置控制電路、接線夾或者其他工具等，所述的若干開孔1022可以引出導線連接外部設備，從而不用打開背包式外殼就可完成對設備電池的充電；進一步，所述的背包式外殼上還設置肩帶和提手；所述背包式應急電源的背包式外殼採用質地柔軟又抗拉不易破損的紡織材料製成；如圖2所示，為本發明提供的應急電源的控制電路的電路框圖，該控制電路21包含依次電路連接的外部電池檢測電路201，驅動邏輯電路202，自動反接電路203，充電控制及電池電量檢測電路204；
所述的外部電池檢測電路201，驅動邏輯電路202，自動反接電路203，充電控制及電池電量檢測電路204分別還電路連接一單片機(未在圖中示出)；所述的驅動邏輯電路202(H橋電路)，其包含高端驅動電路2021(如圖4)和低端驅動電路2022(如圖5)；所述的自動反接電路由若干MOSFET(金屬氧化物半導體場效應電晶體)組成；包含由正向邏輯信號驅動的若干MOSFET和由反向邏輯信號驅動的若干MOSFET；所述的驅動邏輯電路202還包含限流保護電路2023(如圖6)，其由單片機的PWM(脈衝寬度調製)控制實現；所述的控制電路還包含時間保護電路和過溫保護電路205；所述的時間保護電路由單片機控制；所述的過溫保護電路205與單片機連接。
本發明提供的背包式應急電源的工作原理如下如圖3所示，為本發明提供的背包式應急電源的外部電池檢測電路201電路圖，該外部電池檢測電路201對電池極性的連接進行判斷；所述的外部電池檢測電路201包含電路連接的二極體比較電路2011，偏置電壓產生電路2012和導通壓降產生電路2013；所述的二極體比較電路2011包含比較器U1A和U1B和二極體D1和D2；比較器U1A的輸出端和二極體D1的陽極連接，以比較外部電池檢測電路201的輸入端A點的電壓信號，確定二極體D1導通與否；比較器U1B的輸出端和二極體D2的陽極連接；以比較外部電池檢測電路201的輸入端B點的電壓信號，確定二極體D2導通與否；所述的偏置電壓產生電路2012包含三極體A1，在偏置電壓產生電路2012的輸出端D點產生偏置電壓；所述的導通壓降產生電路2013根據二極體比較電路2011的信號產生導通壓降；當應急電源與汽車電池正接時，即A點接正極，B點接負極，此時二極體D1導通，二極體D2截至，於是在C點得到值為零導通壓降，同時由於三極體A1導通，故在D點上會產生一偏置電壓，該偏置電壓傳送給單片機，當單片機接收到該偏置電壓信號後，接收C點的導通壓降零，判斷出此時應急電源與汽車電池正接，該單片機於是工作在正向工作狀態；當該應急電源與汽車電池反接時，即A點接負極，B點接正極，此時二極體D2導通，二極體D1截止，於是在C點可得到一電壓值為+5V，同時在D點產生一偏置電壓，該偏置電壓傳送給單片機，當單片機接收到該偏置電壓信號後，接收C點的導通壓降+5V，判斷出此時應急電源與汽車電池反接，該單片機於是工作在正向工作狀態。而且當A、B兩點不連接外部電池時，該電路不工作，所以如果不小心直接將A、B兩點短接也不會造成電路損壞，可避免該電路的輸出端短路。
單片機提供正確的邏輯驅動信號分別給予高端驅動電路和低端驅動電路，該正確的邏輯驅動信號可保證高端驅動電路輸出端的可靠驅動和低端驅動電路輸出端的可靠驅動；如圖4所示，為本發明提供的應急電源的高端驅動電路2021的電路圖，所述的高端驅動電路2021包含高端電源激活電路20211，正向驅動三極體電路20212和反向驅動三極體電路20213；所述的高端電源激活電路20211包含一高端驅動晶片U2，+12V的電源激活高端驅動晶片U2工作，輸出脈衝驅動，導通電路；當外部電池檢測電路201輸出正向邏輯信號至單片機時，由所述的正向驅動三極體電路20212從單片機接收該正向邏輯信號，驅動三極體A2，在高端開關管Q1上產生25V左右的電壓，最終使高端柵極電壓壓差為12V左右，驅動高端開關管Q1；當外部電池檢測電路201輸出反向邏輯信號至單片機時，由所述的反向驅動三極體電路20213從單片機接收該反向邏輯信號，驅動三極體A3，在高端開關管Q2上產生25V左右的電壓，最終使高端柵極電壓壓差為12V左右，驅動高端開關管Q2。
如圖5所示，為本發明提供的應急電源的低端驅動電路2022的電路圖，所述的低端驅動電路2022包含低端電源激活電路20221，正向驅動三極體電路20222和反向驅動三極體電路20223；所述的低端電源激活電路20221中，+12V電源激活電路導通；當外部電池檢測電路201輸出正向邏輯信號至單片機時，由所述的正向驅動三極體電路20222從單片機接收正向邏輯信號，驅動三極體A4，在低端開關管Q4上產生25V左右的電壓，最終使低端柵極電壓壓差為12V左右，驅動高端開關管Q4；當外部電池檢測電路201輸出反向邏輯信號至單片機時，由所述的反向驅動三極體電路20223從單片機接收反向邏輯信號，驅動三極體A5，在高端開關管Q3上產生25V左右的電壓，最終使低端柵極電壓壓差為12V左右，驅動高端開關管Q3。
同時，當H橋驅動邏輯電路被邏輯驅動信號驅動後，由於會有相當大的電流流過，所以設置有限流保護電路進行限流保護，該限流保護電路2023是由單片機的PWM(脈衝寬度調製)控制實現；如圖6所示，為本發明提供的應急電源的限流保護電路2023的電路圖，對H橋電流進行取樣，得到的電流信號經過兩極放大器放大，輸出給單片機，並輸出對應的PWM波形；如果單片機檢測得到此時H橋電流低於額定電流時，PWM不工作，使該電流值全額輸出；如果單片機檢測得到此時H橋電流高於額定電流時，PWM通過控制佔空比來控制H橋驅動邏輯電路中的MOSFET(金屬氧化物半導體場效應電晶體)的柵極的導通時間，所述的佔空比，是指單位周期內高電平佔有的比例，若佔空比越小，即單位時間內導通的平均電流越小，由此MOSFET所承載的電流就越小，這樣就使得流過的電流達到了最大值，但又保持平均電流不變，起到保護H橋驅動邏輯電路中的MOSFET的作用；H橋驅動邏輯電路202輸出端(圖4中的Q1、Q2，圖5中的Q3、Q4)輸出的驅動信號傳送至自動反接電路203，如圖1所示，當該自動反接電路203接收到的信號表明應急電源與設備電池是正接狀態，表明驅動邏輯電路202提供的是正向邏輯信號，自動反接電路203中的由正向邏輯信號驅動的MOSFET M1和MOSFET M4連接導通，並輸出該信號至單片機；當該自動反接電路203接收到的信號表明應急電源與設備電池是反接狀態，表明驅動邏輯電路202提供的是反向邏輯信號，自動反接電路203中的由反向邏輯信號驅動的MOSFET M2和MOSFET M3連接導通，並輸出該信號至單片機；單片機接收到正確的邏輯信號後，啟動充電控制及電池電量檢測電路204工作；如圖7所示，充電控制及電池電量檢測電路204檢測當前汽車電池的電壓值，並將其輸入至單片機，再按下測試按鈕就可以顯示目前的汽車電池的電壓值，同時，根據預先對電壓值的量化設定，相對應的會顯示目前汽車電池的電壓值處於「高、中、低」中的哪一個狀態；如果檢測得到當前汽車電池的電量不足時，蓄電池22對汽車電池進行充電，提供輔助電流；在充電過程中，當顯示汽車電池的電壓高於預先設置的充電電壓門限時，將充電狀態轉換為浮充狀態，即為小電流充電狀態(一般為幾毫安)，並且有相應的指示燈顯示該信息。
本發明提供的應急電源的控制電路，還包含時間保護電路和過溫保護電路；該時間保護電路是由單片機控制實現的，可根據實際情況在單片機內先設置一設定值，應急電源開始工作，單片機就開始計時，當應急電源的工作時間達到該設定值時，應急電源就自動停止工作，在休息一段時間後重新啟動再開始工作；如圖8所示，為過溫保護電路205的電路圖，該過溫保護電路採用負溫度係數的電阻作為其熱敏電阻，AD1，AD2檢測得到的電壓輸入給單片機，單片機根據接收到的當前電壓數值判斷電路的溫度，一旦發現該應急電源當前的溫度高於正常值的時候，單片機立即使該應急電源停止工作，直到其溫度恢復正常，再自動重新啟動，開始工作。
本發明提供的背包式應急電源具有以下優點1.背包式外殼採用質地柔軟又抗拉不易破損的材料製成，省卻了製造由金屬或者塑料材料製成外殼的開模費用，採用背包式外殼，可方便成型和更改外觀形狀；2.減輕了應急電源的整體重量，背包式外殼上的肩帶和提手，可以將整個應急電源背在肩上或者提在手上，方便攜帶，更利於運動狀態使用；3.背包式外殼採用的材料比金屬或者塑料外殼更具有緩衝性，使應急電源不易摔壞；4.背包式外殼採用的材料利於環保，便於回收；5.應急電源的外殼採用軟體設計，背包式外殼內還可放置其他工具，可多功能使用；6.應急電源的外殼與內部器件採用柔性連接，便於裝配和維修。
權利要求
1.一種背包式應急電源，其包含控制電路(21)和蓄電池(22)，其特徵在於，還包含一背包式外殼；所述的背包式外殼具有底部(101)和側壁(102)，所述的側壁上設置若干包袋(1021)和若干開孔(1022)；所述的背包式外殼上還設置肩帶和提手；所述的控制電路(21)和蓄電池(22)電路連接；所述的控制電路(21)包含依次電路連接的外部電池檢測電路(201)，驅動邏輯電路(202)，自動反接電路(203)，充電控制及電池電量檢測電路(204)；該外部電池檢測電路(201)，驅動邏輯電路(202)，自動反接電路(203)，充電控制及電池電量檢測電路(204)分別電路連接單片機。
2.如權利要求1所述的背包式應急電源，其特徵在於，所述的背包式外殼採用質地柔軟又抗拉不易破損的紡織材料製成；所述的背包式外殼具有頂蓋(103)。
3.如權利要求1所述的背包式應急電源，其特徵在於，所述的外部電池檢測電路(201)包含電路連接的二極體比較電路(2011)，偏置電壓產生電路(2012)和導通壓降產生電路(2013)；所述的二極體比較電路(2011)包含比較器(U1A和U1B)和二極體(D1和D2)；比較器(U1A)的輸出端和二極體(D1)的陽極連接，以比較外部電池檢測電路(201)的輸入端A點的電壓信號，確定二極體(D1)導通與否；比較器(U1B)的輸出端和二極體(D2)的陽極連接；以比較外部電池檢測電路(201)的輸入端B點的電壓信號，確定二極體(D2)導通與否；所述的偏置電壓產生電路(2012)包含三極體(A1)，在偏置電壓產生電路(2012)的輸出端D點產生偏置電壓，並將該電壓信號傳送至單片機，驅動單片機工作；所述的導通壓降產生電路(2013)根據二極體比較電路(2011)的信號產生導通壓降並將該導通壓降傳送至單片機，提供應急電源與設備電池極性連接的邏輯信號。
4.如權利要求1所述的背包式應急電源，其特徵在於，所述的驅動邏輯電路(202)包含高端驅動電路(2021)和低端驅動電路(2022)，傳送驅動信號至自動反接電路(203)。
5.如權利要求3所述的背包式應急電源，其特徵在於，所述的高端驅動電路(2021)包含高端電源激活電路(20211)，正向驅動三極體電路(20212)和反向驅動三極體電路(20213)；所述的高端電源激活電路(20211)包含一高端驅動晶片(U2)，電源激活高端驅動晶片(U2)工作，輸出脈衝驅動，導通電路；所述的正向驅動三極體電路(20212)接收單片機正向邏輯信號，驅動三極體(A2)，在高端開關管(Q1)上產生電壓值，驅動高端開關管(Q1)；所述的反向驅動三極體電路(20213)接收單片機反向邏輯信號，驅動三極體(A3)，在高端開關管(Q2)上產生電壓值，驅動高端開關管(Q2)。
6.如權利要求3所述的背包式應急電源，其特徵在於，所述的低端驅動電路(2022)包含低端電源激活電路(20221)，正向驅動三極體電路(20222)和反向驅動三極體電路(20223)；所述的低端電源激活電路(20221)，電源激活電路導通；所述的正向驅動三極體電路(20222)接收單片機正向邏輯信號，驅動三極體(A4)，在低端開關管(Q4)上產生電壓值，驅動高端開關管(Q4)；所述的反向驅動三極體電路(20223)接收單片機反向邏輯信號，驅動三極體(A5)，在高端開關管(Q3)上產生電壓值，驅動高端開關管(Q3)。
7.如權利要求3所述的背包式應急電源，其特徵在於，所述的驅動邏輯電路(202)還包含限流保護電路(2023)，其由單片機的脈衝寬度調製控制實現。
8.如權利要求1所述的背包式應急電源，其特徵在於，所述的自動反接電路(203)由正向邏輯信號驅動的MOSFET(金屬氧化物半導體場效應電晶體)和由反向邏輯信號驅動的若干MOSFET組成；所述的正向邏輯信號驅動的MOSFET(M1)和MOSFET(M4)接受驅動邏輯電路(202)的正向邏輯信號，並連接電路工作；所述的反向邏輯信號驅動的MOSFET(M2)和MOSFET(M3)接受驅動邏輯電路(202)的反向邏輯信號，並連接電路工作。
9.如權利要求1所述的背包式應急電源，其特徵在於，所述的充電控制及電池電量檢測電路(204)檢測得到當前設備電池的電壓值，並當該設備電池的電量不足時，對其充電。
10.如權利要求1所述的背包式應急電源，其特徵在於，所述的控制電路還包含時間保護電路，由單片機控制實現，保證應急電源的工作的時間不超負荷；所述的控制電路還包含過溫保護電路(205)，由單片機控制實現，保證應急電源的工作溫度處於正常狀態。
全文摘要
本發明涉及一種背包式應急電源，其內部結構包含電路連接的控制電路和一個蓄電池，特點在於，還包含一背包式外殼；所述的背包式外殼具有底部和側壁，所述的側壁上設置若干包袋和若干開孔，背包式外殼上還設置肩帶和提手；該控制電路包含依次電路連接的外部電池檢測電路，驅動邏輯電路，自動反接電路，充電控制及電池電量檢測電路；該外部電池檢測電路，驅動邏輯電路，自動反接電路，充電控制及電池電量檢測電路分別連接單片機。本發明提供的背包式應急電源，省卻開模費用，可方便成型和更改外觀形狀；減輕重量，攜帶方便，更利於運動狀態使用；不易摔壞；利於環保，便於回收；軟體設計，可多功能使用；柔性連接，便於裝配和維修。
文檔編號H05K5/02GK1960113SQ20061011829
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月13日 優先權日2006年11月13日
發明者範曄平, 李健, 劉安江 申請人:上海廣為電器工具廠