可攜式筆記本電腦外置電池包的製作方法
2024-04-01 00:45:05 2
專利名稱：可攜式筆記本電腦外置電池包的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於小型電源範圍，特別涉及一種可攜式筆記本電腦外置電池包。
背景技術：
鋰離子電池具有重量輕、容量大、工作電壓高，使用壽命長、無汙染等特點而被廣泛應用在筆記本電源中，但由於這類電池對充放電流的大小有嚴格的要求，故必須與筆記本電腦的工作電流、電壓匹配，不然會縮短電池的使用壽命，所以這類設備的原配電池也都是單獨配置的，不同廠家、不同型號產品之間沒有統一的標準，不能通用，同樣外置電池包只能用於一種筆記本電腦的局限性，就要使電池包具有能根據不同的筆記本電腦輸出不同的電壓等級。這樣根據不同的智能連接線，本電池包匹配幾乎所有筆記本電腦機型。現有筆記本電源多為自帶電源，由於筆記本的發展趨勢為更輕更薄更便攜，這樣就對其所自帶電池的體積有很大的限制，使現在筆記本自帶電池供電時間普遍在2個小時左右，這就影響了筆記本電腦長時間在外工作的要求。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種可攜式筆記本電腦外置電池包，由鋰電池、鋰電池管理器和充電裝置組成，其特徵在於在外置電池包盒1內放置三節鋰電池2，串聯後B+和B-和主控板3相接，主控板監測的鋰電池的剩餘電壓由和它連接的顯示板4顯示，電池輸出電壓和主控板的控制信號由輸出線5和筆記本電腦連接。
所述主控板由鋰電池管理器和鋰電池充電器組成。
所述鋰電池管理器是採用TI專門電源管理晶片BQ2060進行電量管理和顯示，同時具有供電觸發功能。電池組正極PACK+通過JFET Q23為晶片提供3.5v左右電源，由R75、R76、R77、R78、R79、R81、R82、R83組成的分壓電阻網絡對各節電池電壓進行採樣，採樣信號VC1、VC2、VC3輸入BQ2060，由BQ2060進行電池電壓管理，BQ2060根據此信號判斷電池過欠壓狀態。
PACK-和GND之間接有20毫歐電流採樣電阻，PACK-電壓信號分別通過R24、C13、和R25、C14組成的濾波器後輸入BQ2060，BQ2060通過對比PACK-和22腳的GND信號之間的不同電壓判斷充放電狀態和充放電電流，當PACK-電位高於GND時系統正對電池充電，當PACK-電位低於GND時電池正對系統放電。BQ2060對充放電電流進行時間上的積分計量電量。
系統採用LED1～LED5這5個指示燈顯示不同電量狀態，當微動開關S1按下，系統顯示電池剩餘電量，顯示時間為4秒。
所述鋰電池充電器的充電電流通過Vin+流入，經過採樣電阻R1後到達V_in+經過電容C5、C6濾波後輸入到調壓集成電路U2的2腳輸入端。
V_in+輸入電壓經隔離二極體D1到達由C1、R8、Q6、D11、R7和R17組成的調壓電路生成7.5v電壓提供電路工作電源。7.5v電源經R34和穩壓管U1產生2.5v參考電壓作為電路工作的基準。
由R4、Q1、Q3、R32和R44組成的差分放大電路對採樣電阻R1上獲得的信號進行放大，經隔離二極體D3後輸入調壓集成電路U2的6腳反饋端，起對輸入電流限流作用。
U2的1腳輸出所需充電電壓，經隔離肖特基二極體D12，濾波電感L1和濾波電容C20後輸出到pack+給電池充電。
由電阻R54、R55、R56構成充電電壓採樣電路，由R19、R21、Q11構成控制電路，保證採樣電路在VCC為高時工作，採樣電壓經由U3C、R51、R52構成的比例放大電路經隔離二極體D4輸入U2反饋端，構成電壓輸出負反饋控制充電電壓在12.6v時限制電壓升高，保證對電池恆壓充電。
電阻R2接入PACK-和系統地之間用以對電池電流進行採樣，採樣信號經R57和C10濾波後輸入由R9、R53、U3D構成的放大電路，放大後的信號經隔離二極體輸入U2的6腳反饋端，可以限制充電電流，保護電池。
2.5v基準電壓經過R49、R50和R35分壓產生2.33v電壓比較基準和7.4mv電流比較基準，充電電流小於380mA時，U3的2腳上的採樣電壓低於U3的3腳7.4mv基準，1腳輸出高電平，充電指示燈熄滅，Q9導通。同時如果充電電壓高於12.4v時，U3的6腳採樣電壓高於5腳的2.33基準，運放U3的7腳輸出低電位。充滿指示燈綠燈亮，並且Q7截止，充電電壓V_in+通過R41、R42給C4充電，使Q10門極為高電平，Q10導通，U2的ON/OFF控制腳7腳直接接地，晶片停止工作，系統停止充電。
系統由S8233A_FT構成的3節鋰電池保護電路，8233通過VCC、VC1、VC2引腳檢測各電池電壓，當電池放電時電壓低於2.4v，電池欠壓，8233的1腳DOP輸出低電平，放電mos管Q18和Q20關斷，電池停止放電。當電池電壓回升至2.7v以上時，電池欠壓恢復。當8233檢測到系統充電時電池電壓高於4.35v時，8233的3腳COP輸出低電平，充電mos管Q19和Q21關斷，電池停止充電。當電池電壓回降到4.05v以下時，過充恢復。
8233的16腳VCC和4腳VMP分別接在充放電MOS的兩端，系統通過檢測mos管上的漏源電壓來檢測充放電電流，當8233檢測到電流過大時，系統關斷mos管。在電池電路裡串有電流保險絲F1和溫度保險絲F2，對電池起短路保護和溫度保護作用。
當8233系統檢測到各電池電壓不均衡時，系統會打開電壓較高的電池所對應的mos管，比如當第一節電池電壓比其他電池電壓高時，第一節所對應的CD1腳輸出高電平，Q12導通，電池通過R58和Q12放電，電壓逐漸恢復到與其他電池相同的水平。
本實用新型的有益效果是結合先進的dc/dc變換技術和鋰電池管理和保護技術，實現筆記本電腦備用電源小型化和輕型化，僅有13mm厚。並且容量可達筆記本電腦自帶電源容量1-3倍，使用此產品可實現筆記本長時間離開工頻電源工作。
圖1為可攜式筆記本電腦外置電池包結構示意圖。
圖2為鋰電池管理器電原理圖。
圖3為鋰電池充電器電原理圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種可攜式筆記本電腦外置電池包。如圖1所示，在外置電池包盒1內放置三節鋰電池2，串聯後B+和B-和主控板3相接，主控板監測的鋰電池的剩餘電壓由和它連接的顯示板4顯示，電池輸出電壓和主控板的控制信號由輸出線5和筆記本電腦連接。其主電路板3由鋰電池管理器和鋰電池充電器組成。
圖2所示為鋰電池管理器電原理圖，鋰電池管理器是採用TI專門電源管理晶片BQ2060進行電量管理和顯示，同時具有供電觸發功能。電池組正極PACK+通過JFET Q23為晶片提供3.5v左右電源，由R75、R76、R77、R78、R79、R81、R82、R83組成的分壓電阻網絡對各節電池電壓進行採樣，採樣信號VC1、VC2、VC3輸入BQ2060，由BQ2060進行電池電壓管理，BQ2060根據此信號判斷電池過欠壓狀態。
PACK-和GND之間接有20毫歐電流採樣電阻，PACK-電壓信號分別通過R24、C13、和R25、C14組成的濾波器後輸入BQ2060，BQ2060通過對比PACK-和22腳的GND信號之間的不同電壓判斷充放電狀態和充放電電流，當PACK-電位高於GND時系統正對電池充電，當PACK-電位低於GND時電池正對系統放電。BQ2060對充放電電流進行時間上的積分計量電量。
系統採用LED1～LED5這5個指示燈顯示不同電量狀態，當微動開關S1按下，系統顯示電池剩餘電量，顯示時間為4秒。
圖3所示為鋰電池充電器電原理圖，鋰電池充電器的充電電流通過Vin+流入，經過採樣電阻R1後到達V_in+經過電容C5、C6濾波後輸入到調壓集成電路U2的2腳輸入端。
V_in+輸入電壓經隔離二極體D1到達由C1、R8、Q6、D11、R7和R17組成的調壓電路生成7.5v電壓提供電路工作電源。7.5v電源經R34和穩壓管U1產生2.5v參考電壓作為電路工作的基準。
由R4、Q1、Q3、R32和R44組成的差分放大電路對採樣電阻R1上獲得的信號進行放大，經隔離二極體D3後輸入調壓集成電路U2的6腳反饋端，起對輸入電流限流作用。
U2的1腳輸出所需充電電壓，經隔離肖特基二極體D12，濾波電感L1和濾波電容C20後輸出到pack+給電池充電。
由電阻R54、R55、R56構成充電電壓採樣電路，由R19、R21、Q11構成控制電路，保證採樣電路在VCC為高時工作，採樣電壓經由U3C、R51、R52構成的比例放大電路經隔離二極體D4輸入U2反饋端，構成電壓輸出負反饋控制充電電壓在12.6v時限制電壓升高，保證對電池恆壓充電。
電阻R2接入PACK-和系統地之間用以對電池電流進行採樣，採樣信號經R57和C10濾波後輸入由R9、R53、U3D構成的放大電路，放大後的信號經隔離二極體輸入U2的6腳反饋端，可以限制充電電流，保護電池。
2.5v基準電壓經過R49、R50和R35分壓產生2.33v電壓比較基準和7.4mv電流比較基準，充電電流小於380mA時，U3的2腳上的採樣電壓低於U3的3腳7.4mv基準，1腳輸出高電平，充電指示燈熄滅，Q9導通。同時如果充電電壓高於12.4v時，U3的6腳採樣電壓高於5腳的2.33基準，運放U3的7腳輸出低電位。充滿指示燈綠燈亮，並且Q7截止，充電電壓V_in+通過R41、R42給C4充電，使Q10門極為高電平，Q10導通，U2的ON/OFF控制腳7腳直接接地，晶片停止工作，系統停止充電。
系統由S8233A_FT構成的3節鋰電池保護電路，8233通過VCC、VC1、VC2引腳檢測各電池電壓，當電池放電時電壓低於2.4v，電池欠壓，8233的1腳DOP輸出低電平，放電mos管Q18和Q20關斷，電池停止放電。當電池電壓回升至2.7v以上時，電池欠壓恢復。當8233檢測到系統充電時電池電壓高於4.35v時，8233的3腳COP輸出低電平，充電mos管Q19和Q21關斷，電池停止充電。當電池電壓回降到4.05v以下時，過充恢復。
8233的16腳VCC和4腳VMP分別接在充放電MOS的兩端，系統通過檢測mos管上的漏源電壓來檢測充放電電流，當8233檢測到電流過大時，系統關斷mos管。在電池電路裡串有電流保險絲F1和溫度保險絲F2，對電池起短路保護和溫度保護作用。
當8233系統檢測到各電池電壓不均衡時，系統會打開電壓較高的電池所對應的mos管，比如當第一節電池電壓比其他電池電壓高時，第一節所對應的CD1腳輸出高電平，Q12導通，電池通過R58和Q12放電，電壓逐漸恢復到與其他電池相同的水平。
權利要求1.一種可攜式筆記本電腦外置電池包，由鋰電池、鋰電池管理器和充電裝置組成，其特徵在於在外置電池包盒(1)內放置三節鋰電池(2)，串聯後B+和B-和主控板(3)相接，主控板監測的鋰電池的剩餘電壓由和它連接的顯示板(4)顯示，電池輸出電壓和主控板的控制信號由輸出線(5)和筆記本電腦連接。
2.根據權利要求1所述可攜式筆記本電腦外置電池包，其特徵在於所述主控板由鋰電池管理器和鋰電池充電器組成。
3.根據權利要求2所述可攜式筆記本電腦外置電池包，其特徵在於所述鋰電池管理器是採用TI專門電源管理晶片BQ2060進行電量管理和顯示，同時具有供電觸發功能。電池組正極PACK+通過JFETQ23為晶片提供3.5v左右電源，由R75、R76、R77、R78、R79、R81、R82、R83組成的分壓電阻網絡對各節電池電壓進行採樣，採樣信號VC1、VC2、VC3輸入BQ2060，由BQ2060進行電池電壓管理，BQ2060根據此信號判斷電池過欠壓狀態；PACK-和GND之間接有20毫歐電流採樣電阻，PACK-電壓信號分別通過R24、C13、和R25、C14組成的濾波器後輸入BQ2060，BQ2060通過對比PACK-和22腳的GND信號之間的不同電壓判斷充放電狀態和充放電電流，當PACK-電位高於GND時系統正對電池充電，當PACK-電位低於GND時電池正對系統放電。BQ2060對充放電電流進行時間上的積分計量電量；系統採用LED1～LED5這5個指示燈顯示不同電量狀態，當微動開關S1按下，系統顯示電池剩餘電量，顯示時間為4秒。
4.根據權利要求2所述可攜式筆記本電腦外置電池包，其特徵在於所述鋰電池充電器的充電電流通過Vin+流入，經過採樣電阻R1後到達V_in+經過電容C5、C6濾波後輸入到調壓集成電路U2的2腳輸入端；V_in+輸入電壓經隔離二極體D1到達由C1、R8、Q6、D11、R7和R17組成的調壓電路生成7.5v電壓提供電路工作電源；7.5v電源經R34和穩壓管U1產生2.5v參考電壓作為電路工作的基準；由R4、Q1、Q3、R32和R44組成的差分放大電路對採樣電阻R1上獲得的信號進行放大，經隔離二極體D3後輸入調壓集成電路U2的6腳反饋端，起對輸入電流限流作用；U2的1腳輸出所需充電電壓，經隔離肖特基二極體D12，濾波電感L1和濾波電容C20後輸出到pack+給電池充電；由電阻R54、R55、R56構成充電電壓採樣電路，由R19、R21、Q11構成控制電路，保證採樣電路在VCC為高時工作，採樣電壓經由U3C、R51、R52構成的比例放大電路經隔離二極體D4輸入U2反饋端，構成電壓輸出負反饋控制充電電壓在12.6v時限制電壓升高，保證對電池恆壓充電；電阻R2接入PACK-和系統地之間用以對電池電流進行採樣，採樣信號經R57和C10濾波後輸入由R9、R53、U3D構成的放大電路，放大後的信號經隔離二極體輸入U2的6腳反饋端，可以限制充電電流，保護電池；2.5v基準電壓經過R49、R50和R35分壓產生2.33v電壓比較基準和7.4mv電流比較基準，充電電流小於380mA時，U3的2腳上的採樣電壓低於U3的3腳7.4mv基準，1腳輸出高電平，充電指示燈熄滅，Q9導通；同時如果充電電壓高於12.4v時，U3的6腳採樣電壓高於5腳的2.33基準，運放U3的7腳輸出低電位；充滿指示燈綠燈亮，並且Q7截止，充電電壓V_in+通過R41、R42給C4充電，使Q10門極為高電平，Q10導通，U2的ON/OFF控制腳7腳直接接地，晶片停止工作，系統停止充電；系統由S8233A_FT構成的3節鋰電池保護電路，8233通過VCC、VC1、VC2引腳檢測各電池電壓，當電池放電時電壓低於2.4v，電池欠壓，8233的1腳DOP輸出低電平，放電mos管Q18和Q20關斷，電池停止放電；當電池電壓回升至2.7v以上時，電池欠壓恢復；當8233檢測到系統充電時電池電壓高於4.35v時，8233的3腳COP輸出低電平，充電mos管Q19和Q21關斷，電池停止充電；當電池電壓回降到4.05v以下時，過充恢復；8233的16腳VCC和4腳VMP分別接在充放電MOS的兩端，系統通過檢測mos管上的漏源電壓來檢測充放電電流，當8233檢測到電流過大時，系統關斷mos管；在電池電路裡串有電流保險絲F1和溫度保險絲F2，對電池起短路保護和溫度保護作用；當8233系統檢測到各電池電壓不均衡時，系統會打開電壓較高的電池所對應的mos管，比如當第一節電池電壓比其他電池電壓高時，第一節所對應的CD1腳輸出高電平，Q12導通，電池通過R58和Q12放電，電壓逐漸恢復到與其他電池相同的水平。
專利摘要本實用新型公開了屬於小型電源範圍的一種可攜式筆記本電腦外置電池包。在外置電池包盒內三節串聯的鋰電池和主控板連接起來安裝在盒內，通過主控板的鋰電池管理器控制該電源的充放電。實現了筆記本電腦電池電源的小型化和輕型化，使僅有13mm厚的電池包重量為筆記本電腦自帶電源重量的1－3倍，可實現其長時間離開工頻電源工作。
文檔編號G06F1/26GK2743892SQ20042009298
公開日2005年11月30日 申請日期2004年9月24日 優先權日2004年9月24日
發明者吳勁松 申請人:深圳市萬拓電子技術有限公司