一种DCinDCout便携式电子相框充电宝支架的制作方法

一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架
技术领域
1.本发明涉及电子相框领域，具体为一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架。


背景技术：

2.电子相框采用传统普通相框的外框(外观)造型，把传统普通相框的中间照片部分换成液晶显示屏，配上电源，存储介质等部件，可以直接展示(播放)数码照片，同时，可以在同一个相框内循环展示(播放)不同照片，给日益增多的数码照片和喜好照片的人们提供一个更好的照片展示平台和空间；现有的电子相框都需要配套使用专用的电源线来进行电源提供，但会非常影响电子相框的美观性，于是根据共享充电宝原理，设计出来一种电子相框使用的充电宝支架，但现有的部分充电宝式的电源在使用时对于内部电池充电时和放电时不能进行电流均衡，导致内部电池受损，为此我们提出了一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架。


技术实现要素：

3.(一)解决的技术问题
4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，解决了上述的问题。
5.(二)技术方案
6.为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，包括可直接插接在电子相框上的dc in接口，所述dc in接口的内部空腔状，所述充电宝支架杆的内部设置有软包电池以及与软包电池电性连接的电路保护元器件，所述充电宝支架杆插接电子相框的一端设置为与软包电池电性连接的dc out接口、另一端为与软包电池电性连接的dc in接口；
7.所述充电宝支架杆还设置有与软包电池和电路保护元器件电性连接的电源管理模块和集成模块，所述充电宝支架杆中全部电路组件的拓扑结构为六开关buck-boost电路。
8.优选的，所述电源管理模块包括包含有电路保护元器件的保护电路、直流降压电路和电流均衡控制电路，且所述保护电路、直流降压电路和电流均衡控制电路依次与软包电池进行连接；
9.所述保护电路除电路保护元器件以外还包括保险丝、保护电阻、扼流圈、滤波电容以及四组整流二极管，用于实现软包电池充放电时的过流保护、过压保护、浪涌抑制和输出短路保护，所述电路保护元器件包括有压敏电阻和气体放电管；
10.所述直流降压电路包括开关组件以及由晶体管、电感线圈和谐振电容组成的供电控制器，所述开关组件和晶体管并联设置，所述开关和晶体管的一个相接端连接到外接电源输入端，另一个相接端通过所述电感线圈与所述谐振电容的一端相连，所述谐振电容的
另一端连接到gnd，用于实现将充电宝支架杆上dc out接口输出电压转换为直流电源为电子相框供电；
11.所述电流均衡控制电路包括续流二极管和多组电流均衡控制单元，多组所述电流均衡控制单元与软包电池对应连接，所述续流二极管的负极与软包电池的正极相连，所述续流二极管的正极与软包电池的负极相连。
12.优选的，所述电路保护元器件中压敏电阻和气体放电管为多组，且多组气体放电管与保险丝以及保护电阻的相接端呈并联式连接，多组压敏电阻与扼流圈、滤波电容、以及四组整流二极管的相接端呈并联式连接。
13.优选的，所述直流电压变换电路采用降压式变换器，以恒定的开关频率工作，输出直流电压和电流水平可闭环调节，所述控制器连接开关组件，用于生成控制指令控制开关组件连通供电控制器和供电需求部件的连接支路，或者连通软包电池和供电需求部件的连接支路；
14.其中，所述控制器确定软包电池的输出电压适配供电需求部件的电压需求，控制开关组件连通软包电池和供电需求部件的连接支路，确定软包电池的输出电压不适配所供电需求部件的电压需求，控制开关组件连通供电控制器和供电需求部件的连接支路。
15.优选的，所述开关组件包括关断与软包电池输入端正极连接的多组mos开关管，所述mos开关管的数量与高压供电需求部件的数量相同，mos开关管通过修改pwm配置使得开关管封波或者用硬件将开关管的驱动封锁。
16.优选的，所述直流降压电路可将最外环的电池功率环的输出加到输出母线电压环的给定上，电池功率环的电池功率给定为pbatref，电池功率反馈为pbatf，输出母线电压环的母线电压给定为vdcref，母线电压反馈为vdcf；
17.将输出母线电压环的输出加上电池电流环的给定作为总电流的给定，电池电流环的电池电流给定为ibatref，电池电流反馈为ibatf，根据总电流的给定，环路自适应切换充放电状态；
18.将电池电流环的输出和与所述电池电流环并行的电池电压环的输出进行比较，并选取输出较大的环路的输出作为最内环的电感电流环的给定，电池电压环的电池电压给定为vbatref，电池电压反馈为vbatf，电感电流环的电感电流给定为ilref，电感电流反馈为ilf，根据电感电流环的输出驱动六开关buck-boost电路的开关管，实现充放电无缝切换控制。
19.优选的，所述电流均衡控制单元均包括功率开关、电感和二极管，所述软包电池的一端、功率开关、电感和软包电池的另一端依次相连，所述二极管的负极与所述功率开关和电感的相接端相连，多组所述电流均衡控制单元的中二极管依次串联，且最后一个电流均衡控制单元的二极管的正极与相应的软包电池和电感的相接端相连，用于自动识别软包电池充放电流功率，并自适应调整充放电流。
20.优选的，所述集成模块包括bms芯片，用于采集电池内各个电芯的电压、电流和温度；
21.dsp芯片，连接所述bms芯片，用于根据采集到的所述电压和所述电流，计算出电池的soc和soh，并根据采集到的所述电压、电流和温度进行电池故障保护判断。
22.优选的，所述bms芯片和所述dsp芯片之间通过spi接口连接，所述bms芯片、dsp芯
片和软包电池为一个整体集成在六开关buck-boost电路内。
23.(三)有益效果
24.与现有技术相比，本发明提供了一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，具备以下有益效果：
25.1、该dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，通过将支撑杆设计成电子相框的电源用，从而减少电源线的使用，使得电子相框整体在放置时更加美观，且放置位置不在受限，提高实用性，在特定应用场景下，提供相框的便携移动性，便于分享欣赏。
26.2、该dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，通过在充电宝支架杆中设置有与软包电池连接的电源管理模块和集成模块，通过电源管理模块中保护电路实现对软包电池充放电时的过流保护、过压保护、浪涌抑制和输出短路保护；通过电源管理模块中直流降压电路实现将充电宝支架杆上dc out接口3输出电压转换为直流电源为电子相框供电；通过电源管理模块中电流均衡控制电路实现对软包电池充电过程的均衡控制，使软包电池内的电池单元充分地发挥其储能潜能，延长使用寿命，显著改善了移动式充电宝的储能效果和能量转换效率。
附图说明
27.图1为本发明充电宝支架杆结构示意图；
28.图2为本发明充电宝支架杆与电子相框结构示意图；
29.图3为本发明保护电路原理示意图；
30.图4为本发明直流降压电路原理示意图；
31.图5为本发明电流均衡控制电路原理示意图；
32.图6为本发明六开关buck-boost电路示意图。
33.图中：1、充电宝支架杆；2、dc in接口；3、dc out接口；4、软包电池；5、电路保护元器件。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.请参阅图1-4，一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，包括可直接插接在电子相框上的dc in接口2，dc in接口2的内部空腔状，充电宝支架杆1的内部设置有软包电池4以及与软包电池4电性连接的电路保护元器件5，且电路保护元器件5分布在软包电池4的两端，充电宝支架杆1插接电子相框的一端设置为与软包电池4电性连接的dc out接口3、另一端为与软包电池4电性连接的dc in接口2；
36.充电宝支架杆1还设置有与软包电池4和电路保护元器件5电性连接的电源管理模块和集成模块，充电宝支架杆1中全部电路组件的拓扑结构为六开关buck-boost电路。
37.电源管理模块包括包含有电路保护元器件5的保护电路、直流降压电路和电流均衡控制电路，且保护电路、直流降压电路和电流均衡控制电路依次与软包电池4进行连接；
38.保护电路除电路保护元器件5以外还包括保险丝、保护电阻、扼流圈、滤波电容以及四组整流二极管，用于实现软包电池4充放电时的过流保护、过压保护、浪涌抑制和输出短路保护，电路保护元器件5包括有压敏电阻和气体放电管；
39.直流降压电路包括开关组件以及由晶体管、电感线圈和谐振电容组成的供电控制器，开关组件和晶体管并联设置，开关和晶体管的一个相接端连接到外接电源输入端，另一个相接端通过电感线圈与谐振电容的一端相连，谐振电容的另一端连接到gnd，用于实现将充电宝支架杆1上dc out接口3输出电压转换为直流电源为电子相框供电；
40.电流均衡控制电路包括续流二极管和多组电流均衡控制单元，多组电流均衡控制单元与软包电池4对应连接，续流二极管的负极与软包电池4的正极相连，续流二极管的正极与软包电池4的负极相连。
41.电路保护元器件5中压敏电阻和气体放电管为多组，且多组气体放电管与保险丝以及保护电阻的相接端呈并联式连接，多组压敏电阻与扼流圈、滤波电容、以及四组整流二极管的相接端呈并联式连接。
42.直流电压变换电路采用降压式变换器，以恒定的开关频率工作，输出直流电压和电流水平可闭环调节，控制器连接开关组件，用于生成控制指令控制开关组件连通供电控制器和供电需求部件的连接支路，或者连通软包电池4和供电需求部件的连接支路；
43.其中，控制器确定软包电池4的输出电压适配供电需求部件的电压需求，控制开关组件连通软包电池4和供电需求部件的连接支路，确定软包电池4的输出电压不适配供电需求部件的电压需求，控制开关组件连通供电控制器和供电需求部件的连接支路。
44.开关组件包括关断与软包电池4输入端正极连接的多组mos开关管，mos开关管的数量与高压供电需求部件的数量相同，mos开关管通过修改pwm配置使得开关管封波或者用硬件将开关管的驱动封锁。
45.mos管的vds波形，dcm模式下，在下一个周期开通前，vds会从vin+vf这个平台降下来发生阻尼震荡(vf次级反射到原边的电压)；ccm模式下，在下一个周期开通前，vds一直维持在vin+vf的平台上。
46.在mos管关断时，mos管上的尖峰电压远超过vin+vf，这是因为变压器的初级有漏感lk，漏感的能量是不会通过磁芯耦合到次级的。mos管在关断的过程中，漏感的电流也是不能突变的，而漏感的电流变化也会产生感应电动势，这个感应电动势因为无法被次级耦合嵌位，所以电压会冲得很高。为了避免mos管被这个尖峰电压击穿损坏，一般设计时会在初级侧加上一个rcd吸收缓冲电路，把漏感的能量先存储在电容上，然后在通过电阻消耗掉。
47.当变压器次级电流降到零时，磁芯的能量已经完全释放了。那么因为次级整流管电流降到了零，二极管也就自动截止了，次级相当于开路状态，输出电压不在发射到初级。由于此时的mos管上vds电压高于输入电压vin，所以在电压差的作用下，mos管的结电容和初级点感发生谐振。谐振电流给mos管的结电容放电。vds电压开始下降，经过1/4个谐振周期后又开始上升。由于rcd嵌位电路以及其他寄生电阻的存在，这个振荡时个阻尼振荡，幅度会越来越小。
48.mos管驱动电路设计注意事项：驱动电路是mos管设计中非常重要的一个环节，目前市场上的驱动芯片也较为成熟，类型众多。
49.单个mos管的驱动芯片，设计可以支持上桥臂或下桥臂代表芯片为fan73711。
50.半桥驱动芯片，可以同时支持上下半桥的驱动，代表芯片有fan7842。
51.三相桥臂驱动芯片，可以同时实现三个半桥驱动，一般用于直流无刷电机、交流电机的驱动电路中，代表芯片有fan7388。
52.由于外围器件少，稳定性高，主流的mos管驱动方案都会选择集成芯片进行驱动。
53.直流降压电路可将最外环的电池功率环的输出加到输出母线电压环的给定上，电池功率环的电池功率给定为pbatref，电池功率反馈为pbatf，输出母线电压环的母线电压给定为vdcref，母线电压反馈为vdcf；
54.将输出母线电压环的输出加上电池电流环的给定作为总电流的给定，电池电流环的电池电流给定为ibatref，电池电流反馈为ibatf，根据总电流的给定，环路自适应切换充放电状态；
55.将电池电流环的输出和与电池电流环并行的电池电压环的输出进行比较，并选取输出较大的环路的输出作为最内环的电感电流环的给定，电池电压环的电池电压给定为vbatref，电池电压反馈为vbatf，电感电流环的电感电流给定为ilref，电感电流反馈为ilf，根据电感电流环的输出驱动六开关buck-boost电路的开关管，实现充放电无缝切换控制。
56.电流均衡控制单元均包括功率开关、电感和二极管，软包电池4的一端、功率开关、电感和软包电池4的另一端依次相连，二极管的负极与功率开关和电感的相接端相连，多组电流均衡控制单元的中二极管依次串联，且最后一个电流均衡控制单元的二极管的正极与相应的软包电池4和电感的相接端相连，用于自动识别软包电池4充放电流功率，并自适应调整充放电流，可以实现对软包电池4充电过程的均衡控制，使软包电池4内的电池单元充分地发挥其储能潜能，延长使用寿命，显著改善了移动式充电宝的储能效果和能量转换效率。
57.集成模块包括bms芯片，用于采集电池内各个电芯的电压、电流和温度；
58.dsp芯片，连接bms芯片，用于根据采集到的电压和电流，计算出电池的soc和soh，并根据采集到的电压、电流和温度进行电池故障保护判断。
59.bms芯片和dsp芯片之间通过spi接口连接，bms芯片、dsp芯片和软包电池4为一个整体集成在六开关buck-boost电路内。
60.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，包括可直接插接在电子相框上的dc in接口(2)，其特征在于：所述dc in接口(2)的内部空腔状，所述充电宝支架杆(1)的内部设置有软包电池(4)以及与软包电池(4)电性连接的电路保护元器件(5)，所述充电宝支架杆(1)插接电子相框的一端设置为与软包电池(4)电性连接的dc out接口(3)、另一端为与软包电池(4)电性连接的dc in接口(2)；所述充电宝支架杆(1)还设置有与软包电池(4)和电路保护元器件(5)电性连接的电源管理模块和集成模块，所述充电宝支架杆(1)中全部电路组件的拓扑结构为六开关buck-boost电路。2.根据权利要求1所述的一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，其特征在于：所述电源管理模块包括包含有电路保护元器件(5)的保护电路、直流降压电路和电流均衡控制电路，且所述保护电路、直流降压电路和电流均衡控制电路依次与软包电池(4)进行连接；所述保护电路除电路保护元器件(5)以外还包括保险丝、保护电阻、扼流圈、滤波电容以及四组整流二极管，所述电路保护元器件(5)包括有压敏电阻和气体放电管；所述直流降压电路包括开关组件以及由晶体管、电感线圈和谐振电容组成的供电控制器，所述开关组件和晶体管并联设置，所述开关和晶体管的一个相接端连接到外接电源输入端，另一个相接端通过所述电感线圈与所述谐振电容的一端相连，所述谐振电容的另一端连接到gnd；所述电流均衡控制电路包括续流二极管和多组电流均衡控制单元，多组所述电流均衡控制单元与软包电池(4)对应连接，所述续流二极管的负极与软包电池(4)的正极相连，所述续流二极管的正极与软包电池(4)的负极相连。3.根据权利要求2所述的一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，其特征在于：所述电路保护元器件(5)中压敏电阻和气体放电管为多组，且多组气体放电管与保险丝以及保护电阻的相接端呈并联式连接，多组压敏电阻与扼流圈、滤波电容、以及四组整流二极管的相接端呈并联式连接。4.根据权利要求2所述的一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，其特征在于：所述直流电压变换电路采用降压式变换器，以恒定的开关频率工作，输出直流电压和电流水平可闭环调节，所述控制器连接开关组件，用于生成控制指令控制开关组件连通供电控制器和供电需求部件的连接支路，或者连通软包电池(4)和供电需求部件的连接支路；其中，所述控制器确定软包电池(4)的输出电压适配供电需求部件的电压需求，控制开关组件连通软包电池(4)和供电需求部件的连接支路，确定软包电池(4)的输出电压不适配所供电需求部件的电压需求，控制开关组件连通供电控制器和供电需求部件的连接支路。5.根据权利要求4所述的一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，其特征在于：所述开关组件包括关断与软包电池(4)输入端正极连接的多组mos开关管，所述mos开关管的数量与高压供电需求部件的数量相同，mos开关管通过修改pwm配置使得开关管封波或者用硬件将开关管的驱动封锁。6.根据权利要求5所述的一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，其特征在于：所述直流降压电路可将最外环的电池功率环的输出加到输出母线电压环的给定上，电池功率环的电池功率给定为pbatref，电池功率反馈为pbatf，输出母线电压环的母线电压给定
为vdcref，母线电压反馈为vdcf；将输出母线电压环的输出加上电池电流环的给定作为总电流的给定，电池电流环的电池电流给定为ibatref，电池电流反馈为ibatf，根据总电流的给定，环路自适应切换充放电状态；将电池电流环的输出和与所述电池电流环并行的电池电压环的输出进行比较，并选取输出较大的环路的输出作为最内环的电感电流环的给定，电池电压环的电池电压给定为vbatref，电池电压反馈为vbatf，电感电流环的电感电流给定为ilref，电感电流反馈为ilf，根据电感电流环的输出驱动六开关buck-boost电路的开关管。7.根据权利要求2所述的一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，其特征在于：所述电流均衡控制单元均包括功率开关、电感和二极管，所述软包电池(4)的一端、功率开关、电感和软包电池(4)的另一端依次相连，所述二极管的负极与所述功率开关和电感的相接端相连，多组所述电流均衡控制单元的中二极管依次串联，且最后一个电流均衡控制单元的二极管的正极与相应的软包电池(4)和电感的相接端相连。8.根据权利要求1所述的一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，其特征在于：所述集成模块包括bms芯片，用于采集电池内各个电芯的电压、电流和温度；dsp芯片，连接所述bms芯片，用于根据采集到的所述电压和所述电流，计算出电池的soc和soh，并根据采集到的所述电压、电流和温度进行电池故障保护判断。9.根据权利要求8所述的一种dc in dc out便携式电子相框充电宝支架，其特征在于：所述bms芯片和所述dsp芯片之间通过spi接口连接，所述bms芯片、dsp芯片和软包电池(4)为一个整体集成在六开关buck-boost电路内。

技术总结
本发明涉及电子相框领域，且公开了一种DC in DC out便携式电子相框充电宝支架，包括可直接插接在电子相框上的DC in接口，DC in接口的内部空腔状，充电宝支架杆的内部设置有软包电池以及与软包电池电性连接的电路保护元器件，充电宝支架杆插接电子相框的一端设置为与软包电池电性连接的DC out接口、另一端为与软包电池电性连接的DC in接口，充电宝支架杆还设置有与软包电池和电路保护元器件电性连接的电源管理模块和集成模块，充电宝支架杆中全部电路组件的拓扑结构为六开关buck-boost电路，该充电宝支架通过内部设置有电压降压以及电流均衡模块，在对电子相框进行使用时可自适应切换充放电状态，不会损坏内部电池组。不会损坏内部电池组。不会损坏内部电池组。


技术研发人员：姚立 王玉芳 曹永智
受保护的技术使用者：北京酷吉乐科技有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/14