专利名称：一种升压电池的制作方法
技术领域：
本发明属于电池技术领域，特别涉及一种升压电池，是指通过电池内部的升压电路，能够在输入电压较低的情况下，使输出电压高于输入电压，并且能稳定地向负载供电的电池。
背景技术：
常见的手持设备及一些小电器，如遥控器、手电筒等，一般需要使用电池。这些设备的存有量非常大，所用的电池量也非常大。一次电池是对环境有污染的，二次电池(即充电电池)是环保的，虽然价格比较贵，但因为可多次充电，所以总的性价比还是比较高。对于常见的民用电池，一次电池的标称电压是1.5V，在使用两节电池的设备中，需要提供接近3V的电压。二次电池的标称电压是1.2V，所以两节二次电池的标称电压之和只有2.4V，所以有的设备装上刚充好电的二次电池后，使用很短时间，就会报警“电压低”，有的设备虽然能工作，但输出功率也会减小，比如遥控器的有效控制范围减小。对于这样的设备，就存在无法使用充电电池或使用充电电池会降低其功效的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种升压电池，只需要加一节一次或二次电池，就可以稳定输出3V电压，既降低成本，又环保节能。电池在作为电源使用的过程中，输出电压总是逐渐降低的。本发明提出的升压电池，是指仅借用电池外壳尺寸，而在壳内装入升压电路，该升压电路能够将输入升压电池的低电压稳定地升高。采用标准电池的外壳尺寸的原因，是为了对于需要两节电池的设备，用升压电池代替设备中的一节电池，只用剩余的一节电池就可以通过升压电池输出3V电压。设备中的一节一次电池或二次电池的电压作为升压电池的输入电压，当输入电压大于1.0V时，升压电池可以将其升压到3V并稳定地输出；当输入电压小于1.0V时，升压电池停止工作，电路断开，这样可以避免对提供输入电压的电池过放电。使用升压电池后，另外只需要一节一次或二次电池就可以提供稳定的3V输出电压。这样，一是可以节约一节电池；二是原来使用二次电池会降低功效的设备可以正常工作了。综合效益就是，采用本发明所提出的升压电池后，手持设备可以用二次电池代替一次电池，减少了环境污染，并且原来需要两节电池的情况现在只需要一节电池，减少了电池用量，但仍旧能够提供稳定的输出电压。本发明升压电池的外形及其端子如图1所示。升压电池的外形尺寸与普通民用电池相同。升压电池外壳的两个端子分别是输出端子Vwt和输入端子vin，另外在侧面引出公共端。实际使用时，接线如图2、图3和图4所示。三种接线方式的共同点是:输入端子Vin接普通电池(如7号电池或5号电池)的正极性端子，公共端接普通电池的负极性端子，输出端子Vrat接外电路的正极性端子。
升压电池主要采用了 NCP1423芯片，该芯片在正常工作状态时，能够将BAT脚输入的低电压放大，在OUT脚输出高电压。本发明用到了芯片NCP1423的两个工作状态。当芯片NCP1423的EN脚的电压VEN〈0.5V时，芯片将停止工作，处于断开状态。在本发明中，EN脚与LBO脚直接相连，因而EN脚的电压Ven与LBO脚的电压V.相等，即VEN=V.。LBO脚的电压V.与LBI脚的电压V有关。当Vm〈0.5V时，LBO脚为低电位，相当于LBO脚接到了公共端，因而EN脚也是低电位，芯片停止工作。本发明中，电阻R3和电阻R4串联后接在输入端子和公共端子之间，因而电阻R3和电阻R4串联后所加的电压是输入电压Vin。电阻R4上分到的电压接到了 LBI脚，根据分压关系可知，LBI脚电压Vm=VinR4/ (R3+R4)。本发明中，电阻R3和电阻R4取相同的阻值，因而分压关系为V=Vin/2，当Vin〈l.0V时，ν ΒΙ〈0.5V,芯片NCP1423停止工作，处于断开状态。本发明中，芯片NCP1423的输入电压Vin为一节一次电池或二次电池的电压。当充当输入的一节一次电池或二次电池的电压低于1.0V时，芯片NCP1423停止工作，处于断开状态，这样可以避免对提供输入电压Vin的一次电池或二次电池过放电。当芯片NCP1423的EN脚的电压VEN>0.5V时，芯片将正常工作，处于放大状态，能够将输入的低电压放大后输出高电压，输出电压Vtjut的表达式为Vwt=0.5(1+ / ),本发明中选择R1=Seok Ω、R2=112k Ω，代入Vtjut的表达式计算可知VQUt=3.0V0选择其他合适的R1和R2值，也可以实现输出电压Vwt=3.0V的目的。本发明中，EN脚与LBO脚直接相连，LBO脚的电压与LBI脚的电压有关，LBI脚的电压是对输入电压Vin分压得到的。根据前述的分压关系可知，VLBI=Vin/2,当输入电压Vin>l.0V时，VLBI>0.5V，根据芯片NCP1423的特性，此时LBO端子相当于高阻断开。在图5所示电 路图中，LBO端子通过上拉电阻R5接到了输入电压Vin，当LBO端子高阻断开时，VLB0=Vin,又因为EN脚与LBO脚直接相连，Ven=Vlbo,所以当LBO端子高阻断开时Ven= Vin0因而，当Vin>1.0V时，Ven= Vin>1.0V，芯片NCP1423正常工作，输出电压 Vrat 为 3.0V。 本发明中，电感L2、电容C3和电容C4构成了低通滤波电路，为了滤去芯片NCP1423的输出电压Vrat中可能包含的高频分量，使升压电池输出电压Vrat更稳定。本发明中，电容C1、电容C2和电感L1采用芯片建议的参数，以满足芯片的动态工作要求。综上所述，由一节一次电池或二次电池给本发明的升压电池提供输入电压Vin。当vin>l.0V时，升压电池的输出电压Vtjut为3.0V，相当于两节一次电池的标称电压之和；当Vin〈l.0V时，升压电池停止工作，避免对提供输入电压Vin的一次电池或二次电池过放电。本发明电路主要实现如下功能:1、升压电池电路的输入电压Vin是一节一次电池或二次电池的电压，该一次电池或二次电池接在端子Vin和公共端(用符号▽表示)之间。当输入电压Vin不低于1.0V时，升压电池输出电压Vwt稳定在3.0V0这样，只需要一节一次电池或二次电池，经过升压电池后，输出电压稳定为两节一次电池串联后的标称电压。当输入电压Vin低于1.0V时，升压电池停止工作，处于断开状态，这样可以避免对提供输入电压Vin的一次电池或二次电池过放电。2、输出电压Vout的大小由R1和R2决定，Vout=0.5 (1+ / )。如图5所示，电阻R1和R2的阻值分别取R1=SeokQ、R2=112k Ω，可知Vout=3.0V。图5中，选择其他合适的R1和R2值，也可使输出电压Vtjut的值为3.0V。3、图5中，电阻R3和电阻R4的阻值取值满足R3=R4,因而NCP1423的LBI端子的电位 V=VinV (R3+R4)=vin/2。4、根据NCP1423芯片的特性，当ν ΒΙ〈0.5V时，NCP1423的LBO端子的电位V.为低电位，相当于LBO端子接到了公共端；否则，LBO端子处于高阻断开的状态。因为Vm=Vin/2，所以当Vin低于1.0V时，LBO端子的电位V.为低电位。当Vin不低于1.0V时，LBO端子相当于高阻断开，该端子通过上拉电阻R5接到了 Vin，此时V_=Vin。5、图5所示设计图中，将NCP1423的EN端子与LBO端子直接短接，这样EN端子的电位VEN=V.。综上可见，当Vin低于1.0V时，EN端子的电位Ven为低电位。当Vin不低于
1.0V时，EN端子的电位Ven为高电位，Ven= Vin06、对于芯片NCP1423，当VEN〈0.5V时，芯片将停止工作，进入断开模式。因而，当Vin不低于1.0V时，EN端子的电位Ven为高电位，芯片NCP1423正常工作，升压电池正常工作，输出电压为3.0V ;当Vin低于1.0V时，EN端子的电位Ven为低电位，芯片NCP1423停止工作，升压电池停止工作，处于断开状态，这样可以避免对提供输入电压Vin的一次电池或二次电池过放电。7、图5中，电容C1、电容C2和电感L1采用芯片建议的参数，以满足芯片的动态工作要求。8、电感L2、电容C3和电容C4构成了低通滤波电路，为了滤去芯片NCP1423的OUT端子电位可能包含的高频分量，使升压电池输出电压Vwt更稳定。
图1为升压电池的外形及端子。图2为一种升压电池与普通电池(一次电池或二次电池)。图3为另一种升压电池与普通电池(一次电池或二次电池)。图4为升压电池与普通电池(一次电池或二次电池)。图5为升压电池的电路原理图。
具体实施例方式本发明升压电池的外形及其端子如图1所示。升压电池的外形尺寸与普通民用电池相同。升压电池外壳的两个端子分别是输出端子Vwt和输入端子vin，另外在侧面引出公共端。实际使用时，接线如图2、图3和图4所示。三种接线方式的共同点是:输入端子Vin接普通电池(如7号电池或5号电池)的正极性端子，公共端接普通电池的负极性端子，输出端子Vrat接外电路的正极性端子。图2 图4中，虚线表示设备中原有的电气连线，从升压电池内部引出公共端的实线表示本发明在使用时需要的电气连线，其余实线表示元件的外形轮廓线。使用时，需要根据设备中电池的相对位置以及与外电路的电气连接关系，正确放置升压电池及其公共端的位置。升压电池的构成是将图5所示的电路装入图1所示的电池壳中，电路的Vin端子接到电池壳不凸出的一端，电路的Vtjut端子接到电池壳凸出的一端，电路的公共端从电池壳侧面的开口引出。升压电池代替一节普通电池装入设备时，需要根据外电路所加电压的极性，正确地放置升压电池位置和公共端的位置，如图2 图4所示。这种将升压电路装入标准电池壳并替代一节电池的思想，不仅能用于两节电池的设备，对于多节电池或不同型号的标准电池壳都可以实现类似的升压和替代。通过不同的升压电路，可以实现不同的输入电压、输出电压，或不同的输出电流，以适用于超过两节电池的设备。图5所示电路的参数不是唯一的，可以在满足基本功能和设计原则的基础上变动。
权利要求
1.一种升压电池，其特征在于，升压电池外壳的两个端子分别是输出端子Vwt和输入端子Vin，另外在侧面引出公共端； 实际使用时，输入端子Vin接普通电池的正极性端子，公共端接普通电池的负极性端子，输出端子Vrat接外电路的正极性端子； 升压电池采用NCP1423芯片，该芯片在正常工作状态时，能够将BAT脚输入的低电压放大，在OUT脚输出高电压； 当芯片NCP1423的EN脚的电压VEN〈0.5V时，芯片将停止工作，处于断开状态，EN脚与LBO脚直接相连，EN脚的电压Ven与LBO脚的电压V.相等； 电阻R3和电阻R4串联后接在输入端子和公共端子之间，电阻R3和电阻R4串联后所加的电压是输入电压Vin ;电阻R4上分到的电压接到了 LBI脚，根据分压关系得知，LBI脚电压VLBi=VinR4/(R3+R4);电阻R3和电阻R4取相同的阻值，分压关系为vm=vin/2，当vin〈1.ον时，VLBI<0.5V，芯片NCP1423停止工作，处于断开状态； 当芯片NCP1423的EN脚的电压VEN>0.5V时，芯片将正常工作，处于放大状态，能够将输入的低电压放大后输出高电压，输出电压Vrat的表达式为Vrat=0.5 (1+ / )。
2.根据权利要求1所述的升压电池，其特征在于，所述的芯片NCP1423的输入电压Vin为一节一次电池或二次电池的电压；当充当输入的一节一次电池或二次电池的电压低于1.0V时，芯片NCP1423停止工作，处于断开状态，避免对提供输入电压Vin的一次电池或二次电池过放电。
3.根据权利要求1所述的升压电池，其特征在于，所述的LBO脚的电压V.与LBI脚的电压V有关；当v〈0.5V时，LBO脚为低电位，相当于LBO脚接到了公共端，芯片停止工作。
4.根据权利要求1所述的升压电池，其特征在于，所述的LBO端子通过上拉电阻R5接到了输入电压Vin，当LBO端子高阻断开时，VLB0=Vin,当Vin>l.0V时，Ven= Vin>l.0V,芯片NCP1423正常工作，输出电压VwtS 3.0V。
5.根据权利要求1所述的升压电池，其特征在于，所述的普通电池为7号电池或5号电池。
全文摘要
一种升压电池，属于电池技术领域。升压电池的外形尺寸与普通民用电池相同。升压电池外壳的两个端子分别是输出端子Vout和输入端子Vin，另外在侧面引出公共端。实际使用时，输入端子Vin接普通电池的正极性端子，公共端接普通电池的负极性端子，输出端子Vout接外电路的正极性端子。优点在于，只需要加一节一次或二次电池，就可以稳定输出3V电压，既降低成本，又环保节能。
文档编号H01M6/50GK103199276SQ20131008469
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月16日 优先权日2013年3月16日
发明者李世琼 申请人:华北电力大学