基于XL6009和XL4001的便攜戶外應急發電裝置的設計

現如今大量電子設備得到應用，極大地方便了人們的工作、生活和通信。這些設備大都使用電池作為電源，持續時間為幾天甚至短至一天，需要及時充電。長期在野外作業時，對電力有急切的需求。便攜式微型發電裝置，占用空間小，便于攜帶，使用方法簡單，能廉價地滿足電子設備用電及電池充電的需求，可以多電壓輸出，方便快捷地為各類電子設備提供電源。

近年來，便攜式發電機的發展很快，但多數是以柴油發電機為原型發展的，且柴油發電機使用時需攜帶柴油等燃料，一旦燃料用盡將無法使用，局限性很大，攜帶時仍舊麻煩、笨重。

本文針對戶外作業等場合需要應急電源問題，提出一種手搖應急發電裝置。使用一種微型發電機，配以升壓模塊電路和穩壓模塊電路，給鋰電池充電或給用電電器供電，并通過配置一個逆變器提供交流220V電壓輸出。

該應急發電裝置的總體方案如圖1所示，包括微型手搖直流發電機、升壓電路、降壓穩壓電路、充電控制電路、鋰電池組和逆變器等部分。微型手搖直流發電機輸出的電壓不穩定，不能直接給負載使用，配置升壓電路和降壓穩壓電路，可以向負載輸電。當發電功率大于負載功率時，還可對鋰電池組充電。當發電功率不足時，鋰電池組和手搖直流發電機共同向負載供電。充電控制電路負責鋰電池組的充電管理。逆變器的功能是將鋰電池組的直流12V電壓逆變為交流220V電壓，適配其它類型小功率電子設備。

考慮到多數便攜式用電器的電池充電功率不超5W，手搖直流發電機選用的型號為TSUKASA公司的TG－B5E－CH。該型號發電機具有體積小、噪音小、壽命長、抗干擾強、節能環保等優點，其主要技術參數為：電壓6～24V；電流100MA；轉速24～9BR／MIN；額定扭矩0．63BNM；過載扭矩0．9B1NM；額定功率BW；減速比1∶77；質量500G；正反回轉。

為簡化設計，選用XL6009DC－DC升壓模塊配以少量的電子元件實現，相應的升壓電路如圖2。

XL6009是一個寬范圍輸入、電流模式、直流轉換器，能夠產生或正或負的輸出電壓；可以配置為升壓、反激式、SEpIC或反相轉換器。采用單列5腳封裝，引腳描述見表1。輸入電壓為5～32V，可以用單個反饋引腳的正或負輸出電壓編程；工作電流為4A；頻率為320～4B2KHｚ，固定的400KHｚ開關頻率，內置頻率補償，工作溫度為－40～125℃。電流模式控制提供出色的瞬態響應，SW引腳內置過電壓保護，有著出色的線路和負載調節和關斷能力；內置N溝道MOSFET和固定頻率振蕩器；內置過流、過沖、過溫的高可靠性功能模塊，內置MOSFET效率高達94％；內置頻率補償；內置軟啟動、熱關斷及電流限制功能。該模塊集成度高、效率高、成本低。

將其配置成升壓穩壓模塊，輸入電壓接在芯片1腳和4腳，并在兩端并連一個電解電容消除噪聲。

升壓模塊特點：①采用常規拓撲ＢOOST全集成恒壓輸出方案，外圍器件少，系統成本低；②內置電位器可調輸入輸出關系，高于設定輸出電壓時，輸出等于輸入。