基于XL6009和XL4001的便携户外应急发电装置的设计

现如今大量电子设备得到应用，极大地方便了人们的工作、生活和通信。这些设备大都使用电池作为电源，持续时间为几天甚至短至一天，需要及时充电。长期在野外作业时，对电力有急切的需求。便携式微型发电装置，占用空间小，便于携带，使用方法简单，能廉价地满足电子设备用电及电池充电的需求，可以多电压输出，方便快捷地为各类电子设备提供电源。

近年来，便携式发电机的发展很快，但多数是以柴油发电机为原型发展的，且柴油发电机使用时需携带柴油等燃料，一旦燃料用尽将无法使用，局限性很大，携带时仍旧麻烦、笨重。

本文针对户外作业等场合需要应急电源问题，提出一种手摇应急发电装置。使用一种微型发电机，配以升压模块电路和稳压模块电路，给锂电池充电或给用电电器供电，并通过配置一个逆变器提供交流220V电压输出。

该应急发电装置的总体方案如图1所示，包括微型手摇直流发电机、升压电路、降压稳压电路、充电控制电路、锂电池组和逆变器等部分。微型手摇直流发电机输出的电压不稳定，不能直接给负载使用，配置升压电路和降压稳压电路，可以向负载输电。当发电功率大于负载功率时，还可对锂电池组充电。当发电功率不足时，锂电池组和手摇直流发电机共同向负载供电。充电控制电路负责锂电池组的充电管理。逆变器的功能是将锂电池组的直流12V电压逆变为交流220V电压，适配其它类型小功率电子设备。

考虑到多数便携式用电器的电池充电功率不超5W，手摇直流发电机选用的型号为TSUKASA公司的TG－B5E－CH。该型号发电机具有体积小、噪音小、寿命长、抗干扰强、节能环保等优点，其主要技术参数为：电压6～24V；电流100MA；转速24～9BR／MIN；额定扭矩0．63BNM；过载扭矩0．9B1NM；额定功率BW；减速比1∶77；质量500G；正反回转。

为简化设计，选用XL6009DC－DC升压模块配以少量的电子元件实现，相应的升压电路如图2。

XL6009是一个宽范围输入、电流模式、直流转换器，能够产生或正或负的输出电压；可以配置为升压、反激式、SEpIC或反相转换器。采用单列5脚封装，引脚描述见表1。输入电压为5～32V，可以用单个反馈引脚的正或负输出电压编程；工作电流为4A；频率为320～4B2KHｚ，固定的400KHｚ开关频率，内置频率补偿，工作温度为－40～125℃。电流模式控制提供出色的瞬态响应，SW引脚内置过电压保护，有着出色的线路和负载调节和关断能力；内置N沟道MOSFET和固定频率振荡器；内置过流、过冲、过温的高可靠性功能模块，内置MOSFET效率高达94％；内置频率补偿；内置软启动、热关断及电流限制功能。该模块集成度高、效率高、成本低。

将其配置成升压稳压模块，输入电压接在芯片1脚和4脚，并在两端并连一个电解电容消除噪声。

升压模块特点：①采用常规拓扑ＢOOST全集成恒压输出方案，外围器件少，系统成本低；②内置电位器可调输入输出关系，高于设定输出电压时，输出等于输入。