單電感移動電源的設計

1、單電感移動電源的設計市面上移動電源中常使用2 個電感，其中充電電路中，充電過程需要一個電感， Boost 電路放電過程中也需要一個電感。充電電路的工作過程是通過5V 的交流適配器給移動電源內部的鋰電池充電；而Boost 電路工作過程是將移動電源內部鋰電池升壓到5V 進行輸出，從而給移動設備供電。但在移動電源實際工作中這兩種電路通常情況不需要同時工作， 也就是工作中兩個電感只有一個電感處于工作狀態(tài)，兩個環(huán)路只需要一個工作。1.芯片工作原理本文提出了一種單電感移動電源的方案， 這樣不僅利于移動電源節(jié)省器件成本， 還可節(jié)省設備體積，便于移動電源更小型化。 使設備穩(wěn)定性更高， 單電感移動電源電路如圖

2、1 所示：MT2011 是來頡科技設計的一款高效率大電流單串聯(lián)鋰電池充電控制器。 它支持 4.5V6.5V 輸入電壓，輸出電壓可以跟隨鋰電池電壓，最大 2A 的充電電流，使用了高效率的同步整流結構，適合應用于便攜式充電設備和移動電源充電。整合電流采樣電阻、高精度的電流與電壓管理電路、滿電自動停止充電。MT2011 工作頻率為 1.5MHz ，使用同步整流結構，效率高達 93%。帶有充電電流軟啟動、防反相電流二極管、充電電流采樣等功能，并帶有完善的輸出短路保護和過溫保護功能。MT5036 是來頡科技設計的一款95%高效的 800KHz 同步升壓轉換器，它為單節(jié)鋰電池或多節(jié)鋰電池組并聯(lián)提供了良好的

3、供電解決方案。轉換器通過設置芯片外部FB 分壓電阻或使用內部 FB 分壓電阻來獲得一個穩(wěn)定輸出電壓。芯片轉換效率非常高，能提供足夠的負載電流，當供電電壓下降到3V 時，仍能在輸出電壓為5V 時，輸出 3A 的負載電流，電感中的峰值電流被限制在6.6A 。 MT5036 工作頻率可達800KHz ，這使得電感和輸出電容都可以不用太大，并且?guī)в休p載PSM 功能，可以保證芯片在全負載范圍內保持較高的轉換效率。擁有 60uA 的靜態(tài)電流，可以大大提高鋰電池的壽命，帶有低EMI 工作模式，斷續(xù)工作時，可以有效減少振鈴，轉換器可以避免電池過放電，在關斷時負載可以完全與電池斷開。SN8P2711是一顆采用高

4、速低功耗 CMOS 工藝設計開發(fā)的 8 位高性能精簡指令單片機， 內部有 1K16 位一次性編程 ROM （OTP-ROM ）， 64K8 位的數(shù)據(jù)寄存器（ RAM ），三個雙向 I/O 口，兩個 8 位定時器 /計數(shù)器，兩個 PWM /Buzzer 模塊，多個系統(tǒng)時鐘，四種系統(tǒng)工作模式，一個五信道的十二位模數(shù)轉換器以及五個中斷源。這款單片機可以廣泛應用于測量、電機控制、工業(yè)控制、家電玩具類產(chǎn)品等。2.電路工作原理分析電路的工作具體原理如下：電路工作分為兩個過程，一是外加5V電源對移動電源內置鋰電池充電，二是移動電源對外接移動設備充電。工作在第一種過程時，交流適配器或5V電源接在移動電源的Mi

5、cro USB接口上， VIN為5V電壓時，R1與R2分壓產(chǎn)生USB信號送入單片機，單片機檢測到USB信號后，會將輸出 EN 信號拉低，禁止MT5036 工作。 MT2011 上電后會檢測VCC 的電壓，如果VCC電壓在可充電范圍內，充電芯片開始工作，對鋰電池按照浮充、快速充電、恒壓充電的過程開始充電，電感電流由SW 到 VCC 充電。 TS 信號在默認狀態(tài)下是高，如果外部電路讓TS 強行拉低讓 MT2011 停止工作，D2 是鉗位二極管，可以限制SW 電壓最低在 -0.6V 。圖 2 為充電和放電過程信號和輸入輸出的時序圖。工作在第二個過程時，沒有交流適配器連接在 USB2.0 口連接被充電

6、設備。即 MT5036 的 VOUT 只與被充電設備相連。電路會檢測到便攜設備是否連接在 USB2.0 端口，若插入設備或按啟動按鈕就會啟動 MT5036 ，對設備進行充電。電路中 VCC 通過 R24（100K ）與VOUT 相連。在移動電源輸出端口不連接設備時，VOUT 電壓等于 VCC 電壓，此時 MT5036 的 EN 信號為低，芯片不工作。當設備插入時， VOUT 被設備瞬間拉低，單片機檢測到 VOUT 變低的瞬間降低， 可以判斷設備已接入， 將 EN 信號拉高，使能 MT5036 工作，對設備充電。當 EN 變高， STAT 信號就被強制拉低，這時可以禁止 MT2011 工作，保證

7、充放電芯片最多一個工作。MT5036 工作時，電感電流由 VCC 到 SW。R9 為下拉電阻，保證由于某種原因EN 懸空時，EN 引腳可以接地， MT5036 不會誤工作。 R7 與 R8 為 FB 的分壓電阻，通過這兩個電阻來設置 MT5036 的 VOUT 電壓。 C9、C10、C11 為輸出儲能電容， BOOST 電路電感往輸出端電流不連續(xù)，輸出電容容量應盡量選大一些，在MT5036 芯片中選用 2 個 22uF 貼片電容并聯(lián)。 R14，R15 為輸出電流采樣電阻，可以采樣MT5036 的負載，用來判斷過載或者空載情況情況。當 AMP 信號電壓超過過載閾值時，單片機判斷為過載，此時將EN

8、 拉低，關段 MT5036。當 AMP 信號電壓低于 0.1A 負載閾值時，單片機判斷為空載，為防止效率耗散，40s 后也將 EN 拉低，關段 MT5036 。輸出電壓與分壓電阻關系為：當移動電源工作于充電過程中， SW 是 VIN 和 GND 的方波信號， VBAT 引腳是 MT5036 的內部供電引腳，此時 VBAT 引腳如果為電池電壓， 此時會出現(xiàn)內部漏電情況， 可能會造成 MT5036 的損壞。由圖 1（a）可看出，電源適配器 5V 輸入端（ VIN ）和鋰電池輸出端（VCC）均通過二極管連接到 MT5036 的 VBAT 引腳。這樣做可以防止芯片內部漏電的情況。加入這兩個二極管后， MT5036 的供電引腳會選取電壓大的一側作為供電電源，可以保證內部 MOS 管有效關段。二極管類型最好選取肖特基二極管。單片