單電感移動電源設(shè)計(jì)方案

　　3.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(nèi)置鋰電池充電，二是移動電源對外接移動設(shè)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Micro 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(jī)，單片機(jī)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(nèi)，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(rèn)狀態(tài)下是高，如果外部電路讓TS強(qiáng)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。

　　圖2電路圖中控制與時序關(guān)系。

　　工作在第二個過程時，沒有交流適配器連接在USB2.0口連接被充電設(shè)備。即MT5036的VOUT只與被充電設(shè)備相連。電路會檢測到便攜設(shè)備是否連接在USB2.0端口，若插入設(shè)備或按啟動按鈕就會啟動MT5036，對設(shè)備進(jìn)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(shè)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(dāng)設(shè)備插入時，VOUT被設(shè)備瞬間拉低，單片機(jī)檢測到VOUT變低的瞬間降低，可以判斷設(shè)備已接入，將EN信號拉高，使能MT5036工作，對設(shè)備充電。當(dāng)EN變高，STAT信號就被強(qiáng)制拉低，這時可以禁止MT2011工作，保證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(shè)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(yīng)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(fù)載，用來判斷過載或者空載情況情況。

　　當(dāng)AMP信號電壓超過過載閾值時，單片機(jī)判斷為過載，此時將EN拉低，關(guān)段MT5036.當(dāng)AMP信號電壓低于0.1A負(fù)載閾值時，單片機(jī)判斷為空載，為防止效率耗散，40s后也將EN拉低，關(guān)段MT5036.

　　輸出電壓與分壓電阻關(guān)系為：

　　當(dāng)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(nèi)部供電引腳，此時VBAT引腳如果為電池電壓，此時會出現(xiàn)內(nèi)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(nèi)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(cè)作為供電電源，可以保證內(nèi)部MOS管有效關(guān)段。二極管類型最好選取肖特基二極管。

　　單片機(jī)在移動電源中起調(diào)節(jié)工作模式和保護(hù)的功能。單片機(jī)7號腳的SW1是移動電源輸出的開關(guān)。開關(guān)按下時，會拉高EN信號，使MT5036工作。4個LED燈用來顯示行動電源當(dāng)前電量和充放電狀態(tài)。SW1開關(guān)還可以通過長按讓移動電源手電筒功能打開。

　　4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

　　本文提出了一款單電感高效率移動電源設(shè)計(jì)方案已經(jīng)普遍應(yīng)用于市面上的移動電源中。使用1盎司銅厚雙層板PCB指標(biāo)已能達(dá)到使用要求。

　　隨電池電壓可變的占空比可以保持系統(tǒng)在輸入輸出范圍內(nèi)工作都是穩(wěn)定的，如圖3所示。SW占空比可以保持D=VOUT/VIN.整個系統(tǒng)是穩(wěn)定的

　　圖3.充電狀態(tài)不同電池電壓的SW狀態(tài)。

　　圖4.放電狀態(tài)負(fù)載跳變時對輸出電壓的影響。