移動電源設計并不復雜,大部分工作在于根據主控芯片選擇充放電回路中的MOS管、肖特基二極管、電阻器、電容器和電感器及其相關參數。下圖以CSU8RP3119B芯片為例,介紹典型移動電源類感性負載電源系統原理及PCB布線。
電路原理
充電回路中,充電器從J1接入,充電電壓經過二極管D7后施加到由PMOS管Q12、NMOS管Q3和電感器L1組成的同步降壓電路,主控芯片CSU8RP3119B通過輸出互補PWM控制PMOS管Q12、NMOS管Q3實現對電池線性充電。
移動電源類感性負載電源系統原理
放電回路中,電池電壓經過由電感L1、PMOS管Q12、NMOS管Q3和輸出電容組成的同步升壓電路,主控芯片CSU8RP3119B通過輸出互補PWM控制PMOS管Q12、NMOS管Q3實現5V恒壓輸出。
電感器參數選擇
電感參數主要與主控芯片的PWM輸出頻率相關,建議300KHZ的PWM頻率采用2.2uH電感器,250KHZ的PWM頻率采用3.3uH電感器,200KHZ的PWM頻率采用4.7uH電感器。
輸出電容參數
對于三合一移動電源,輸出電容至少需要2個22uF+1個0.1uF的陶瓷電容,否則會造成系統輸出電壓不穩定。如果需要實現更小的紋波(<100mV)要求,可根據實際情況增加1-2個22uF電容器,注意耐壓要保證在10V以上。
芯片VDD設計
當移動電源帶重載拔出,或者輸出端短路時,由于軟件動態響應速度問題,主控芯片瞬間有可能輸出占空比較大的PWM,導致Vout端出現高壓。由于主控芯片VDD是由Vout電壓供電,為防止芯片被瞬間產生的高壓打壞,在VDD端必須串聯一個肖特基二極管和一個10歐姆電阻器,保證芯片VDD端的電壓低于極限電壓6.0V。
另外,中控芯片VDD建議采用電池電壓和Vout電壓雙電壓供電。當系統睡眠時通過電池電壓供電,保證芯片正常工作。當系統升壓施,采用Vout電壓供電,保證系統轉化效率。
芯片IO接口電路
芯片IO接口可靠性設計基本原則是“三個保證”,即保證芯片IO電壓不大于VDD+0.3V,保證芯片所有IO注入電流不大于150mA,保證芯片所有IO輸出總電流不大于150mA。
PCB布局要求
移動電源類感性負載電源系統對PCB布線要求比較高,布局不合理會造成主控芯片被高壓損壞。
移動電源類感性負載電源系統對PCB布線
MicroB接口進來的電壓經過D7后直接灌到主控芯片U4的VDD,當接入比較差的適配器時,有可能會產生高壓并損壞中控芯片。這種情況下,NC的C10電容器必須焊接22uF以上的電容MicroB接口進來的電壓經過二極管D7和電容C15、C16、C17輸出電容后才到主控芯片U4的VDD。
另外,升壓電路出來的電壓同樣經過電容C15、C16、C17才到主控芯片U4的VDD,這樣的布局對于主控芯片的高壓保護起到很好保護作用,并且MicroB接口端的大電容C10可以省掉,以節省成本。
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