如何實現(xiàn)移動電源的電路設計？有哪應用方案？

自從智能手機、平板電腦、筆記本電腦的興起，內(nèi)置的鋰電池技術沒有革命性突破，續(xù)航問題一直伴隨著這些數(shù)碼設備，移動電源的出現(xiàn)給我們出行過程中學習、工作、娛樂提供了更多額外的電量，可謂是功不可沒。

這些數(shù)碼設備中，以筆記本電腦的充電速度要求最高，因此筆記本專用的移動電源又成為了充電寶中一個重要品類，這類大容量大功率充電寶也曾風靡一時。隨著智能手機的不斷發(fā)展，電荷泵技術在手機端的大量采用，量產(chǎn)的手機已經(jīng)開始標配65W快充，這個充電速度一度追平、甚至超越筆記本電腦。

移動電源，也叫“外掛電池”“外置電池”“后備電池”“數(shù)碼充電伴侶”，就是方便攜帶的大容量隨身電源。它是隨著數(shù)碼產(chǎn)品的普及和快速增長而發(fā)展起來的，數(shù)碼產(chǎn)品功能日益多樣化，使用也更加頻繁，如何提高數(shù)碼產(chǎn)品的使用時間，持續(xù)供電的重要性就越來越凸顯了。移動電源，就是針對并解決這一問題的最佳方案。

本文介紹的移動電源具有以下特點

◆輸出電路1：USB 5V/3A輸出，功率15W。

◆輸出電路2：可調(diào)0.8～22V輸出，內(nèi)電池供電功率為30W，用外部直插電源供電功率為100W。

◆帶均衡電路：帶3串電容均衡電路，并且自帶外部接口均衡，留有6孔均衡充接口，并且有均衡指示。同時，該接口還是一個多功能接口，平時無電壓輸出，但插入接口后，自動接通外部電源，可均衡，可輸出，還可以輸入，并有信號指示，且擁有過壓、過流、短路保護。

◆輸出電容：MLCC電容全部采用TDK電容，電解電容采用紅寶石130℃軍工電解電容，該電容耐熱性能高，容量不易減小，并且還采用了三洋聚合物固態(tài)電容，不會爆漿或燃燒。

◆內(nèi)部電源：采用3串18650鋰離子電池，并且可以換成3塊610608的聚合物電池，總輸出電壓12.6V。

◆4路電壓液晶顯示：可顯示充電電壓、電池電壓、USB電壓、可調(diào)電壓、USB輸出電流、可調(diào)電壓輸出電流以及外部充電電流。

◆靜態(tài)電流：5μA，開啟電壓表電流30mA，開啟電池端3780為4mA。

◆可為1臺筆記本供電，并具有外部電源的UPS模式。

◆3串2600mAh電池，總功率為30W，輸出電壓為12.6V。

◆監(jiān)視充電電流及負載電流。

◆尺寸：11cm×6cm×2cm。

移動電源必須具有良好的移動性和通用性。所謂移動性，是指產(chǎn)品能在移動狀態(tài)下(例如旅游、戶外活動，充電器不在身邊或不方便充電的情況下)發(fā)揮其功用，即在Anywhere(任何地點)、Anytime(任何時間)，不受局限地給數(shù)碼產(chǎn)品供電或充電。其通用性是指產(chǎn)品能夠適合最大范圍的數(shù)碼產(chǎn)品。其實，不僅如此，有的移動電源可以通過USB電纜線使用在任何符合 USB On-the-Go(USB-OTG)的便攜型設備上(如 USB 電燈、USB 電熱咖啡壺等)。

移動電源應用的普及，讓其設計的安全性顯得尤為重要。由于一些移動終端廠商的產(chǎn)品設計缺陷，我們多次聽到過手機電池爆炸傷人的事件，而造成電池爆炸的主要原因就在于電源管理部分的設計存在缺陷。因此，良好的電源管理設計是移動電源安全性的保障，也是DIY移動電源的設計重點。用18650圓柱鋰電池或條狀的鋰聚合物電池DIY的移動電源，在移動狀態(tài)中隨時隨地為多種數(shù)碼產(chǎn)品提供電能(供電或充電)，這是目前市場比較流行的移動電源方案。

筆者一口氣制作了3個移動電源(見圖7.1)，逐步改進并完善。第一個電源僅采用單純的LTC1700升壓方式，只能升壓到5V，供手機設備供電;第二個移動電源采用雙路LTC3780與LTC1700混合模式，可以輸出5V的USB電壓，還可輸出兩組獨立可調(diào)的電壓，用來驅(qū)動筆記本電腦等高耗電設備，并且還可以帶一只移動的24V烙鐵，用來緊急時焊接使用;第三個移動電源就是本文要為大家介紹的制作項目，含有一路LTC3780可調(diào)電壓輸出，可用來驅(qū)動筆記本電腦，另一路3R33驅(qū)動的5V USB電壓輸出，用MAX745控制充電，采用了電容均衡電路等，是3個DIY移動電源中最為完善的。

圖7.1 筆者 DIY的3個移動電源

設計電池管理電路目前市面上主流的移動電源基本都是單鋰電池升壓到5V的移動電源，采用的芯片也各式各樣，運用的方式也不盡相同。不管怎樣的移動電源，都有一個共同的目的，就是把不同電壓的電池輸出都統(tǒng)一穩(wěn)定在5V電壓上，這要靠高效、安全的電池管理電路，而該電路的核心就是電池管理芯片。所以說，除了電池，移動電源的靈魂就是電池管理芯片，這一點也不為過。

不同升壓芯片的工作原理是不一樣的，有同步整流的，有肖特基整流的。從效率與可靠性上來看，同步整流的效率可以高達98%，而采用肖特基整流效率一般在90%左右。這類的主要進口芯片有凌利爾特公司的LTC1700、LTC1871、LTC3780，美信公司的MAX1703，德州儀器公司的TPS61030等，國產(chǎn)芯片有PT13001等。我的制作方案采用的升壓芯片是LTC3780，我認為這是款性能極為優(yōu)異的芯片。不過現(xiàn)在凌利爾特有升級型號LTC3789，據(jù)說有恒流功能，本人用過幾塊LTC3789的DEMO板，但感覺沒有LTC3780好用，所以放棄了。

手持設備越來越多，功能也越來越復雜，帶來的耗電也隨之增加，只有5V電壓輸出往往不夠用了，大家更需要的是一種可以輸出調(diào)節(jié)電壓的移動電源，既能升壓到5V，又能根據(jù)需要調(diào)節(jié)輸出不同的電壓，如筆記本需要的電壓在16～20V。正因如此，筆者才制作了本文介紹的這個電壓調(diào)節(jié)型的移動電源，比市場上單一的5V電源功能強大多了。

常用電池管理芯片特點比對

◆從表7.1中，我們可以從幾個方面大概了解各個芯片的特點。

◆表7.1中的數(shù)據(jù)我再具體解釋一下：

(1)加*號的項目因為外圍元件變化大，基本不能確定;

(2)干擾主要是指對外輻射的電磁波和輸出紋波;

(3)升級空間是指通過換電容、電感、功率管等，能帶來很大的性能提升;

(4)效率峰值是指最推薦使用的電流值，在此電流下發(fā)熱最小，效率最高;

(5)待機模式，跳周期干擾稍大，但是靜態(tài)小;PWM干擾小，但是靜態(tài)耗電大;

(6)PWM模式的芯片做成正負電源效果較好，F(xiàn)PM芯片容易負壓不穩(wěn);

(7)穩(wěn)定性是指不正常的外部環(huán)境(比如電壓波動、短路、過流等)對電路造成損壞的可能性;

(8)單管升壓的典型電路板有BAU72、BAU89、BL8530等，售價為3～10元，屬于玩具級別;

(9)PWM芯片的典型電路板有RT9262、RT9266、PT1301、UC38XX等，售價為23～35元，屬于實用級別;

(10)焊接難度等級：低——尖頭烙鐵+焊錫即可搞定;中——除了烙鐵，可能還需要吸錫帶、助焊劑等工具;高——烙鐵焊接困難，需要工具齊全。

◆表7.1中的芯片都很好，特別是同步整流的，但元器件布局需要非常講究，否則會有很大待機電流，還有可能會發(fā)生自激。在這里面最難布線的是LTC3780，稍不注意就不會成功。

移動電源方便快捷，便于攜帶，廣泛應用于手機、平板電腦等數(shù)碼設備，是一種集供電和充電功能于一體的便攜式充電器。一般由鋰電芯作為儲電單元，成為日常生活中必備產(chǎn)品。整理了8個移動電源設計方案，一起學習。

1、DIY快充移動電源PD快充，QC快充，MICRO,TYPE-C,蘋果頭

采用IP5328P快充集成芯片，該芯片集成了輸入輸出PD快充，高達18W的快速充放電功能。改文件是4層板制作。單節(jié)電池輸入，充放電18W，板子文件是PADSVX1.2版本的。

2、IP5328P移動電源快充板 支持多種快充協(xié)議(AltiumDesigner軟件打開)

IP5328P移動電源快充板,包含全套資料，已測試驗證，可直接批量生產(chǎn)。

3、基于ARM-CORTEX M3的STM32F103的移動電源設計 全套資料~!

本電路主要是圍繞移動電源的監(jiān)控和運行控制功能而設計的人機交互產(chǎn)品。本電路采用STM32F103(STM32F103數(shù)據(jù)手冊)作為主控制芯片;運用芯片TP4056實現(xiàn)部分電路升壓，同時利用HT7527A實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出3V和5V，給單片機STM32F103和PWM電路提供電源。運用芯片DW01實現(xiàn)保護電路模塊，實現(xiàn)過充、過放、過流以及短路保護等功能，當充電電壓低，啟動輸出PWM;當充電電壓高，關閉輸出PWM。運用LCD驅(qū)動芯片HT1621B(HT1621B數(shù)據(jù)手冊)和單片機STM32F103實現(xiàn)BTL006液晶顯示，通過BTL006可以看到當前移動電源電壓和電流等功能，達到很好的電路保護效果;支持USB接口充電。