3-INPUT便攜式設(shè)備電源的設(shè)計與制作

 一、設(shè)計思路

　　本文介紹一種通用性較強、成本低廉的便攜式電源系統(tǒng)設(shè)計與制作，系統(tǒng)具有兩種供電模式，可采用外接電源供電，也可由內(nèi)置鋰電池供電，系統(tǒng)最終輸出電壓均為3V，兩者同時存在時，優(yōu)先選擇外接電源供電。具有兩種外接電源接口，電源適配器和USB 接口，兩者同時使用時，電源適配器具有優(yōu)先權(quán)。本系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于各種便攜式設(shè)備，有較強的實用性和較好的市場前景。

　　電源模塊外形封裝如圖1。

圖1 電源模塊

　電源系統(tǒng)原理框圖如圖2，由輸入選擇電路選擇外接電源的供電方式，電源輸入的電壓值為4.5~6 伏，有外接電源時，直接經(jīng)3.3V 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后輸出，如果電池電量不足時，同時通過鋰電池充電電路對鋰電池進行充電；沒有外接電源時，由鋰電池供電，經(jīng)3.3V低壓差線性穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后輸出，供電選擇電路根據(jù)是否有外接電源，選擇由外接電源供電或者鋰電池供電。
　
圖2 原理框圖

　　二、電路設(shè)計

　　1. 輸入選擇電路

　　輸入選擇電路用以實現(xiàn)對外接供電電源的選擇，本設(shè)計中采用目前主流的USB 供電以及電源適配器供電兩種方式，以適應(yīng)不同的供電環(huán)境，外接電源的供電電壓需在4.5V~6V 之間，當(dāng)兩者共同存在時，適配器具有優(yōu)先權(quán)，具體實現(xiàn)方法如圖3，分以下三種情況：

圖3 輸入選擇電路

　　●只有電源適配器供電，PMOS 管截止，輸入電壓經(jīng)D1 降壓后，給后級電路供電，D1 采用肖特基二極管，導(dǎo)通壓降約為0.3V ；

　　●只有USB 供電，PMOS 管導(dǎo)通，D1 用于防止USB 接口通過電阻R2 消耗電能；

　　●兩者同時存在，PMOS 管截止，電源適配器輸入電壓經(jīng)D1 降壓后，給后級電路供電。

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　　2. 鋰電池充電管理電路

　　鋰電池充電電路采用CN3052 鋰電池充電芯片，CN3052 可以對單節(jié)鋰電池進行恒流或恒壓充電，只需要極少的外圍元器件，可編程設(shè)定充電電流，恒壓充電電壓為4.2V。并且符合USB 總線技術(shù)規(guī)范，非常適合于便攜式應(yīng)用的領(lǐng)域。

圖4 鋰電池充電管理電路

　　應(yīng)用電路如圖4，只需要很少的外部元件，輸出電壓4.2V，精度可達1% ，CE 為芯片使能端，高電平有效。

　　綠色LED 用于指示電池是否處于故障狀態(tài)，紅色LED用于指示是否處于充電狀態(tài)。本設(shè)計中TEMP 管腳接到地，未使用溫度檢測功能。R4 用于設(shè)定恒流充電電流，計算公式為：

　　I =1800V/ R4 ；

　　本設(shè)計中R4 為10KΩ，充電電流為180mA。

　　3. 電池輸出穩(wěn)壓電路

　　因鋰電池電量不同時，輸出電壓可在大約3.5~4.3V之間變動，采用低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）對電池輸出電壓進行穩(wěn)壓，經(jīng)穩(wěn)壓后輸出恒定的3.3V 電壓，本設(shè)計采用TPS76333 穩(wěn)壓芯片，只需極少的外圍元件，使用方便，此穩(wěn)壓芯片最大可輸出150mA 電流。電路圖如圖5 所示。

圖5 電池穩(wěn)壓電路[!--empirenews.page--]

　　4. 外接電源穩(wěn)壓電路

　　因電池供電時，經(jīng)LDO 電路穩(wěn)壓后，輸出電流有限，當(dāng)有外接電源時，穩(wěn)壓方式采用SPX1117-3.3V 穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓，輸出電流可達800mA。電路圖如圖6 所示。

圖6 外接電源穩(wěn)壓電路

　　5. 供電選擇及輸出電路

　　如圖7 所示，分以下三種情況：

　　只有外接電源，未接鋰電池時，電源輸入電壓經(jīng)SPX1117-3.3V 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，輸出3.3V 電壓。

　　只有鋰電池，無外接電源時，電池輸出電壓經(jīng)TPS76333 穩(wěn)壓， 輸出3.3V 電壓經(jīng)D2 降壓后輸出，D2 為肖特基二極管，最終輸出電壓為3V 左右。

　　兩者同時存在時，D2 截止，由外部電源供電，輸出3.3V 電壓。

圖7 供電選擇電路圖

　　6. 系統(tǒng)整體電路

　　系統(tǒng)整體電路如圖8 所示。

圖8 整體電路[!--empirenews.page--]

　　三、實物制作

　　采用單面布線，設(shè)計完成的PCB 布線圖，如圖9。

　　單面板制板完成效果圖，如圖10。

　　焊接完成的電路板如圖11 所示。

圖9 PCB布線圖

圖10 制板效果圖

圖11 實物圖

　　四、元件及其參數(shù)