单电感移动电源的设计

1、单电感移动电源的设计市面上移动电源中常使用2 个电感，其中充电电路中，充电过程需要一个电感， Boost 电路放电过程中也需要一个电感。充电电路的工作过程是通过5V 的交流适配器给移动电源内部的锂电池充电；而Boost 电路工作过程是将移动电源内部锂电池升压到5V 进行输出，从而给移动设备供电。但在移动电源实际工作中这两种电路通常情况不需要同时工作， 也就是工作中两个电感只有一个电感处于工作状态，两个环路只需要一个工作。1.芯片工作原理本文提出了一种单电感移动电源的方案， 这样不仅利于移动电源节省器件成本， 还可节省设备体积，便于移动电源更小型化。 使设备稳定性更高， 单电感移动电源电路如图

2、1 所示：MT2011 是来颉科技设计的一款高效率大电流单串联锂电池充电控制器。 它支持 4.5V6.5V 输入电压，输出电压可以跟随锂电池电压，最大 2A 的充电电流，使用了高效率的同步整流结构，适合应用于便携式充电设备和移动电源充电。整合电流采样电阻、高精度的电流与电压管理电路、满电自动停止充电。MT2011 工作频率为 1.5MHz ，使用同步整流结构，效率高达 93%。带有充电电流软启动、防反相电流二极管、充电电流采样等功能，并带有完善的输出短路保护和过温保护功能。MT5036 是来颉科技设计的一款95%高效的 800KHz 同步升压转换器，它为单节锂电池或多节锂电池组并联提供了良好的

3、供电解决方案。转换器通过设置芯片外部FB 分压电阻或使用内部 FB 分压电阻来获得一个稳定输出电压。芯片转换效率非常高，能提供足够的负载电流，当供电电压下降到3V 时，仍能在输出电压为5V 时，输出 3A 的负载电流，电感中的峰值电流被限制在6.6A 。 MT5036 工作频率可达800KHz ，这使得电感和输出电容都可以不用太大，并且带有轻载PSM 功能，可以保证芯片在全负载范围内保持较高的转换效率。拥有 60uA 的静态电流，可以大大提高锂电池的寿命，带有低EMI 工作模式，断续工作时，可以有效减少振铃，转换器可以避免电池过放电，在关断时负载可以完全与电池断开。SN8P2711是一颗采用高

4、速低功耗 CMOS 工艺设计开发的 8 位高性能精简指令单片机， 内部有 1K16 位一次性编程 ROM （OTP-ROM ）， 64K8 位的数据寄存器（ RAM ），三个双向 I/O 口，两个 8 位定时器 /计数器，两个 PWM /Buzzer 模块，多个系统时钟，四种系统工作模式，一个五信道的十二位模数转换器以及五个中断源。这款单片机可以广泛应用于测量、电机控制、工业控制、家电玩具类产品等。2.电路工作原理分析电路的工作具体原理如下：电路工作分为两个过程，一是外加5V电源对移动电源内置锂电池充电，二是移动电源对外接移动设备充电。工作在第一种过程时，交流适配器或5V电源接在移动电源的Mi

5、cro USB接口上， VIN为5V电压时，R1与R2分压产生USB信号送入单片机，单片机检测到USB信号后，会将输出 EN 信号拉低，禁止MT5036 工作。 MT2011 上电后会检测VCC 的电压，如果VCC电压在可充电范围内，充电芯片开始工作，对锂电池按照浮充、快速充电、恒压充电的过程开始充电，电感电流由SW 到 VCC 充电。 TS 信号在默认状态下是高，如果外部电路让TS 强行拉低让 MT2011 停止工作，D2 是钳位二极管，可以限制SW 电压最低在 -0.6V 。图 2 为充电和放电过程信号和输入输出的时序图。工作在第二个过程时，没有交流适配器连接在 USB2.0 口连接被充电

6、设备。即 MT5036 的 VOUT 只与被充电设备相连。电路会检测到便携设备是否连接在 USB2.0 端口，若插入设备或按启动按钮就会启动 MT5036 ，对设备进行充电。电路中 VCC 通过 R24（100K ）与VOUT 相连。在移动电源输出端口不连接设备时，VOUT 电压等于 VCC 电压，此时 MT5036 的 EN 信号为低，芯片不工作。当设备插入时， VOUT 被设备瞬间拉低，单片机检测到 VOUT 变低的瞬间降低， 可以判断设备已接入， 将 EN 信号拉高，使能 MT5036 工作，对设备充电。当 EN 变高， STAT 信号就被强制拉低，这时可以禁止 MT2011 工作，保证

7、充放电芯片最多一个工作。MT5036 工作时，电感电流由 VCC 到 SW。R9 为下拉电阻，保证由于某种原因EN 悬空时，EN 引脚可以接地， MT5036 不会误工作。 R7 与 R8 为 FB 的分压电阻，通过这两个电阻来设置 MT5036 的 VOUT 电压。 C9、C10、C11 为输出储能电容， BOOST 电路电感往输出端电流不连续，输出电容容量应尽量选大一些，在MT5036 芯片中选用 2 个 22uF 贴片电容并联。 R14，R15 为输出电流采样电阻，可以采样MT5036 的负载，用来判断过载或者空载情况情况。当 AMP 信号电压超过过载阈值时，单片机判断为过载，此时将EN

8、 拉低，关段 MT5036。当 AMP 信号电压低于 0.1A 负载阈值时，单片机判断为空载，为防止效率耗散，40s 后也将 EN 拉低，关段 MT5036 。输出电压与分压电阻关系为：当移动电源工作于充电过程中， SW 是 VIN 和 GND 的方波信号， VBAT 引脚是 MT5036 的内部供电引脚，此时 VBAT 引脚如果为电池电压， 此时会出现内部漏电情况， 可能会造成 MT5036 的损坏。由图 1（a）可看出，电源适配器 5V 输入端（ VIN ）和锂电池输出端（VCC）均通过二极管连接到 MT5036 的 VBAT 引脚。这样做可以防止芯片内部漏电的情况。加入这两个二极管后， MT5036 的供电引脚会选取电压大的一侧作为供电电源，可以保证内部 MOS 管有效关段。二极管类型最好选取肖特基二极管。单片