便攜式智能型移動電源設計

摘 要：目前各類移動數碼設備普遍存在機載內置電池容量較小的現象，造成設備使用時間較短，尤其在戶外長時間使用時更為明顯，針對這一缺點，特對便攜式移動電源進行了設計。該電源使用5V適配器或標準USB接口供電，在具備恒壓及恒流充電模式的同時，監測電源內置鋰電池溫度，并能夠在對內置鋰電池充電的同時對移動數碼設備供電。實踐證明，該電源充電時間短、效率高，具有一定的先進性、優越性和創新性等諸多優點，可有效的將移動數碼設備電量不足的問題進行解決。

關鍵詞：移動電源；智能充電；充電電路

中圖分類號：TM912 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 20-0000-02

伴隨著快速發展的移動互聯網絡，以智能手機為典型代表的各類移動數碼手持設備大量涌現，其來越大的屏幕尺寸、不斷提高的性能，與設備機載電池容量的矛盾也越來越大，導致手持數碼設備機載電池能量無法應對使用需求[1]。在此背景下應運而生的移動電源經常作為移動數碼設備的外接電源或充電電源，解決了移動數碼設備在戶外無法長時間工作及不能充電等問題，可對移動數碼設備長時間連續供電及多次充電，因此越來越多的用戶也對移動電源日益青睞及依賴[2]。隨著快速發展的全球經濟，人們的生活水平日益提高，各類隨身攜帶的電子設備日益增多，移動電源尤其是便攜式智能型移動電源的發展空間必將得到進一步的拓展。

一、移動電源總體設計

圖1所示為便攜式智能型移動電源的系統結構圖，該系統主要由五個部分構成，分別為由輸入電路、保護電路、升壓電路、充電電路、輸出電路。

二、升壓電路工作原理及設計

圖2所示為升壓電路原理圖，基于MEZ109設計，該芯片是一種典型的CMOS DC/DC控制型升壓芯片，該芯片由振蕩電路、參考電壓源、相位補償電路、PFM/PWM控制切換電路、誤差放大電路等構成。電源輕載時，為了防止因工作電流降低而導致的效率降低，通過PFM/PWM控制切換電路將工作狀態更改為PFM控制電路，此式占空比為15%。當外接設備需要大電流輸出及高效率充電時，依靠N溝道功率型MOS管接低通態電阻實現。

三、充電電路工作原理及設計

（一）工作原理

圖3所示為移動電源充電電路原理圖，該充電電路可以通過5V電源適配器或標準USB口對內置鋰電池進行充電，由電源管理芯片（TP4056）進行控制，這一過程自動完成。充電電壓范圍設置為4.2V（±5%），充電電流依據被充電池電壓自動調節。充電電路自動停止充電的條件為充電電流在達到浮充電壓最終值得10%。當由標準USB接口或5V適配器提供的輸入電壓中斷時，充電電路自動將漏電流降至1.8μA以下，從而自動進入低電流充電狀態。在有電源供電時，同樣可將移動電源設置為停機模式，在此模式下充電電路將供電電流大小降為50μA。此外，該電路還具備充電指示、充電結束狀態指示的LED以及欠壓閉鎖功能、電池溫度檢測功能、自動再充電功能。

（二）充電電流值設置

充電電流的大小設定依靠POG引腳的對地電阻來實現。充電電流的大小為：

其中，IBAT表示充電電流（mA），RPOG表示POG引腳的對地電阻值（Ω）。該充電電路的輸入為標準USB接口時，充電電流大小約為550mA，當輸入為5V適配器時，充電電流最大值可以達到1500mA。

四、控制電路工作原理及設計

圖4所示為移動電源的控制電路原理圖。該控制電路的控制核心基于電壓比較器，鋰電池的電壓經分壓電阻網絡采集后送至電壓比較器的同相輸入端，并將與參考電壓比較后的值輸出，從而控制繼電器，以實現對負載的通斷控制[3]。

五、輸出電路工作原理及設計

圖5所示為移動電源的輸出電路原理圖，當移動設備未接入時，LED1點亮、LED2熄滅；當檢測到有移動設備接入時，LED1及LED2同時點亮，顯示設備處于充電狀態。

六、結束語

本文設計的便攜式智能型移動電源應用電源管理芯片及外圍電路設計而成，大量實踐證明，其效率（包括升壓效率及轉換效率）等各個關鍵參數對于各類移動數碼設備的使用要求均能滿足。隨著移動數碼設備快速的發展及3G、4G移動互聯網等網絡的全面覆蓋，移動電源的發展及應用，尤其是智能型及便攜性也將得到更近一步的發展。

參考文獻：

[1]吳學軍.一種基于低功耗單片機的移動電源設計[J].電源技術，2014（03）：495-497.

[2]陰亞芳，花蕊.便攜設備電源管理系統的設計[J].西安郵電大學學報，2014（03）：84-90.

[3]林春成.便攜電子設備的電源分布及電源管理設計[J].機電工程技術，2009（12）：74-76.

[作者簡介]馮海（1986-），男，甘肅皋蘭人，助理工程師，從事自動化、電氣專業的教學及移動電源、數字智能電源等相關研究工作。