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移動(dòng)電源充電的基本知識(shí)介紹

電子設(shè)計(jì) ? 來(lái)源:網(wǎng)友電子設(shè)計(jì)發(fā)布 ? 作者:網(wǎng)友電子設(shè)計(jì)發(fā)布 ? 2021-12-15 15:41 ? 次閱讀
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移動(dòng)電源用于智能手機(jī)或平板電腦等便攜式電子產(chǎn)品的流行個(gè)人裝置,其時(shí)尚而薄的外形意味著有限的電池容量。移動(dòng)電源是便攜式二次電池,用于在無(wú)法使用交流電源時(shí)存儲(chǔ)能量。

圖1是有兩個(gè)USB端口的移動(dòng)電源操作板。一個(gè)端口是迷你USB,將電源線連接到USB充電適配器以在移動(dòng)電源中存儲(chǔ)能量。另一個(gè)USB端口是用于在路上為智能手機(jī)或平板電腦充電的標(biāo)準(zhǔn)A型USB端口。

根據(jù)外形因素和預(yù)算,移動(dòng)電源可以使用不同的電池。圖2a為用于智能手機(jī)電池容量為幾千毫安時(shí)(mAh)的移動(dòng)電源,使用鋰聚合物電池來(lái)實(shí)現(xiàn)薄外形。另一種具有數(shù)萬(wàn)mAh電池容量的電池,通常使用18650電池(直徑為18mm,高度為65mm的圓柱形電池),以合理的成本實(shí)現(xiàn)高充電容量。圖2b是在殼體內(nèi)并聯(lián)多個(gè)18650圓柱形電池組的此類移動(dòng)電源的示例。

移動(dòng)電源的外形決定了移動(dòng)電源的尺寸和容量。在移動(dòng)電源的開發(fā)過(guò)程中還需要考慮許多其他技術(shù)問(wèn)題。表1列出了電池充電和放電方面移動(dòng)電源的基本應(yīng)用要求和技術(shù)挑戰(zhàn)。

應(yīng)用要求 技術(shù)挑戰(zhàn)
移動(dòng)性和靈活性 與主機(jī)控制選項(xiàng)高度集成
USB D+ / D-檢測(cè) 先進(jìn)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)
電池壽命和備用時(shí)間長(zhǎng) 高電池充電電壓精度和高升壓功率轉(zhuǎn)換效率
基于電壓的電量測(cè)量功能 集成ADC,用于基于電壓的電池容量測(cè)量
低電磁干擾(EMI) 優(yōu)化的開關(guān)周期性能和IC/PCB布局

表1:移動(dòng)電源應(yīng)用要求和技術(shù)挑戰(zhàn)

圖3是兩級(jí)電源的方框圖;這是最直接的解決方案之一。第一級(jí)是單節(jié)電池充電器,可以是線性充電器,如bq24090或開關(guān)充電器。線性充電器的優(yōu)點(diǎn)是成本低,EMI低和解決方案尺寸小。對(duì)于從幾千毫安小時(shí)到10,000mAh的大容量移動(dòng)電源,需要使用開關(guān)充電器來(lái)減少充電時(shí)間,降低溫升。第二級(jí)是升壓轉(zhuǎn)換器,如TPS61088,根據(jù)輸出電流和電纜電阻將電池電壓升高到符合USB的5V。兩組開關(guān)和電感器分別執(zhí)行充電(紅線)和升壓(藍(lán)線)。

兩級(jí)方法需要兩組開關(guān)和電感器來(lái)執(zhí)行降壓充電和升壓on-the-go(OTG),增加了解決方案總成本。單芯片完全集成的移動(dòng)電源IC,像bq24195和高壓快速充電的bq25895,只需要一組開關(guān)和電感器來(lái)執(zhí)行充電和升壓功能。圖4a顯示了移動(dòng)電源充電模式(紅色細(xì)線)和旁路模式(紅色粗線)。

當(dāng)適配器迷你USB電纜插入移動(dòng)電源時(shí),充電器啟動(dòng)D + D-檢測(cè)以確定輸入電流大小,將充電器輸入電流設(shè)置為不超過(guò)檢測(cè)值。如果設(shè)備通過(guò)電纜連接到A型USB端子,則由于充電器的輸入電流動(dòng)態(tài)電源管理功能,適配器電流將保證旁路手機(jī)充電(圖4a上的粗紅線)為高優(yōu)先級(jí)事項(xiàng)——剩余的額外功率對(duì)電池充電。

圖4b上的藍(lán)線為以O(shè)TG升壓模式工作的移動(dòng)電源。適配器已拔下,電池電壓升至5V左右為手機(jī)充電。用于在降壓充電模式中操作的開關(guān)和電感器組現(xiàn)在以升壓-放電模式操作對(duì)手機(jī)進(jìn)行充電;不需要額外的元件,從而降低了成本。

不僅在所有三個(gè)充電器的充電模式期間,而且在bq24295和bq25895的放電升壓模式期間,為了使電池充電和放電,用負(fù)溫度系數(shù)(NTC)電阻器感測(cè)電池溫度,以確保期望的電池操作。

如您所見(jiàn),本博客中提到的單芯片完全集成電源IC產(chǎn)品系列只有一套開關(guān)和電感器。bq25895集成ADC可與主機(jī)一起使用,用于電池容量測(cè)量。該解決方案簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì),降低了BOM成本,同時(shí)解決了設(shè)計(jì)移動(dòng)電源的許多挑戰(zhàn),包括實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性的高度集成,輸入電流限制的D + D-檢測(cè)以及為實(shí)現(xiàn)所需的工作溫度范圍在充電和放電模式下的電池溫度檢測(cè)。查看下面的TI Designs,開始您的移動(dòng)電源設(shè)計(jì)。

審核編輯:何安淇

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