单电感移动电源的设计

1.引言

针对如今便携式移动设备的发展，越来越大的屏幕需要更大的功率。基于锂电池容量和体积的正比关系，便携式设备的电池容量只能局限在一定的范围内，一种大容量的独立充电设备由此产生。但是由于通常做法是充电阶段与放电阶段为两个不同的环路，容易产生信号的互相干扰，并且对于移动电源这种相对廉价的设备，充电与放电共享的环路可以大大降低移动电源的生产成本。

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。

2.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1所示：

(a). 充电芯片外围电路

(b). 升压芯片外围电路

(c). 单片机外围电路

图1. 电路中芯片工作电路。

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4.5V~6.5V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1K×16位一次性编程ROM(OTP-ROM)，64K×8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。

3.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Micro 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。