原创 移动电源电路方案设计详解

　　近年来，由于便携式产品的普及化，如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、MP3随身听等，几乎人人都使用这些便携式产品，但是当你出门在外正在使用智能手机打电话或使用平板电脑看影片时，电池突然没电了，常常让人觉得非常无奈。为避免外出时遇上智能手机或平板电脑没电的窘况，对于这些便携式产品来说，移动电源(Power Bank)几乎成为必备的配件。同时，随着锂离子电池相关技术的快速发展，使得移动电源的电池容量愈来愈大但体积却不增反减，大大提升了移动电源携带的便利性。

　　目前，移动电源本身除了追求愈来愈大的电池容量与尽可能轻薄小巧的外型外，其充电所需的时间长短与可释放出来的总电量多寡也为消费者选购时关心的重点。因此，如何设计充电时间短、转换效率高的移动电源电路，亦为移动电源产品设计上的重要课题。有鉴于此，本文将说明如何实现一体积小、效率高的移动电源电路。

图1 Charger IC + Boost IC 方案

图2 MCU + Charger IC + Boost IC 方案

图3 三合一集成IC 方案

电路方案

　　目前移动电源的电路方案大致上可分为三种，第一种方案是Charger IC + Boost IC，此种方案利用Charger IC对移动电源的锂电池充电，Boost IC对移动装置放电，如图1所示。第二种方案是MCU + Charger IC + Boost IC，除了第一种方案的部分外，多了MCU对锂电池及输入输出电压作侦测，此种方案目前比较常见，如图2所示。第三种方案则是将MCU 、Charger IC及Boost IC整合成一颗IC的三合一方案ic，可以减少零件的数量，节省PCB空间，如图3所示。而本文将针对目前比较常见的第三种方案做详细介绍。

移动电源电路

　　这几年，随着便携式产品不断成长，移动电源的需求也持续增加，轻薄小巧、快速充电、转换效率高及高安全性等也成为消费者购买移动电源时的首要考虑，为了满足消费者的需求，许多公司都推出移动电源解决方案，在此我们以致尚微所开发的ZS6300作为设计范例，提供给读者参考。

　　从上一节可以得知，一个完整的移动电源电路包含了电池充电管理、升压转换及电量显示等功能，每个部分都会影响移动电源的整体效能，所以选用适当的IC是非常重要的。图4所示为本文所要介绍的移动电源电路，底下将针对所提出的移动电源电路做详细的说明。

图4 移动电源电路

锂离子电池电源管理

　　锂离子电池是目前应用最广泛的可重复充电式电池，可将单颗锂电池用于低功率产品，也可以将多颗锂电池串并联得到更高电压与容量，例如移动电源就是将多颗锂电池并联来获得高容量。锂电池具有能量密度高、自放电率低、无记忆效应、寿命长、重量轻等优点，非常适合做为便携式产品的电力来源。

　　锂电池电源管理ic的种类有很多，有单纯的充电管理ic，升压ic等，还有三合一的集成ic，ZS6300就是三合一的集成ic。

　　充电过程中，当电池电压上升到4.2V时，要立即停止充电，以避免电池过充而产生危险，而当电池放电时，电池电压如果降至2.5V以下，要立即停止放电，以免电池过放而减少电池的使用寿命。除此之外，锂电池在应用上，还会加上短路保护电路，防止锂电池因短路而造成危险。

　　锂电池对充电要求很高，需要精密的充电电路以保证充电的安全，尤其要求终止充电电压精度在额定值的±0.5%之内。目前锂电池充电最常采用三段充电法，即涓流(Trickle Charge Mode)、恒流(Constant Current Charge Mode)、恒压(Constant Voltage Charge Mode)。ZS6300 用开关方式对电池进行涓流/恒流/恒压三段式充电。当电池电压低于3V时，进行涓流充电;当电池电压高于3V时，进行恒流充电;当电池电压接近4.2V时，进行恒压充电，此时充电电流开始逐渐减小，当电流减小到恒流充电电流的1/10 时，4 个LED 灯全部常亮，指示电池已经充饱。充饱时，电池终止充电，等待电池电压降低到一定电压(VRECHG)时进行复充(Recharge)。图5所示为采用三段充电法的锂电池充电特性曲线。

图5 采用三段充电法的锂电池充电特性曲线

　　便携式产品的蓬勃发展，使得移动电源的功能及规格要求也日渐提升，因此如何有效率的充放电也成为各家厂商发展的主流。由于芯片的集成度和相关性能直接影响了转换效率，适合高容量锂电池的应用，因此本文提出一个以三合一芯片为主的移动电源专用方案，来提高充电电流，缩短充电时间，并使充电电路几乎不会有过热的问题发生。

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