充电宝因过载使用而导致的过热问题解决方案

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作者： TI 工程师 Helen Chen

充电宝 在给移动设备充电的过程中如果发生过热的问题，很容易导致起火爆炸等安全问题。我们经常能从媒体上看到此类事故的发生。因此充电宝的设计者们通常会加入过流保护电路，过热保护电路来增加产品的可靠性。充电宝行业竞争激烈，成本压力很大，因此这些额外增加的线路越简单可靠， 产品越有竞争力。

TI的参考设计PMP9806就是针对这一客户需求而设计的。这个参考设计的输入电压为2.7-4.4V, 输出能力为18W （5V/3A, 9V/2A 及12V/1.5A）。当升压变换器TPS61088 的输出电流大于设定值，输出电压就会下降， 有效地限制了输出功率和输出电流， 从而避免了充电宝 因过载使用而导致的过热问题。下面我们来看一下具体的电路设计。

TI参考设计PMP9806的系统框图

图1是TI参考设计PMP9806的系统框图。采样 电阻RS将输出电流转化为一个电压信号V_SENSE。运算放大器A1将V_SENSE放大成V_AMP1接到运算放大器A2的输入端。V_FB是TPS61088 FB 脚的参考电压，V_FB为1.204V。当输出电流小于限流点时，当V_AMP1低于1.204V，二极管D不导通，电阻R_ADJ悬空，TPS61088 FB脚的电压仅由输出电压决定。当输出电流高于限流点时，当V_AMP1高于1.204V，二极管D导通，V_AMP2直接跟随V_AMP1的电压，TPS61088 FB 脚的电压上升，输出电压下降。如果输出电流进一步上升， 输出电压将进一步下降。输出电压的下降幅度由R_ADJ的阻值决定。R_ADJ的阻值越小，输出电压的下降幅度就越大。

图1. PMP9806的结构框图

TI参考设计PMP9806的设计指标

表1给出了PMP9806的设计指标，限流点的值设置在比正常输出高5%。 一旦输出电流高于限流点，输出电压马上下降，从而限制了最大输出功率，有效防止了充电宝因过载使用而导致的过热问题。

表 1. 设计指标

Input Voltage	Output Voltage/Output Current	Output Current Limit Point
3V- 4.2V	9V/2A	Io ≥ 2.1A
5V/3A	Io ≥ 3.15A
12V/1.5A	Io ≥ 1.575A

TI参考设计PMP9806的参数计算

图2 给出了PMP9806限流电路的示意图。该限流电路里面两个最关键的参数是运算放大器A1放大倍数的选择和调节电阻R_ADJ参数的选择。

以输出Vo=9V，Io=2A为例，限流点设置在2.1A。采样电阻为25m ohm，因此当输出电流达到限流点时，采样电阻两端的电压V_SENSE为：

（1）

此时要使得限流电路起作用，运算放大器A1的输出必须达到TPS61088 FB 脚的参考电压值1.204V。因此我们可以得到下面的等式：

（2）

由此我们可以得到A1的放大倍数为：

（3）

因此可以将R17设为232k ohm，将R16设为10.5k ohm。

图2. PMP9806限流电路

当V_AMP1高于1.204V时，二极管D导通，V_AMP2直接跟随V_AMP1的电压。因此可以推出如下的关系式：

（4）

（5）

由上述公式（5）可以推出R_ADJ的表达式为：

（6）

其中：

如果希望将输出功率限制在一个更小的值，比如说当输出电流达到3A时，输出电压为5.5V，则可以取R_ADJ=121K。

TI参考设计PMP9806的测试结果

图3给出了输出电流分别是2A和3A时 的启动波形。当输出电流为2A时，升压变换器TPS61088的输出电压在启动完毕后为正常输出9V。当输出电流为3A时， 由于该负载电流超过了2.1A限流点，因此升压变换器TPS61088在启动完毕后直接进入限流状态，输出电压只有6.2V。

图4给出了输出电流由2A突然增加到3A时 的动态波形。我们可以看到输出电压在50us之内从9V下降到了6.2V，迅速将最大输出功率限制在一个范围内，从而有效地防止了充电宝在使用过程中由于过载而导致的过热问题。

图 3. 输出电流为2A和3A时的启动波形（V_O=9V）

图 4. 输出电流从2A突然上升到3A时 的动态限流波形

TI参考设计PMP9806可以帮助我们轻松搞定充电宝过载使用导致的过热问题。如果和参考设计PMP9779配合使用， 还可以同时解决输出短路保护的问题。TI参考设计PMP9806提供的方法，不仅适用于充电宝， 还适用于蓝牙音箱， POS机及电子烟等产品。如果您感兴趣的话， 可以到TI网站下载设计文档作参考。

审核编辑：符乾江