单电感移动电源的设计

　　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。

　　1.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：

　　

　　

　　

　　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。

　　2.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。

　　

　　工作在第二个过程时，没有交流适配器连接在USB2.0口连接被充电设备。即MT5036的VOUT只与被充电设备相连。电路会检测到便携设备是否连接在USB2.0端口，若插入设备或按启动按钮就会启动MT5036，对设备进行充电。电路中VCC通过R24（100K）与VOUT相连。

　　在移动电源输出端口不连接设备时，VOUT电压等于VCC电压，此时MT5036的EN信号为低，芯片不工作。当设备插入时，VOUT被设备瞬间拉低，单片机检测到VOUT变低的瞬间降低，可以判断设备已接入，将EN信号拉高，使能MT5036工作，对设备充电。当EN变高，STAT信号就被强制拉低，这时可以禁止MT2011工作，保证充放电芯片最多一个工作。

　　MT5036工作时，电感电流由VCC到SW。R9为下拉电阻，保证由于某种原因EN悬空时，EN引脚可以接地，MT5036不会误工作。R7与R8为FB的分压电阻，通过这两个电阻来设置MT5036的VOUT电压。C9、C10、C11为输出储能电容，BOOST电路电感往输出端电流不连续，输出电容容量应尽量选大一些，在MT5036芯片中选用2个22uF贴片电容并联。R14，R15为输出电流采样电阻，可以采样MT5036的负载，用来判断过载或者空载情况情况。

　　当AMP信号电压超过过载阈值时，单片机判断为过载，此时将EN拉低，关段MT5036。当AMP信号电压低于0.1A负载阈值时，单片机判断为空载，为防止效率耗散，40s后也将EN拉低，关段MT5036。

　　输出电压与分压电阻关系为：

　　

　　当移动电源工作于充电过程中，SW是VIN和GND的方波信号，VBAT引脚是MT5036的内部供电引脚，此时VBAT引脚如果为电池电压，此时会出现内部漏电情况，可能会造成MT5036的损坏。由图1（a）可看出，电源适配器5V输入端（VIN）和锂电池输出端（VCC）均通过二极管连接到 MT5036的VBAT引脚。这样做可以防止芯片内部漏电的情况。加入这两个二极管后，MT5036的供电引脚会选取电压大的一侧作为供电电源，可以保证内部MOS管有效关段。二极管类型最好选取肖特基二极管。

　　单片机在移动电源中起调节工作模式和保护的功能。单片机7号脚的SW1是移动电源输出的开关。开关按下时，会拉高EN信号，使MT5036工作。4个LED灯用来显示行动电源当前电量和充放电状态。SW1开关还可以通过长按让移动电源手电筒功能打开。