【科普】移動(dòng)電源充電的基本知識(shí)

　　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。

　　圖1：移動(dòng)電源操作板

　　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實(shí)現(xiàn)薄外形。另一種具有數(shù)萬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)過程中還需要考慮許多其他技術(shù)問題。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)。

　　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）。

　　圖3：兩個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)的移動(dòng)電源

　　兩級(jí)方法需要兩組開關(guān)和電感器來執(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-檢測以確定輸入電流大小，將充電器輸入電流設(shè)置為不超過檢測值。如果設(shè)備通過電纜連接到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）電阻器感測電池溫度，以確保期望的電池操作。

　　圖4：移動(dòng)電源旁路和充電模式（a）以及OTG升壓模式（b）

　　如您所見，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，用于電池容量測量。該解決方案簡化了設(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。查看下面的TI Designs，開始您的移動(dòng)電源設(shè)計(jì)。