市面上移動電源中常使用2個電感，其中充電電路中,，充電過程需要一個電感，Boost電路放電過程中也需要一個電感,。充電電路的工作過程是通過5V的交流適配器給移動電源內(nèi)部的鋰電池充電；而Boost電路工作過程是將移動電源內(nèi)部鋰電池升壓到5V進行輸出,，從而給移動設(shè)備供電,。但在移動電源實際工作中這兩種電路通常情況不需要同時工作，也就是工作中兩個電感只有一個電感處于工作狀態(tài),，兩個環(huán)路只需要一個工作,。
1.芯片工作原理
本文提出了一種單電感移動電源的方案，這樣不僅利于移動電源節(jié)省器件成本,，還可節(jié)省設(shè)備體積,，便于移動電源更小型化。使設(shè)備穩(wěn)定性更高,，單電感移動電源電路如圖1所示：
單電感移動電源完整設(shè)計方案
單電感移動電源完整設(shè)計方案
圖1 電路中芯片工作電路
MT2011是來頡科技設(shè)計的一款高效率大電流單串聯(lián)鋰電池充電控制器,。它支持4.5V~6.5V輸入電壓,，輸出電壓可以跟隨鋰電池電壓,，最大2A的充電電流，使用了高效率的同步整流結(jié)構(gòu),，適合應用于便攜式充電設(shè)備和移動電源充電,。整合電流采樣電阻、高精度的電流與電壓管理電路,、滿電自動停止充電,。 MT2011工作頻率為1.5MHz，使用同步整流結(jié)構(gòu),，效率高達93%.帶有充電電流軟啟動,、防反相電流二極管、充電電流采樣等功能,，并帶有完善的輸出短路保護和過溫保護功能,。
MT5036是來頡科技設(shè)計的一款95%高效的800KHz同步升壓轉(zhuǎn)換器,，它為單節(jié)鋰電池或多節(jié)鋰電池組并聯(lián)提供了良好的供電解決方案。轉(zhuǎn)換器通過設(shè)置芯片外部FB分壓電阻或使用內(nèi)部FB分壓電阻來獲得一個穩(wěn)定輸出電壓,。芯片轉(zhuǎn)換效率非常高,，能提供足夠的負載電流，當供電電壓下降到3V時,，仍能在輸出電壓為5V時,，輸出3A的負載電流，電感中的峰值電流被限制在6.6A.MT5036工作頻率可達800KHz,，這使得電感和輸出電容都可以不用太大,，并且?guī)в休p載PSM功能，可以保證芯片在全負載范圍內(nèi)保持較高的轉(zhuǎn)換效率,。擁有60uA的靜態(tài)電流,，可以大大提高鋰電池的壽命，帶有低EMI工作模式,，斷續(xù)工作時,，可以有效減少振鈴，轉(zhuǎn)換器可以避免電池過放電,，在關(guān)斷時負載可以完全與電池斷開,。
SN8P2711是一顆采用高速低功耗CMOS工藝設(shè)計開發(fā)的8位高性能精簡指令單片機，內(nèi)部有1K×16位一次性編程ROM（OTP- ROM）,，64K×8位的數(shù)據(jù)寄存器（RAM）,，三個雙向I/O口，兩個8位定時器/計數(shù)器,，兩個PWM/Buzzer模塊,，多個系統(tǒng)時鐘，四種系統(tǒng)工作模式,，一個五信道的十二位模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及五個中斷源,。這款單片機可以廣泛應用于測量、電機控制,、工業(yè)控制,、家電玩具類產(chǎn)品等。
2.電路工作原理分析
電路的工作具體原理如下：電路工作分為兩個過程,，一是外加5V電源對移動電源內(nèi)置鋰電池充電,，二是移動電源對外接移動設(shè)備充電。
工作在第一種過程時,，交流適配器或5V電源接在移動電源的Micro USB接口上,，VIN為5V電壓時，R1與R2分壓產(chǎn)生USB信號送入單片機,，單片機檢測到USB信號后,，會將輸出EN信號拉低,，禁止MT5036工作。 MT2011上電后會檢測VCC的電壓,，如果VCC電壓在可充電范圍內(nèi),，充電芯片開始工作，對鋰電池按照浮充,、快速充電,、恒壓充電的過程開始充電，電感電流由SW到VCC充電,。TS信號在默認狀態(tài)下是高,，如果外部電路讓TS強行拉低讓MT2011停止工作，D2是鉗位二極管,，可以限制SW電壓最低在 -0.6V.圖2為充電和放電過程信號和輸入輸出的時序圖,。
單電感移動電源完整設(shè)計方案
圖2 電路圖中控制與時序關(guān)系
工作在第二個過程時，沒有交流適配器連接在USB2.0口連接被充電設(shè)備,。即MT5036的VOUT只與被充電設(shè)備相連,。電路會檢測到便攜設(shè)備是否連接在 USB2.0端口，若插入設(shè)備或按啟動按鈕就會啟動MT5036,，對設(shè)備進行充電,。電路中VCC通過R24（100K）與VOUT相連。
在移動電源輸出端口不連接設(shè)備時,，VOUT電壓等于VCC電壓,，此時MT5036的EN信號為低，芯片不工作,。當設(shè)備插入時,，VOUT被設(shè)備瞬間拉低，單片機檢測到VOUT變低的瞬間降低,，可以判斷設(shè)備已接入,，將EN信號拉高，使能MT5036工作,，對設(shè)備充電,。當EN變高，STAT信號就被強制拉低,，這時可以禁止MT2011工作，保證充放電芯片最多一個工作,。
MT5036工作時,，電感電流由VCC到SW.R9為下拉電阻，保證由于某種原因EN懸空時,，EN引腳可以接地,，MT5036不會誤工作,。R7與R8為 FB的分壓電阻，通過這兩個電阻來設(shè)置MT5036的VOUT電壓,。C9,、C10、C11為輸出儲能電容,，BOOST電路電感往輸出端電流不連續(xù),，輸出電容容量應盡量選大一些，在MT5036芯片中選用2個22uF貼片電容并聯(lián),。R14,，R15為輸出電流采樣電阻，可以采樣MT5036的負載,，用來判斷過載或者空載情況情況,。
當AMP信號電壓超過過載閾值時，單片機判斷為過載,，此時將EN拉低,，關(guān)段MT5036.當AMP信號電壓低于0.1A負載閾值時，單片機判斷為空載,，為防止效率耗散,，40s后也將EN拉低，關(guān)段MT5036.輸出電壓與分壓電阻關(guān)系為：
單電感移動電源完整設(shè)計方案
當移動電源工作于充電過程中,，SW是VIN和GND的方波信號,，VBAT引腳是MT5036的內(nèi)部供電引腳，此時VBAT引腳如果為電池電壓,，此時會出現(xiàn)內(nèi)部漏電情況,，可能會造成MT5036的損壞。由圖1（a）可看出,，電源適配器5V輸入端（VIN）和鋰電池輸出端（VCC）均通過二極管連接到 MT5036的VBAT引腳,。這樣做可以防止芯片內(nèi)部漏電的情況。加入這兩個二極管后,，MT5036的供電引腳會選取電壓大的一側(cè)作為供電電源,，可以保證內(nèi)部MOS管有效關(guān)段。二極管類型最好選取肖特基二極管,。
單片機在移動電源中起調(diào)節(jié)工作模式和保護的功能,。單片機7號腳的SW1是移動電源輸出的開關(guān)。開關(guān)按下時,，會拉高EN信號,，使MT5036工作。4個LED燈用來顯示行動電源當前電量和充放電狀態(tài),。SW1開關(guān)還可以通過長按讓移動電源手電筒功能打開,。
3.實驗結(jié)果與分析
本文提出了一款單電感高效率移動電源設(shè)計方案已經(jīng)普遍應用于市面上的移動電源中,。使用1盎司銅厚雙層板PCB指標已能達到使用要求。
單電感移動電源完整設(shè)計方案
圖3 放電狀態(tài)負載跳變時對輸出電壓的影響
隨電池電壓可變的占空比可以保持系統(tǒng)在輸入輸出范圍內(nèi)工作都是穩(wěn)定的,，如圖3所示,。SW占空比可以保持D=VOUT/VIN.整個系統(tǒng)是穩(wěn)定的由圖4可知，2A的負載跳變會引起低于100mV的輸出變化,，為2%變化率,，在移動電源芯片中表現(xiàn)是很好的。
在充電過程中,，最高效率可以達到92%,；在放電過程中，最高效率可以達到96%.所以用MT2011和MT5036兩款電源芯片可以使整體設(shè)備保持很高的效率,。在芯片處于待命狀態(tài)工作時,，靜態(tài)電流可以低達40uA，也就是說處于待命狀態(tài)180000小時,，才會消耗行動電源25%的電量,，所以，系統(tǒng)可以保持很長的壽命,。
4.結(jié)論
在這篇文章中,，通過對來頡科技兩款電源芯片的介紹和對整體電路工作狀態(tài)的介紹，描述了一種低靜態(tài)電流的充電升壓單電感應用的移動電源設(shè)計方案,。
系統(tǒng)可以在單電感（低成本）情況下,，保持移動電源系統(tǒng)穩(wěn)定工作。并且可以保持高達96%的放電效率,。40uA級別的低靜態(tài)電流使得行動電源擁有超長的壽命,。此文介紹的單電感移動電源還帶有插入用電器自啟動功能，并且2A負載跳變（ipad插入或拔出）能夠保持在2%輸出精度,。