如何实现移动电源的电路设计？有哪应用方案？

自从智能手机、平板电脑、笔记本电脑的兴起，内置的锂电池技术没有革命性突破，续航问题一直伴随着这些数码设备，移动电源的出现给我们出行过程中学习、工作、娱乐提供了更多额外的电量，可谓是功不可没。

这些数码设备中，以笔记本电脑的充电速度要求最高，因此笔记本专用的移动电源又成为了充电宝中一个重要品类，这类大容量大功率充电宝也曾风靡一时。随着智能手机的不断发展，电荷泵技术在手机端的大量采用，量产的手机已经开始标配65W快充，这个充电速度一度追平、甚至超越笔记本电脑。

移动电源，也叫“外挂电池”“外置电池”“后备电池”“数码充电伴侣”，就是方便携带的大容量随身电源。它是随着数码产品的普及和快速增长而发展起来的，数码产品功能日益多样化，使用也更加频繁，如何提高数码产品的使用时间，持续供电的重要性就越来越凸显了。移动电源，就是针对并解决这一问题的最佳方案。

本文介绍的移动电源具有以下特点

◆输出电路1：USB 5V/3A输出，功率15W。

◆输出电路2：可调0.8～22V输出，内电池供电功率为30W，用外部直插电源供电功率为100W。

◆带均衡电路：带3串电容均衡电路，并且自带外部接口均衡，留有6孔均衡充接口，并且有均衡指示。同时，该接口还是一个多功能接口，平时无电压输出，但插入接口后，自动接通外部电源，可均衡，可输出，还可以输入，并有信号指示，且拥有过压、过流、短路保护。

◆输出电容：MLCC电容全部采用TDK电容，电解电容采用红宝石130℃军工电解电容，该电容耐热性能高，容量不易减小，并且还采用了三洋聚合物固态电容，不会爆浆或燃烧。

◆内部电源：采用3串18650锂离子电池，并且可以换成3块610608的聚合物电池，总输出电压12.6V。

◆4路电压液晶显示：可显示充电电压、电池电压、USB电压、可调电压、USB输出电流、可调电压输出电流以及外部充电电流。

◆静态电流：5μA，开启电压表电流30mA，开启电池端3780为4mA。

◆可为1台笔记本供电，并具有外部电源的UPS模式。

◆3串2600mAh电池，总功率为30W，输出电压为12.6V。

◆监视充电电流及负载电流。

◆尺寸：11cm×6cm×2cm。

移动电源必须具有良好的移动性和通用性。所谓移动性，是指产品能在移动状态下(例如旅游、户外活动，充电器不在身边或不方便充电的情况下)发挥其功用，即在Anywhere(任何地点)、Anytime(任何时间)，不受局限地给数码产品供电或充电。其通用性是指产品能够适合最大范围的数码产品。其实，不仅如此，有的移动电源可以通过USB电缆线使用在任何符合 USB On-the-Go(USB-OTG)的便携型设备上(如 USB 电灯、USB 电热咖啡壶等)。

移动电源应用的普及，让其设计的安全性显得尤为重要。由于一些移动终端厂商的产品设计缺陷，我们多次听到过手机电池爆炸伤人的事件，而造成电池爆炸的主要原因就在于电源管理部分的设计存在缺陷。因此，良好的电源管理设计是移动电源安全性的保障，也是DIY移动电源的设计重点。用18650圆柱锂电池或条状的锂聚合物电池DIY的移动电源，在移动状态中随时随地为多种数码产品提供电能(供电或充电)，这是目前市场比较流行的移动电源方案。

笔者一口气制作了3个移动电源(见图7.1)，逐步改进并完善。第一个电源仅采用单纯的LTC1700升压方式，只能升压到5V，供手机设备供电;第二个移动电源采用双路LTC3780与LTC1700混合模式，可以输出5V的USB电压，还可输出两组独立可调的电压，用来驱动笔记本电脑等高耗电设备，并且还可以带一只移动的24V烙铁，用来紧急时焊接使用;第三个移动电源就是本文要为大家介绍的制作项目，含有一路LTC3780可调电压输出，可用来驱动笔记本电脑，另一路3R33驱动的5V USB电压输出，用MAX745控制充电，采用了电容均衡电路等，是3个DIY移动电源中最为完善的。

图7.1 笔者 DIY的3个移动电源

设计电池管理电路目前市面上主流的移动电源基本都是单锂电池升压到5V的移动电源，采用的芯片也各式各样，运用的方式也不尽相同。不管怎样的移动电源，都有一个共同的目的，就是把不同电压的电池输出都统一稳定在5V电压上，这要靠高效、安全的电池管理电路，而该电路的核心就是电池管理芯片。所以说，除了电池，移动电源的灵魂就是电池管理芯片，这一点也不为过。

不同升压芯片的工作原理是不一样的，有同步整流的，有肖特基整流的。从效率与可靠性上来看，同步整流的效率可以高达98%，而采用肖特基整流效率一般在90%左右。这类的主要进口芯片有凌利尔特公司的LTC1700、LTC1871、LTC3780，美信公司的MAX1703，德州仪器公司的TPS61030等，国产芯片有PT13001等。我的制作方案采用的升压芯片是LTC3780，我认为这是款性能极为优异的芯片。不过现在凌利尔特有升级型号LTC3789，据说有恒流功能，本人用过几块LTC3789的DEMO板，但感觉没有LTC3780好用，所以放弃了。

手持设备越来越多，功能也越来越复杂，带来的耗电也随之增加，只有5V电压输出往往不够用了，大家更需要的是一种可以输出调节电压的移动电源，既能升压到5V，又能根据需要调节输出不同的电压，如笔记本需要的电压在16～20V。正因如此，笔者才制作了本文介绍的这个电压调节型的移动电源，比市场上单一的5V电源功能强大多了。

常用电池管理芯片特点比对

◆从表7.1中，我们可以从几个方面大概了解各个芯片的特点。

◆表7.1中的数据我再具体解释一下：

(1)加*号的项目因为外围元件变化大，基本不能确定;

(2)干扰主要是指对外辐射的电磁波和输出纹波;

(3)升级空间是指通过换电容、电感、功率管等，能带来很大的性能提升;

(4)效率峰值是指最推荐使用的电流值，在此电流下发热最小，效率最高;

(5)待机模式，跳周期干扰稍大，但是静态小;PWM干扰小，但是静态耗电大;

(6)PWM模式的芯片做成正负电源效果较好，FPM芯片容易负压不稳;

(7)稳定性是指不正常的外部环境(比如电压波动、短路、过流等)对电路造成损坏的可能性;

(8)单管升压的典型电路板有BAU72、BAU89、BL8530等，售价为3～10元，属于玩具级别;

(9)PWM芯片的典型电路板有RT9262、RT9266、PT1301、UC38XX等，售价为23～35元，属于实用级别;

(10)焊接难度等级：低——尖头烙铁+焊锡即可搞定;中——除了烙铁，可能还需要吸锡带、助焊剂等工具;高——烙铁焊接困难，需要工具齐全。

◆表7.1中的芯片都很好，特别是同步整流的，但元器件布局需要非常讲究，否则会有很大待机电流，还有可能会发生自激。在这里面最难布线的是LTC3780，稍不注意就不会成功。

移动电源方便快捷，便于携带，广泛应用于手机、平板电脑等数码设备，是一种集供电和充电功能于一体的便携式充电器。一般由锂电芯作为储电单元，成为日常生活中必备产品。整理了8个移动电源设计方案，一起学习。

1、DIY快充移动电源PD快充，QC快充，MICRO,TYPE-C,苹果头

采用IP5328P快充集成芯片，该芯片集成了输入输出PD快充，高达18W的快速充放电功能。改文件是4层板制作。单节电池输入，充放电18W，板子文件是PADSVX1.2版本的。

2、IP5328P移动电源快充板 支持多种快充协议(AltiumDesigner软件打开)

IP5328P移动电源快充板,包含全套资料，已测试验证，可直接批量生产。

3、基于ARM-CORTEX M3的STM32F103的移动电源设计 全套资料~!

本电路主要是围绕移动电源的监控和运行控制功能而设计的人机交互产品。本电路采用STM32F103(STM32F103数据手册)作为主控制芯片;运用芯片TP4056实现部分电路升压，同时利用HT7527A实现稳压输出3V和5V，给单片机STM32F103和PWM电路提供电源。运用芯片DW01实现保护电路模块，实现过充、过放、过流以及短路保护等功能，当充电电压低，启动输出PWM;当充电电压高，关闭输出PWM。运用LCD驱动芯片HT1621B(HT1621B数据手册)和单片机STM32F103实现BTL006液晶显示，通过BTL006可以看到当前移动电源电压和电流等功能，达到很好的电路保护效果;支持USB接口充电。