探究复合充电式90W移动电源设计

2017-08-30广东省电子信息高级技工学校黄利荣

电子世界 2017年15期

广东省电子信息高级技工学校黄利荣

探究复合充电式90W移动电源设计

广东省电子信息高级技工学校黄利荣

移动电源是现代人类生活的重要部分，借助移动电源可完成对移动电子产品充电。同时，受移动电源安全问题的影响，人们对移动电源的安全性、稳定性和输出功率需求不断变化，且日渐关注。本文详细的展开移动电源的分析，完成对复合充电式90W移动电源的设计，对其具体的电路、高频电感等的设计进行分析，使得移动电源能够具备太阳能充电的能力，还可以具备车载似移动电源的充电方式，达到复合充电式目的，且最高输出可以达到90W，满足诸多电子产品的需求，提升人们生活品质。

复合充电式；90W；移动电源；设计

移动电源是完成对移动终端设备电池充电的装备，满足人们户外需求电源的需求，进而提升电子产品的续航能力。现阶段，移动电源主要选择传统电源充电的方式，输出功率较低，一般在10W-20W左右，不能完成对诸多电子设备的满足，且续航时间较低。基于此，本文分析复合充电式90W移动电源，完成对具体的太阳能充电模块、高频的电感等的设计，具体内容如下。

1 复合充电式90W移动电源分析

1.1 复合充电式90W移动电源设计意义

信息技术的进步，各类电子设备发展和完善，移动终端成为人们生活中的基础设备。而这些移动终端在实际的应用中，会受到电池尺寸和容量的限制，在有效的电量支持下，移动终端的续航能力受到影响，为了迎合移动终端的基本需求，移动电源的作用就显得十分明显，可以有效的完成对移动终端的充电，尤其是一些户外环境，移动终端设备不能借助市电展开充电。受到人们需求的影响，移动电源的相关技术不断发展，移动电源的容量和续航时间均得到了改善。

智能手机具备上网、语音、视频等功能，无疑加大了对智能手机电池电源的消耗能力。但是，受到智能手机电池容量的限制，智能手机对移动电源的需求较大，这也推动了移动电源市场的发展。

传统的移动电源不足之处，具有充电方式单一、输出功率较低的情况，一般在10W-20W左右，需要频繁的充电，才能满足使用者的需求。但是，受到一些特殊情况的影响，使用者不能及时与市电连接完成对移动电源的充电，这也就影响了移动电源使用者的需求。故此，需要对复合充电式90W移动电源的研究和设计，达到增加移动电源输出功率和充电方式的目的。

1.2 复合充电式移动电源的充电方式

所谓复合充电式移动电源，是具备多种充电方式的移动电源，可以选择市电充电和太阳能充电。其中太阳能充电，是在移动电源不能得到市电补充的情况下选择的充电方式。将太阳能充电与移动电源相结合，能够改变移动电源发展方向，便利人们生活。太阳能是清洁、可再生的能源类型，随着太阳电池的相关技术完善，将太阳能与移动电源的相结合，达到复合充电式移动电源的目的。

随着人们精神追求和生活品质的提升，户外出行的频率增加，尤其是长时间的户外活动，移动电源成为人们的首选装备。为了保障较长时间的续航能力，可以选择构建复合充电式移动电源，满足人们的需求。

2 复合充电式90W移动电源设计

复合充电式90W移动电源是借助太阳能充电和市电充电方式，并保障移动电源具有较高的效果，满足各类电子产品的基本需求。

2.1 系统总体架构分析

复合充电式90W移动电源的设计中，主要是由充电模块、电池模块、输出模块构成，其中电池模块主要完成对电能存储，且电池的电芯选择聚合物锂电池。输出模块，完成电源的输出，实现电子设备的充电，并主要是由输升压模块、降压模块构成。充电模块，是完成对电能输入，达到充电的目的，主要是由十太阳能电池板和充电电路构成。具体的复合充电式90W移动电源的整个系统如下图1所示。

图1 复合充电式90W移动电源的整个系统

按照如上设计的方式，可以完成对移动电源的设计，且移动电源具有较好的保护性能，能够完成对短路的保护。还具备过压保护和欠压保护，从而有效的完成移动电源的保护，进而规避电源安全隐患的发生。

2.2 太阳能充电模块设计

为了完成移动电源的复合充电，具体的设计中添加太阳能充电的方式，完成对太阳能充电模块的构建。

1)太阳能电池板。主要借助太阳能电池板完成对太阳能的采集，并将太阳能转化为电能，存储到电池中。为了满足复合充电式移动电源，需要保障太阳能电池板的功率为30W，工作电压为18V，且工作温度为20～80℃。

2)芯片的选型。选择CN3705电池充电管理芯片作为核心芯片，从而完成对输入电压和充电电流的控制。其中，CN3705电池充电管理芯片的输入电压范围7.5～28V，充电电流最高5A，具有外围元件少，应用简单直接的特点，可以有效的应用到太阳能锂电池的管理中，达到提升太能充电的效果。

3)基于太阳能的充电模块设计。具体的充电模块电路图如下图2所示。

图2 充电电路的原理设计图

通过对原理图的分析，可以明确各个元件功能和作用，并综合控制，完成对电路设计。

①恒压充电。由图中R5、R6和电池构成一个回路，且回路中会产生一个分压的现象。电阻R5的两端电压会反馈到的CN3705电池充电管理芯片的10脚电压反馈端，并根据这一反馈情况完成对太阳能电池充电模块的工作模式的选择。假设内部电压为的2.416V，这一状态下为恒压充电模式，且得到充电电压的为如下公式：

根据上述公式（1），可以对恒压充电模式下的充电电压的计算。但是，锂电池的恒压充电电压为12.6V，将上述公式进行逆推，进而完成对电阻R5和R6 的计算，从而完成对充电电路中电阻的取值。

②涓流充电。这类状态下与恒定电流充电，这类充电中，回路反馈电压要明显低于的恒压充电，且反馈电压为恒压充电的2/3。这也就说明移动电源处于放电的情况。这一状态下需要对电池进行保护，从而由CN3705电池充电管理芯片对电池的工作模式进行切换，切换为涓流充电模式。这时，电池会以很小的电流展开充电，可以得到具体的充电电流为恒压充电时电流的15%。但是，由于电路中设置欠压保护，也就使得涓流充电模式不适应复合充电式90W移动电源。

③恒流充电。与恒压充电的电阻设定方式存在差异，整个充电模块中，对其具有明确展示，主要是借助电阻R1，其中R1的电阻设定公式情况如下公式（2）所示：

其中Ich为表示恒流充电时的电流，R1表示采样电阻，且能够得到锂电池的恒流充电时，电流为1A，故此展开计算，可以获得采样电阻具体的电阻值，经计算为0.2Ω。

④自动再充功能。符合充电式90W移动电源在充电完成后，内部电阻会出现持续放电的现象，这类现象就会引起电池电量损耗的情况，影响电池的应用质量。故此，通过对电池自动再充功能进行设计。

⑤电感选择。通常情况下，电路如果没出现异常，电感上的电流数值会呈现周期性变化。在接通电源后，电感上的电流会上升，而关闭电源后，电感电流下降。曲且电感的波纹电流和电感值、输入电压之间具有一定的联系，如果电电感取值小时，则得到的波纹电会增加。具体的计算公式如下（3）所示：

上述公式中，IL用来描述波纹电流，VBAT描述电池两端的电压情况，VCC表示输入电压，f为开关频率，L电感值。综合供述，可以完成对符合充电式90W移动电源的电感值选取。

2.3 升压模块设计

升压模块是复合充电式90W移动电源的基础，具体的升压模块结构图如图3所示。

图3 升压模块结构图

图4 降压模块结构框图

输入直流电压后，会经过电容滤波，借由变换器和输入端的整流滤波后，得到直流电压。当输入直流电压变化时，需保障电压的稳定性，需输出电压进行采样，且将反馈信号输入到控制芯片中，再完成对的输出宽度的控制，达到提升电压稳定性的目的。对于芯片的选择的，可以选择LM256T-5.0，满足降压模块的基本需求，并具备限流保护、热股关断保护，从而形成一个稳定的电路。对于外围电路，主要由滤波电容、储能电感、二极管等构成，从而使得降压模块能够在的通电的情况下，电感充电，存储能量，且电流按照线性的方式上升。断开后，电感会形成一个反向的感应电压。这时，二极管作用，完成正向导，电感释放能量完成供电。借助降压模块可以成为一个具有持续输出稳定电压移动电源。具体的设计需要对电感、二极管和输出电容等展开综合选择。

2.5 保护与显示电路设计

为了保障移动电源的安全性和服务性，需要合理的展开对充放电过程的控制。其中，主要选择单片机完成对这一过程的控制，完成对电路的保护和监测。其中的控制芯片的选择的PLC，其中PLC的功能具有存储、I/O端口、ADC模块，从而有效的提升移动电源的保护和监测水平。

1)过温保护。为了完成对移动电源的保护，需要合理的展开的过温保护的设计。具体的移动电源应用中，功率元件可能会产生大量热量，如果功率元件的温度超出标准，就可能会对移动电源内部的元件造成损伤，进而导致移动电源损坏，严重时，还可能会导致移动电源爆炸的现象的产生，不利于移动电源的功能发挥。故此，借助负热敏电阻NTC，完成对功率器件的温度采样，当温度超出标准70℃，再借助继电器，完成对电源回路的控制，从而达到过温情况的控制，规避安全隐患。

2)过压保护。移动电源工作时，如果放完存储电量后，可能会导致引起过放电的情况发生。从而会引起电池的容量永久性降低。对于过压保护可以选择CN3705芯片完成控制，从而有效保障电路的安全。

3)显示电路。为了便利用户的使用，可以对移动电源的剩余电量进行显示，故此，需展开显示电路的设计。具体的显示电路设计，可以按照如下图5展开设计。