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了解移動電源充電的基本知識

發布時間：2021-02-08 責任編輯：wenwei

【導讀】移(yi)動(dong)電(dian)源(yuan)用(yong)於(yu)智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)或(huo)平(ping)板(ban)電(dian)腦(nao)等(deng)便(bian)攜(xie)式(shi)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的(de)流(liu)行(xing)個(ge)人(ren)裝(zhuang)置(zhi)，其(qi)時(shi)尚(shang)而(er)薄(bo)的(de)外(wai)形(xing)意(yi)味(wei)著(zhe)有(you)限(xian)的(de)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)。移(yi)動(dong)電(dian)源(yuan)是(shi)便(bian)攜(xie)式(shi)二(er)次(ci)電(dian)池(chi)，用(yong)於(yu)在(zai)無(wu)法(fa)使(shi)用(yong)交(jiao)流(liu)電(dian)源(yuan)時(shi)存(cun)儲(chu)能(neng)量(liang)。

圖1是有兩個USB端口的移動電源操作板。一個端口是迷你USB，將電源線連接到USB充電適配器以在移動電源中存儲能量。另一個USB端口是用於在路上為智能手機或平板電腦充電的標準A型USB端口。

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圖1：移動電源操作板

根據外形因素和預算，移動電源可以使用不同的電池。圖2a為用於智能手機電池容量為幾千毫安時（mAh）的移動電源，使用鋰聚合物電池來實現薄外形。另一種具有數萬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），以合理的成本實現高充電容量。圖2b是在殼體內並聯多個18650圓柱形電池組的此類移動電源的示例。

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（a）

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（b）

圖 2.不同外形尺寸的移動電源

移動電源的外形決定了移動電源的尺寸和容量。在移動電源的開發過程中還需要考慮許多其他技術問題。表1列出了電池充電和放電方麵移動電源的基本應用要求和技術挑戰。

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表1：移動電源應用要求和技術挑戰

圖3是兩級電源的方框圖；這是最直接的解決方案之一。第一級是單節電池充電器，可以是線性充電器，如bq24090或開關充電器。線性充電器的優點是成本低，EMI低和解決方案尺寸小。對於從幾千毫安小時到10,000mAh的大容量移動電源，需要使用開關充電器來減少充電時間，降低溫升。第二級是升壓轉換器，如TPS61088，根據輸出電流和電纜電阻將電池電壓升高到符合USB的5V。兩組開關和電感器分別執行充電（紅線）和升壓（藍線）。

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圖3：兩個轉換級的移動電源

兩級方法需要兩組開關和電感器來執行降壓充電和升壓on-the-go（OTG），增加了解決方案總成本。單芯片完全集成的移動電源IC，像bq24195和高壓快速充電的bq25895，隻需要一組開關和電感器來執行充電和升壓功能。圖4a顯示了移動電源充電模式（紅色細線）和旁路模式（紅色粗線）。

當適配器迷你USB電纜插入移動電源時，充電器啟動D + D-檢測以確定輸入電流大小，將充電器輸入電流設置為不超過檢測值。如果設備通過電纜連接到A型USB端子，則由於充電器的輸入電流動態電源管理功能，適配器電流將保證旁路手機充電（圖4a上的粗紅線）為高優先級事項——剩餘的額外功率對電池充電。

圖4b上的藍線為以OTG升壓模式工作的移動電源。適配器已拔下，電池電壓升至5V左右為手機充電。用於在降壓充電模式中操作的開關和電感器組現在以升壓-放電模式操作對手機進行充電；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，用負溫度係數（NTC）電阻器感測電池溫度，以確保期望的電池操作。

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（a）

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（b）

圖4：移動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產品係列隻有一套開關和電感器。bq25895集成ADC可與主機一起使用，用於電池容量測量。該解決方案簡化了設計，降低了BOM成本，同時解決了設計移動電源的許多挑戰，包括實現移動性的高度集成，輸入電流限製的D + D-檢測以及為實現所需的工作溫度範圍在充電和放電模式下的電池溫度檢測。

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