【導讀】理li想xiang情qing況kuang下xia，任ren何he電dian源yuan設she計ji都dou應ying該gai從cong一yi些xie基ji本ben的de概gai念nian驗yan證zheng測ce試shi開kai始shi
，這zhe通tong常chang涉she及ji測ce試shi現xian有you演yan示shi板ban。本ben演yan示shi隻zhi是shi簡jian單dan地di執zhi行xing該gai預yu先xian存cun在zai的de步bu驟zhou（在演示硬件上測試單電源軌），並在此基礎上進行擴展，以利用演示硬件得到一個工作係統。此外，由於本演示需要在相對較短的時間內完成，采用典型開發流程——設計、布局、構建

、裝配和測試（加上任何設計迭代）——是不可能的
，因此係統原型完全是利用現成的硬件製作的。

問題:

能否在不構建專用硬件的情況下製作充電寶應用原型？

答案:

duiyuzhegewenti，jianduanhuidashikendingde，erqieyouyuduonianlaixuduokehuwenguozhegewenti

，suoyibenwenzhizaigengxiangxiditantaocihuati。benwenjianghuigushiyongxianyoupinggubankaifayingyongdeguocheng，taolunsuoyudaodetiaozhan
，binggaishuguanyujinyibuxiugaihegaijindejianyi。

簡介

理li想xiang情qing況kuang下xia，任ren何he電dian源yuan設she計ji都dou應ying該gai從cong一yi些xie基ji本ben的de概gai念nian驗yan證zheng測ce試shi開kai始shi
，這zhe通tong常chang涉she及ji測ce試shi現xian有you演yan示shi板ban。本ben演yan示shi隻zhi是shi簡jian單dan地di執zhi行xing該gai預yu先xian存cun在zai的de步bu驟zhou（在演示硬件上測試單電源軌），並在此基礎上進行擴展，以利用演示硬件得到一個工作係統。此外，由於本演示需要在相對較短的時間內完成，采用典型開發流程——設計

、布局
、構建、裝配和測試（加上任何設計迭代）——是不可能的，因此係統原型完全是利用現成的硬件製作的。

應用

為(wei)了(le)回(hui)答(da)本(ben)文(wen)開(kai)頭(tou)提(ti)出(chu)的(de)問(wen)題(ti)
，有(you)必(bi)要(yao)選(xuan)擇(ze)一(yi)個(ge)高(gao)級(ji)應(ying)用(yong)作(zuo)為(wei)起(qi)點(dian)，以(yi)證(zheng)明(ming)它(ta)是(shi)可(ke)能(neng)的(de)。因(yin)此(ci)，充(chong)電(dian)寶(bao)應(ying)用(yong)被(bei)選(xuan)用(yong)來(lai)進(jin)行(xing)概(gai)念(nian)驗(yan)證(zheng)。每(mei)個(ge)電(dian)子(zi)項(xiang)目(mu)都(dou)離(li)不(bu)開(kai)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)
，因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)任(ren)何(he)其(qi)他(ta)應(ying)用(yong)。

充電寶是一種非常常見的應用
，大多數消費者都遇到過並使用過——例如，許多旅行者會攜帶一個充電寶，以確保其手機在長途旅行中有電可充。充電寶本質上是一個電池包（容量隨價格和所需的範圍而不同）
，有一個或多個USB-A端口
，與一個USB-C輸(shu)入(ru)端(duan)口(kou)對(dui)其(qi)充(chong)電(dian)。當(dang)然(ran)
，在(zai)此(ci)基(ji)本(ben)功(gong)能(neng)之(zhi)上(shang)添(tian)加(jia)其(qi)它(ta)複(fu)雜(za)功(gong)能(neng)也(ye)是(shi)可(ke)能(neng)的(de)。例(li)如(ru)，可(ke)以(yi)增(zeng)加(jia)一(yi)個(ge)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)板(ban)或(huo)一(yi)個(ge)輸(shu)入(ru)，以(yi)便(bian)戶(hu)外(wai)愛(ai)好(hao)者(zhe)使(shi)用(yong)太(tai)陽(yang)能(neng)對(dui)充(chong)電(dian)寶(bao)充(chong)電(dian)。

此應用包括的選項有通過太陽能給電池充電
，或通過標準12 V AC-DC壁式電源適配器的直流輸入進行充電。輸出包括一些基本USB-A充電端口（總共兩個），其產生5 V電壓，用於移動電話和一係列USB供電的電子設備。

硬件選擇

電源選擇——LTC4416

在本示例中
，設計將支持兩個輸入電源（一個太陽能電池板和一個AC-DC壁式電源適配器，後者隻是一個簡單的AC-DC電源）。出chu於yu這zhe個ge原yuan因yin，設she計ji需xu要yao一yi種zhong稱cheng為wei功gong率lv路lu徑jing優you先xian排pai序xu器qi的de靈ling巧qiao器qi件jian，它ta不bu僅jin要yao根gen據ju哪na個ge電dian源yuan可ke用yong而er智zhi能neng切qie換huan電dian源yuan，而er且qie要yao管guan理li兩liang個ge電dian源yuan都dou可ke用yong的de情qing況kuang，將jiang優you先xian級ji賦fu予yu一yi個ge電dian源yuan或huo另ling一yi個ge電dian源yuan。一yi個ge簡jian單dan的de實shi現xian版ban本ben是shi使shi用yong一yi些xie簡jian單dan的de二er極ji管guan——通常連接二極管的兩個陰極，並將陽極連接到相應的電源。遺憾的是，由於典型二極管固有的壓降（約0.6V），這種特殊配置存在損耗
，而且它也不支持實現任何巧妙的選擇標準，例如優先級選擇。它隻允許較高電位的輸入通過。

對於這種情況， LTC4416 可以發揮作用——它不僅用效率更高的PFET取qu代dai了le有you損sun耗hao的de二er極ji管guan，而er且qie允yun許xu指zhi定ding優you先xian級ji。在zai這zhe種zhong特te殊shu應ying用yong中zhong，壁bi式shi電dian源yuan適shi配pei器qi將jiang始shi終zhong擁yong有you較jiao高gao優you先xian級ji。這zhe樣yang，當dang壁bi式shi電dian源yuan可ke用yong時shi

，設she計ji就jiu能neng利li用yong該gai電dian源yuan（並獲得更高的電流）。該器件非常靈活，可根據設計要求支持多種工作模式。表1（來源於LTC4416數據手冊）顯示了工作模式。

表1.LTC4416數據手冊中的工作模式

圖1.LTC4416典型應用電路

開關式降壓電池充電器——LTC4162-L

電池充電器之所以選擇 LTC4162-L ，是因為它具有寬輸入電壓範圍（高達35 V）和3.2 A的充電能力，並且集成了FET設計，使得解決方案尺寸很小。這是一種常用的全功能充電器IC

，具有很大的應用靈活性，支持許多電池化學組成
，如LiFePO4、鋰離子、鉛酸等，並且有I2Cjiekou，yunxuyonghutiquyaocexinxi。gaitedingyingyongxuanzetabujinshiyinweishangshushuruhedianchidianyadelinghuoxing，haiyinweitadejichengtexingyouzhuyushijiejuefanganchicunbaochizuixiao。tadelingyigeshiyongtexingshizuidagonglvdiangenzong(MPPT)——如果太陽能作為您設計的可能輸入電源之一，那麼MPPT就是必備功能，用以確保設計盡可能多地獲取可用功率。LTC4162還有內置電源路徑控製
，該功能在此應用中很有用，當輸入電源被移除時
，可以向輸出端子提供電池電壓以供下遊使用。

圖2.LTC4162-L典型應用電路

圖3.CN0509應用電路

USB充電解決方案——CN0509

為連接的設備提供USB充電電壓所選擇的電路板來自我們的 Circuits from the Lab® 參考設計和解決方案集合。通常，評估板上僅顯示單個器件，以允許對該特定器件進行評估。然而，Circuits from the Lab電路板是一種更注重解決方案的實現

，它利用ADI公司不同產品係列中的幾款產品來解決特定係統需求。

CN0509 被設計成一種寬輸入範圍、雙USB電(dian)源(yuan)充(chong)電(dian)器(qi)。它(ta)是(shi)為(wei)自(zi)然(ran)災(zai)害(hai)或(huo)長(chang)時(shi)間(jian)停(ting)電(dian)等(deng)緊(jin)急(ji)情(qing)況(kuang)使(shi)用(yong)而(er)開(kai)發(fa)的(de)。例(li)如(ru)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)就(jiu)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)該(gai)充(chong)電(dian)器(qi)的(de)電(dian)源(yuan)，大(da)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)這(zhe)是(shi)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)。該(gai)電(dian)路(lu)板(ban)可(ke)以(yi)由(you)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)
，提(ti)供(gong)兩(liang)個(ge)5 V端口
；為了安全起見
，這兩個端口與初級電壓隔離。您還可以提供其它各種電源，例如散裝電池組，或者將電機用作一個簡單的發電機。CN0509具有寬輸入電壓範圍，能夠在5 V至100 V範圍內的任何電源下運行。鑒於上述所有原因，它成為與現有電路板配合使用的理想選擇，可提供充電寶所需的USB充電輸出。

tahaineizhijixingfanjiebaohugongneng


，kebaohudianlumianshoucuowulianjiedianyuandeyingxiang。ciwai，taliyonggelishifanjizhuanhuanqijiangchongdianqishuchuyushurudianyuangeli
，zhezaishiyong-48 V通信備用電源作為電源時特別有用。使用這種電源可能會導致手機被充電到-48 V，並造成危險的情況。隔離式轉換可防止這種情況發生。還有一點需要注意的是
，CN0509板相當小
，這在很大程度上要歸功於所選的高效IC和非光學反激式LT8302。一個關鍵的差異化因素是反激轉換器LT8302不需要隔離光反饋路徑。

該板上有兩個USB端口：一個是標準USB端口（不連接D+/D-），另一個端口有一個DCP控製器來監視USB數據線電壓，以便支持快速充電
，在5 V時提供最大2 A充電電流。能否實現這種較高水平的充電電流，取決於所采用的輸入電壓。根據圖4所示的性能曲線
，12 V為最佳電壓。

圖4.CN0509最大充電電流與VIN的關係

電源

選擇的主電源是60 W AC-DC 12 V適配器，這是LTC4416演(yan)示(shi)板(ban)的(de)一(yi)個(ge)輸(shu)入(ru)。我(wo)們(men)還(hai)購(gou)買(mai)了(le)一(yi)個(ge)相(xiang)對(dui)較(jiao)小(xiao)的(de)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)板(ban)來(lai)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)替(ti)代(dai)輸(shu)入(ru)電(dian)源(yuan)，不(bu)過(guo)該(gai)項(xiang)目(mu)是(shi)為(wei)室(shi)內(nei)活(huo)動(dong)而(er)開(kai)發(fa)
，永(yong)遠(yuan)不(bu)會(hui)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)照(zhao)明(ming)可(ke)用(yong)來(lai)為(wei)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)以(yi)提(ti)供(gong)合(he)理(li)水(shui)平(ping)的(de)電(dian)源(yuan)
，因(yin)此(ci)包(bao)含(han)該(gai)功(gong)能(neng)隻(zhi)是(shi)為(wei)了(le)演(yan)示(shi)電(dian)源(yuan)路(lu)徑(jing)優(you)先(xian)排(pai)序(xu)器(qi)的(de)能(neng)力(li)和(he)功(gong)能(neng)。

該gai設she計ji被bei開kai發fa成cheng一yi個ge充chong電dian寶bao
，因yin此ci它ta需xu要yao一yi個ge電dian池chi組zu來lai充chong當dang儲chu能neng元yuan件jian。與yu電dian池chi相xiang關guan的de運yun輸shu限xian製zhi是shi非fei常chang嚴yan格ge的de。此ci演yan示shi是shi專zhuan門men開kai發fa的de，可ke以yi購gou買mai一yi般ban電dian池chi組zu，收shou到dao後hou插cha入ru其qi中zhong就jiu能neng運yun行xing演yan示shi。基ji於yu這zhe一yi限xian製zhi，我wo們men選xuan擇ze了le可ke充chong電dian的de2節串聯鋰離子電池組來運行演示
，該電池組產生的標稱電壓為7.4V，容量為2600 mAh。值得注意的是，如果需要，可以很容易地安裝更大容量的電池。

圖5.充電寶應用樹

圖6.原型的係統圖

演示構建

從構建的角度來看
，硬件是標準件


，因此除了對LTC4416閾yu值zhi進jin行xing一yi些xie調tiao整zheng以yi確que保bao輸shu入ru電dian源yuan具ju有you正zheng確que優you先xian級ji之zhi外wai，不bu需xu要yao進jin行xing任ren何he電dian氣qi修xiu改gai。為wei使shi演yan示shi在zai視shi覺jiao上shang更geng具ju吸xi引yin力li，電dian路lu板ban使shi用yong一yi些xie標biao準zhun金jin屬shu支zhi架jia安an裝zhuang在zai簡jian單dan的de黑hei色se有you機ji玻bo璃li板ban上shang。

為手機提供的充電電流由一個簡易USB電表監視。此設備直觀地顯示有多少電流可以給出席者的手機充電。

圖7.一個功能演示係統

工作性能

演示係統有效執行了其核心功能。它從兩個備選電源輕鬆地為電池組充電，電源之間的切換由電源路徑優先排序器很好地控製，CN0509令人滿意地為連接的USB設備充電。該充電寶還有一個許多充電寶不具備的有用功能，即它能夠同時為電池組和連接的USB設備充電。例如，我自己的充電寶（許多人會認為它相當高端）就不能同時為手機和充電寶本身充電，這個限製令人沮喪。

USB端口的充電電流受LTC4162能力的限製
，其內部FET設計提供最大3.2 A的電流，大部分電流在充電過程中被送至電池。剩餘電流可以通過USB充電器端口使用。

隻要移除輸入電源，LTC4162演示板上的電源路徑FET就會確保電池電源重定向到輸出端口，因此CN0509和USB端口總是有電源。此模式下可用充電電流會下降，其曲線如圖4所示，原因是CN0509的輸入源現在是電池電壓，其標稱值為7.4 V。

後續步驟

yidanyishiyongyixiejiandanxianchengdeyanshibanzhengmingyingyongnengyouxiaogongzuo，xiayigehelidebuzhoubianshikaifachanpinyuanxing，congzuichudeyuanxinggongzuozhongxiqujingyan
，bingjiangqijichengdaozuizhongjiejuefanganzhong。qizhongyibufenshixiugaisuoyongdianlubandexianyouyuanlitu，yichuduoyudedongxi（測試點、連接器等）。然後，用戶可以開始PCB開(kai)發(fa)，此(ci)時(shi)我(wo)們(men)為(wei)每(mei)個(ge)器(qi)件(jian)提(ti)供(gong)的(de)資(zi)源(yuan)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)和(he)有(you)用(yong)性(xing)將(jiang)會(hui)展(zhan)現(xian)。例(li)如(ru)，優(you)化(hua)的(de)演(yan)示(shi)板(ban)布(bu)局(ju)是(shi)我(wo)們(men)為(wei)每(mei)個(ge)器(qi)件(jian)提(ti)供(gong)的(de)免(mian)費(fei)資(zi)源(yuan)。雖(sui)然(ran)演(yan)示(shi)板(ban)看(kan)起(qi)來(lai)通(tong)常(chang)相(xiang)當(dang)大(da)
，但(dan)這(zhe)隻(zhi)是(shi)為(wei)了(le)方(fang)便(bian)測(ce)試(shi)和(he)使(shi)用(yong)器(qi)件(jian)。仔(zai)細(xi)觀(guan)察(cha)電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)
，為(wei)之(zhi)開(kai)發(fa)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)IC和支持電路（電阻、電容、電感等）全(quan)都(dou)被(bei)設(she)計(ji)在(zai)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)的(de)空(kong)間(jian)中(zhong)，以(yi)允(yun)許(xu)客(ke)戶(hu)將(jiang)其(qi)納(na)入(ru)自(zi)己(ji)的(de)布(bu)局(ju)。這(zhe)將(jiang)為(wei)客(ke)戶(hu)提(ti)供(gong)信(xin)心(xin)，因(yin)為(wei)他(ta)們(men)知(zhi)道(dao)這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)經(jing)過(guo)測(ce)試(shi)的(de)設(she)計(ji)，他(ta)們(men)可(ke)以(yi)在(zai)試(shi)驗(yan)台(tai)上(shang)進(jin)行(xing)驗(yan)證(zheng)，然(ran)後(hou)構(gou)建(jian)自(zi)己(ji)的(de)版(ban)本(ben)。

對於最終應用，具有更高電壓的更大容量電池將有助於優化提供給USB端口的充電電流量。

CN0509是一個很棒的設計
，理想地滿足了需求

，但對於該特定應用，可以利用更纖薄的設計來降低充電寶的整體成本。例如， LTC7103 和輸入極性保護電路對於這種設計是不必要的，隔離反激式電源可以直接從LTC4162的輸出供電（AC-DC壁式電源適配器的12 V電壓或市電電源斷開後的電池電壓）。

結論

使shi用yong一yi些xie現xian成cheng的de硬ying件jian和he簡jian單dan的de電dian源yuan製zhi作zuo一yi個ge充chong電dian寶bao或huo任ren何he其qi他ta電dian源yuan設she計ji的de原yuan型xing，當dang然ran是shi可ke行xing的de。本ben文wen清qing楚chu地di表biao明ming
，使shi用yong現xian有you演yan示shi板ban硬ying件jian可ke以yi快kuai速su地di為wei潛qian在zai項xiang目mu提ti供gong概gai念nian驗yan證zheng，而er無wu需xu在zai開kai發fa上shang投tou入ru太tai多duo。此ci外wai
，在zai用yong戶hu決jue心xin開kai展zhan更geng集ji成cheng的de設she計ji之zhi前qian
，這zhe一yi相xiang對dui較jiao小xiao但dan有you價jia值zhi的de步bu驟zhou將jiang給gei用yong戶hu帶dai來lai信xin心xin。還hai有you一yi點dian值zhi得de重zhong申shen，電dian源yuan設she計ji（更具體而言是電源設計的布局）可能很有挑戰性
，因此利用可用資源來縮短整體開發時間是值得的。

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