本文設計了一種多功能、高效、低功耗、安全的隨身移動(dòng)電源，以滿(mǎn)足戶(hù)外需求，將有很大的實(shí)用價(jià)值。

　　本文論述的電路系統設計由五部分組成：鋰芯容量指示電路、電芯保護電路、充電管理電路、DC-DC升壓電路和功能擴展電路。

　　多功能隨身電源的系統設計

　　鋰芯容量指示電路由XC61CC系列的電壓監控芯片組成。電芯保護電路由過(guò)充保護、過(guò)放保護、過(guò)溫保護三部分組成，HAT2027、R5402、自恢復保險絲構建了三重保護，使鋰芯安全性大大增強。充電管理電路采用了CN3066，將充電過(guò)程分為涓流充電、恒流充電、恒壓充電和維護充電四個(gè)部分，使移動(dòng)隨身電源能夠最大程度地儲備能量。DC-DC升壓電路采用了MAX1771集成芯片，可將鋰芯容量在安全范圍內最大限度釋放，達到對多種數碼設備供電的目的。功能擴展涵蓋了戶(hù)外活動(dòng)所涉及的常見(jiàn)需求，具有應急夜間高亮照、戶(hù)外防盜安全警報、野營(yíng)驅蚊等功能。

　　多功能隨身電源的電路實(shí)現

　　DC-DC升壓電路

　　本系統中，DC-DC升壓電路主要由MAX1771構成，該控制器采用獨特的控制方案，結合PFM（脈沖頻率調制）及PWM（脈沖寬度調制）的優(yōu)越性，提供一個(gè)高效、較寬電壓調節范圍的電源。前者具有較小的靜態(tài)電流，負載小的情況下效率較高，但紋波較大。后者在負載大的情況下具有較高的效率，噪聲小。該控制器采用的是一種改進(jìn)型的限流PFM控制方式，控制電路限制電感充電電流，使其不超過(guò)某一峰值電流。既保持了傳統PFM的低靜態(tài)電流，同時(shí)在較大負載的情況下，也具有很高的效率。而且由于限制了峰值電流，采用很小體積的外圍元件就可獲得滿(mǎn)意的輸出紋波，這樣便于降低電路成本及尺寸。

　　如圖2所示，將4腳接地，可使其工作在閉環(huán)狀態(tài)。芯片由引腳2上的電壓供電，同時(shí)也是輸出電壓。輸入電壓可以進(jìn)行從2V到輸出電壓的變化。外接MOS管柵極1腳上的電壓，從輸出電平到零電平跳變，這樣可以提供更人的柵極驅動(dòng)，從而減小外接MOS管的開(kāi)啟電阻。

　　MAX1771外接MOS管平時(shí)是關(guān)閉的，此時(shí)電感儲能。關(guān)閉期間，MAX1771會(huì )檢測外部輸入電壓，一旦降低到了一定限度，MAX1771就會(huì )開(kāi)啟外部MOS管，電感釋放能量，重新提供驅動(dòng)電壓。開(kāi)關(guān)頻率隨負載電流和輸入電壓而定。5V電壓通過(guò)兩個(gè)反饋電阻分壓得到。

　　此外，續流二極管選用肖特基二極管SS34，該器件正向導通電壓小，響應時(shí)間短。

　　鋰芯容量指示電路

　　本系統電路設計采用了一種比較簡(jiǎn)單且實(shí)用的方法，即通過(guò)測試鋰芯電池放電的時(shí)間電壓特性曲線(xiàn)，選取整個(gè)放電過(guò)程的四個(gè)位點(diǎn)電壓，用電壓來(lái)估算電池的容量。

　　如圖3所示，當按下電壓容量指示的功能按鍵，鋰芯的電池電壓會(huì )加到XC61系列芯片的VIN與VSS引腳上。當電壓高丁4.1V，四個(gè)芯片同時(shí)工作，電池與限流電阻、LED發(fā)光管形成四個(gè)回路。此時(shí)四個(gè)發(fā)光管同時(shí)發(fā)亮，表示電池容量飽和。當電池電壓在4.1V～3.8V之間，只有三個(gè)芯片工作，4102不工作，此時(shí)形成三個(gè)回路，三個(gè)發(fā)光管發(fā)亮，表示電池容量有所下降。同理可知其它的兩種情況。

　　鋰芯保護電路

　　如圖1所示，電芯保護電路主要由R5402和HAT2027共同組成。除此之外，自恢復保險絲起到了最后一層保護的作用。

　　R5402是一種高精度、基于CMOS的鋰芯電池電壓保護芯片。HAT2027是具有電流流通方向可調的雙MOS產(chǎn)品。

　　充電時(shí)，電池電壓從低到高上升，當電池電壓大于4.25V時(shí)，充電狀態(tài)被鎖存，引腳COUT就會(huì )從高電平跳為低電平，HAT2027內置二極管發(fā)揮單向導通作用。電流方向只能從1腳到3腳，充電電源無(wú)法繼續給鋰芯充電。如果充電電源繼續加載在鋰芯電池組兩端，即使鋰芯電壓在4.25V以下，R5402具有的過(guò)充鎖存狀態(tài)也不會(huì )被釋放。這樣就保證了電池組在連續充電飽和之后，能鎖存在過(guò)充狀態(tài)，隔離充電電源對高能量電池組持續充電。只有當過(guò)充時(shí)，斷開(kāi)充電電源，過(guò)充鎖存狀態(tài)才會(huì )被釋放，COUT重新變?yōu)楦唠娖�，HAT2027的1、3引腳此時(shí)雙向導通，鋰芯才能正常工作。

　　放電時(shí)，電池電壓下降，當小于2.3V時(shí)，放電狀態(tài)被鎖存，引腳DOUT的輸出從高電平跳為低電平，HAT2027內置二極管發(fā)揮單向導通作用。電流方向只能從3腳到1腳，鋰芯電池組無(wú)法繼續給負載放電。如果沒(méi)有接上充電電源，即使鋰芯電壓高于過(guò)放電壓的最大值，放電鎖存狀態(tài)也不會(huì )被釋放，這就保證了電池組在經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間放電，電壓下降到2.3V之后，能鎖存在過(guò)放狀態(tài)，隔離低能量電池組持續放電。只有當過(guò)放時(shí)，接上充電電源，鋰芯電壓開(kāi)始高于過(guò)放電壓時(shí)，過(guò)放鎖存狀態(tài)才會(huì )被釋放，同時(shí)引腳DOUT的電壓重新變?yōu)楦唠娖�，HAT2027的1、3引腳雙向導通，鋰芯既能工作在放電狀態(tài)，又能工作在充電狀態(tài)。

　　當鋰芯短路時(shí)，D。，跳到低電平。此時(shí)，鋰芯受HAT2027控制無(wú)法放電，起到鋰芯保護作用。與此同時(shí)，自恢復保險絲由于短路的大電流，會(huì )受熱膨脹，電路切斷，起到最后一層保護的作用。當短路故障排除，白恢復保險絲恢復，R5402檢電器釋放，D。，，重新恢復高電平。

　　該電路還增設了“休眠”的功能。當電路工作在過(guò)放狀態(tài)，補充電流將會(huì )保持非常低的值，從而停止內部電路的工作，使低能量的鋰芯不會(huì )被R5402和系統后級回路繼續消耗能量。該電路還具有瞬時(shí)監控功能。在鋰芯負極取一個(gè)電壓接到R5402的V引腳，內置檢電器的延時(shí)可以減少大概1／57秒。因此，可以監測電池容量瞬時(shí)狀態(tài)。

　　充電管理電路

　　充電管理電路由CN3066和繼電器構成，如圖4所示。當隨身電源監測到有充電器對其充電時(shí)，繼電器令CN3066開(kāi)始工作，CN3066將整個(gè)充電管理過(guò)程分為四個(gè)部分，即預充電、恒流充電、恒壓充電以及維護充電。

　　當CN3066開(kāi)始工作時(shí)，CN3066會(huì )檢測電池電壓是否較低，如果是，則采用涓流充電，即一個(gè)比較小的恒定電流對電池進(jìn)行充電，直至電池電壓上升到一個(gè)安全值。之后，充電電流保持較大值不變，通常是涓流充電電流的10倍或更大。1000mAh的電池采用700mA電流充電，這可以避免大電流充電對鋰芯的損壞。在恒流充電和涓流充電狀態(tài)下，充電管理芯片連續監控電池的電壓，當單節鋰電池的電壓達到4.2V，恒流充電狀態(tài)結束，轉入恒壓充電狀態(tài)。在該狀態(tài)下，充電電壓恒定在4.2V。當鋰芯的電流下降為原來(lái)的1／10之后，恒壓充電狀態(tài)結束。在維護充電狀態(tài)，電池充足電后，若移動(dòng)電源仍插在充電器上，電池會(huì )由于自放電而損失電量。CN3066以非常小的電流對鋰芯充電或監測電池電位，以備對鋰芯再充電，這種狀態(tài)稱(chēng)為維護充電狀態(tài)。

　　在本電路中，CN3066會(huì )實(shí)時(shí)監測鋰芯的電壓、溫度、充電電流和充電時(shí)間。一旦電池的溫度達到60℃，或鋰離子電池的電壓達到4.2V，恒壓充電狀態(tài)自動(dòng)終止。此外，還應設置最長(cháng)恒壓充電時(shí)間。在溫度和電壓檢測失敗的情況下，可以保證鋰電池安全充電。

　　當拔掉充電器，CN3066關(guān)閉，隨身電源處于預放電狀態(tài)。

　　多功能擴展電路

　　高亮照明功能

　　戶(hù)外活動(dòng)時(shí)，特別是夜間活動(dòng)，需要一個(gè)高亮的光源。如圖5所示，夜行高亮照明系統，在USB輸出口可得到5V電壓，加上高亮發(fā)光二極管和一個(gè)小的限流電阻共同組成。高亮管足夠5米內的照明光程。

　　戶(hù)外報警功能

　　戶(hù)外出行，個(gè)人財物的防盜至關(guān)重要。安全可靠的報警系統有助于保障個(gè)人財物的安全，特別是戶(hù)外野營(yíng)，靈敏的防盜措施在夜間將發(fā)揮其巨大功效。

　　如圖5所示，當按下預報警功能鍵時(shí)，USB輸出電壓加載在報警系統上，此時(shí)移動(dòng)隨身電源處于“預報警”狀態(tài)。當水銀開(kāi)關(guān)B1位置偏移正常的斷開(kāi)位置，將觸發(fā)繼電器工作，使KD9561音樂(lè )片工作，發(fā)出報警響聲，提醒注意安全。

　　野外驅蚊功能

　　如圖6所示，由左邊555合成的振蕩頻率約為22KHz，再由右邊555單穩態(tài)電路產(chǎn)生一個(gè)50Hz，占空比為50％的方波輸入左邊555的5腳，合成一種噪聲，用于驅趕蚊于。

　　電路測試

　　DC-DC電路測試

　　由圖7可見(jiàn)，移動(dòng)電源連續放電的總能量在2200mAh以上，輸出穩定。

　　擴展功能模塊的測試

　　夜行高亮燈管的有效光程為6米。報警系統能夠正常工作。驅蚊系統發(fā)出21KHz的噪聲，對蚊子具有明顯的驅趕作用。

　　總體測試

　　實(shí)驗結果證明，多功能隨身電源能對市面上大多數手機連續充電5次以上，對MP3、MP4充電12次以上，表明隨身電源在戶(hù)外活動(dòng)中有充足的能量?jì)�備�?/font>