（a）。充電芯片外圍電路

（b）。升壓芯片外圍電路

（c）。單片機外圍電路

圖1.電路中芯片工作電路。

MT2011是來(lái)頡科技設計的一款高效率大電流單串聯(lián)鋰電池充電控制器。它支持4.5V~6.5V輸入電壓，輸出電壓可以跟隨鋰電池電壓，最大2A的充電電流，使用了高效率的同步整流結構，適合應用于便攜式充電設備和移動(dòng)電源充電。整合電流采樣電阻、高精度的電流與電壓管理電路、滿(mǎn)電自動(dòng)停止充電。MT2011工作頻率為1.5MHz，使用同步整流結構，效率高達93%.帶有充電電流軟啟動(dòng)、防反相電流二極管、充電電流采樣等功能，并帶有完善的輸出短路保護和過(guò)溫保護功能。
MT5036是來(lái)頡科技設計的一款95%高效的800KHz同步升壓轉換器，它為單節鋰電池或多節鋰電池組并聯(lián)提供了良好的供電解決方案。轉換器通過(guò)設置芯片外部FB分壓電阻或使用內部FB分壓電阻來(lái)獲得一個(gè)穩定輸出電壓。芯片轉換效率非常高，能提供足夠的負載電流，當供電電壓下降到3V時(shí)，仍能在輸出電壓為5V時(shí)，輸出3A的負載電流，電感中的峰值電流被限制在6.6A.MT5036工作頻率可達800KHz，這使得電感和輸出電容都可以不用太大，并且帶有輕載PSM功能，可以保證芯片在全負載范圍內保持較高的轉換效率。擁有60uA的靜態(tài)電流，可以大大提高鋰電池的壽命，帶有低EMI工作模式，斷續工作時(shí)，可以有效減少振鈴，轉換器可以避免電池過(guò)放電，在關(guān)斷時(shí)負載可以完全與電池斷開(kāi)。
SN8P2711是一顆采用高速低功耗CMOS工藝設計開(kāi)發(fā)的8位高性能精簡(jiǎn)指令單片機，內部有1K×16位一次性編程ROM（OTP-ROM），64K×8位的數據寄存器（RAM），三個(gè)雙向I/O口，兩個(gè)8位定時(shí)器/計數器，兩個(gè)PWM/Buzzer模塊，多個(gè)系統時(shí)鐘，四種系統工作模式，一個(gè)五信道的十二位模數轉換器以及五個(gè)中斷源。這款單片機可以廣泛應用于測量、電機控制、工業(yè)控制、家電玩具類(lèi)產(chǎn)品等。

3.電路工作原理分析
電路的工作具體原理如下：
電路工作分為兩個(gè)過(guò)程，一是外加5V電源對移動(dòng)電源內置鋰電池充電，二是移動(dòng)電源對外接移動(dòng)設備充電。
工作在第一種過(guò)程時(shí)，交流適配器或5V電源接在移動(dòng)電源的Micro USB接口上，VIN為5V電壓時(shí)，R1與R2分壓產(chǎn)生USB信號送入單片機，單片機檢測到USB信號后，會(huì )將輸出EN信號拉低，禁止MT5036工作。MT2011上電后會(huì )檢測VCC的電壓，如果VCC電壓在可充電范圍內，充電芯片開(kāi)始工作，對鋰電池按照浮充、快速充電、恒壓充電的過(guò)程開(kāi)始充電，電感電流由SW到VCC充電。TS信號在默認狀態(tài)下是高，如果外部電路讓TS強行拉低讓MT2011停止工作，D2是鉗位二極管，可以限制SW電壓最低在-0.6V.圖2為充電和放電過(guò)程信號和輸入輸出的時(shí)序圖。

圖2電路圖中控制與時(shí)序關(guān)系。

工作在第二個(gè)過(guò)程時(shí)，沒(méi)有交流適配器連接在USB2.0口連接被充電設備。即MT5036的VOUT只與被充電設備相連。電路會(huì )檢測到便攜設備是否連接在USB2.0端口，若插入設備或按啟動(dòng)按鈕就會(huì )啟動(dòng)MT5036，對設備進(jìn)行充電。電路中VCC通過(guò)R24（100K）與VOUT相連。
在移動(dòng)電源輸出端口不連接設備時(shí)，VOUT電壓等于VCC電壓，此時(shí)MT5036的EN信號為低，芯片不工作。當設備插入時(shí)，VOUT被設備瞬間拉低，單片機檢測到VOUT變低的瞬間降低，可以判斷設備已接入，將EN信號拉高，使能MT5036工作，對設備充電。當EN變高，STAT信號就被強制拉低，這時(shí)可以禁止MT2011工作，保證充放電芯片最多一個(gè)工作。
MT5036工作時(shí)，電感電流由VCC到SW.R9為下拉電阻，保證由于某種原因EN懸空時(shí)，EN引腳可以接地，MT5036不會(huì )誤工作。R7與R8為FB的分壓電阻，通過(guò)這兩個(gè)電阻來(lái)設置MT5036的VOUT電壓。C9、C10、C11為輸出儲能電容，BOOST電路電感往輸出端電流不連續，輸出電容容量應盡量選大一些，在MT5036芯片中選用2個(gè)22uF貼片電容并聯(lián)。R14，R15為輸出電流采樣電阻，可以采樣MT5036的負載，用來(lái)判斷過(guò)載或者空載情況情況。
當AMP信號電壓超過(guò)過(guò)載閾值時(shí)，單片機判斷為過(guò)載，此時(shí)將EN拉低，關(guān)段MT5036.當AMP信號電壓低于0.1A負載閾值時(shí)，單片機判斷為空載，為防止效率耗散，40s后也將EN拉低，關(guān)段MT5036.
輸出電壓與分壓電阻關(guān)系為：

當移動(dòng)電源工作于充電過(guò)程中，SW是VIN和GND的方波信號，VBAT引腳是MT5036的內部供電引腳，此時(shí)VBAT引腳如果為電池電壓，此時(shí)會(huì )出現內部漏電情況，可能會(huì )造成MT5036的損壞。由圖1（a）可看出，電源適配器5V輸入端（VIN）和鋰電池輸出端（VCC）均通過(guò)二極管連接到MT5036的VBAT引腳。這樣做可以防止芯片內部漏電的情況。加入這兩個(gè)二極管后，MT5036的供電引腳會(huì )選取電壓大的一側作為供電電源，可以保證內部MOS管有效關(guān)段。二極管類(lèi)型最好選取肖特基二極管。
單片機在移動(dòng)電源中起調節工作模式和保護的功能。單片機7號腳的SW1是移動(dòng)電源輸出的開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)按下時(shí)，會(huì )拉高EN信號，使MT5036工作。4個(gè)LED燈用來(lái)顯示行動(dòng)電源當前電量和充放電狀態(tài)。SW1開(kāi)關(guān)還可以通過(guò)長(cháng)按讓移動(dòng)電源手電筒功能打開(kāi)。

4.實(shí)驗結果與分析
本文提出了一款單電感高效率移動(dòng)電源設計方案已經(jīng)普遍應用于市面上的移動(dòng)電源中。使用1盎司銅厚雙層板PCB指標已能達到使用要求。
隨電池電壓可變的占空比可以保持系統在輸入輸出范圍內工作都是穩定的，如圖3所示。SW占空比可以保持D=VOUT/VIN.整個(gè)系統是穩定的

圖3.充電狀態(tài)不同電池電壓的SW狀態(tài)。

圖4.放電狀態(tài)負載跳變時(shí)對輸出電壓的影響。

由圖4可知，2A的負載跳變會(huì )引起低于100mV的輸出變化，為2%變化率，在移動(dòng)電源芯片中表現是很好的。
在充電過(guò)程中，最高效率可以達到92%；在放電過(guò)程中，最高效率可以達到96%.所以用MT2011和MT5036兩款電源芯片可以使整體設備保持很高的效率。在芯片處于待命狀態(tài)工作時(shí)，靜態(tài)電流可以低達40uA，也就是說(shuō)處于待命狀態(tài)180000小時(shí)，才會(huì )消耗行動(dòng)電源25%的電量，所以，系統可以保持很長(cháng)的壽命。

5.結論
在這篇文章中，通過(guò)對來(lái)頡科技兩款電源芯片的介紹和對整體電路工作狀態(tài)的介紹，描述了一種低靜態(tài)電流的充電升壓?jiǎn)坞姼袘�用的移�?dòng)電源設計方案。
系統可以在單電感（低成本）情況下，保持移動(dòng)電源系統穩定工作。并且可以保持高達96%的放電效率。40uA級別的低靜態(tài)電流使得行動(dòng)電源擁有超長(cháng)的壽命。此文介紹的單電感移動(dòng)電源還帶有插入用電器自啟動(dòng)功能，并且2A負載跳變（ipad插入或拔出）能夠保持在2%輸出精度。