一種基于MCU的同步Boost的移動電源設(shè)計

1、1.引言本文引用地址：隨著iphone、ipad帶動的全球智能手機、平板的風(fēng)靡一時，人手一部智能手機已經(jīng)不再是遙遠的夢想，手機與平板是人們外出的必備物品，除了兼具通信、拍照、電腦功能之外，這些數(shù)碼設(shè)備同是也是一種時尚體現(xiàn)，對輕巧纖薄的完美外形之極致追求與電池的續(xù)航能力成為一對矛盾。為了追求完美，iphone、ipad更是設(shè)計出一體化用戶不可拆卸機身，電池?zé)o法拆卸，于是移動電源成為了數(shù)碼后備電源的必須品，其市場需求隨著智能設(shè)備的發(fā)展迅速擴大。2.方案分析2.1技術(shù)規(guī)格與方案比較當(dāng)前適用于手機平板的主流移動電源的規(guī)格為：(1)具有鋰電池充放電管理功能;(2)5v/500ma/1a/2a輸出。其中，

2、鋰電池充放電管理由“保護ic+asic或mcu”實現(xiàn)，5v/500ma/1a/2a輸出由鋰電池boost升壓加反饋控制實現(xiàn)。在移動電壓的方案中，最關(guān)鍵的指標(biāo)和技術(shù)難點是boost升壓輸出的效率，因為鋰電池充電電源一般來自220v市電充電器，不需要特別強調(diào)效率，而boost升壓是將電池的電能輸出給手機、平板，充電效率特別重要。以10000ma時的移動電源為例，90%的效率與70%效率的boost充電電路，輸出電能相差2000mah，從用戶體驗來看，效率低的移動電源發(fā)熱嚴重，安全隱患也較大。boost電路主要有兩種，一種為二極管續(xù)流boost，電路相對簡單，一種為同步boost，電路相對復(fù)雜，對控

3、制時序的精度要求高，過去幾年由于需求旺盛，為了快速出貨，大量方案均采用二極管續(xù)流的boost方案，價格戰(zhàn)非常劇烈，因此，高端廠家開始轉(zhuǎn)移到同步boost方案。2.2專用mcu的同步boost方案移動電源專用mcuht45f4m的方案是當(dāng)前市場廣泛采用的同步boost方案，具有電路簡潔，效率高的特點，原廠提供的技術(shù)指標(biāo)為：靜態(tài)耗電小于10ua，實測放電轉(zhuǎn)換效率最高超過91%(5v/700ma輸出時)。鋰電池保護機制：過流過壓過溫保護。其同步boost的原理圖與二極管續(xù)流boost對比如圖1所示。圖1ht45f4m同步boost與通用mcu二極管續(xù)流boost對比由圖1所致可見，ht45f4m與通

4、用mcu相比，主要特點是內(nèi)置互補式的pwm輸出功能，通過outl、outh的pwm互補時序，分別控制nmos、pmos的通斷，從而實現(xiàn)同步boost。我們實測過該方案的成品，效率與廠家提供的指標(biāo)基本一致，與二極管boost方案相比，1a以上大電流工作時，其功率器件發(fā)熱量低，效果差別明顯，性能良好。3.互補式pwm的ic設(shè)計實現(xiàn)由于ht45f4m與通用mcu的主要差異是互補式的pwm輸出，如果設(shè)計一顆實現(xiàn)互補式pwm輸出的asic，適當(dāng)選擇具有pwm輸出功能的通用mcu搭配，也可以實現(xiàn)類似ht45f4m的功能。這種ic設(shè)計+通用mcu的方案可以廣泛利用現(xiàn)有的大量mcu資源，更具靈活性，成本也有競

5、爭力。3.1結(jié)構(gòu)框圖與時序圖互補式的pwm的結(jié)構(gòu)框圖與時序圖如圖2所示，由通用mcu產(chǎn)生pwm輸出，輸入asic，經(jīng)延時時間插入電路，產(chǎn)生互補式的pwm輸出，此pwm輸出為pwmp，pwmn兩路，pwmp控制p-mos，pwmn控制n-mos。這兩個mos管在充電時，用于控制充電電流;在放電時可用于控制放電電壓。充電時，pmos導(dǎo)通的時間越長，充電功率越大。放電時，nmos導(dǎo)通的時間越長，放電功率越大。圖2互補式的pwm的結(jié)構(gòu)框圖與時序圖3.2asic的設(shè)計與仿真分析我們使用candenceide設(shè)計仿真了一顆asic，實現(xiàn)圖2所示的互補輸出，由mcu提供pwm信號，通過延時和組合邏輯實現(xiàn)圖2所示的pwm互補輸出時序。圖3所示為pwm與pwmn時序的仿真結(jié)果，圖中電壓峰值低者