自制充电宝最简电路方案设计汇总

自制充电宝最简电路方案设计（一）

随着便携式产品不断成长，移动电源的需求也持续增加，轻薄小巧、快速充电、转换效率高及高安全性等也成为消费者购买移动电源时的首要考虑，为了满足消费者的需求，许多公司都推出移动电源解决方案，在此我们以沛亨半导体所开发的AIC6511及AIC3420作为设计范例，提供给读者参考。

一个完整的移动电源电路包含了电池充电管理IC、升压转换器IC及MCU，每个部分都会影响移动电源的整体效能，所以选用适当的IC是非常重要的。图4所示为本文所要介绍的移动电源电路，主要由AIC6511锂离子电池充电转换器、AIC3420升压转换器及MCU所组成。底下将针对所提出的移动电源电路做详细的说明。

锂离子电池充电转换器

锂离子电池是目前应用最广泛的可重复充电式电池，可将单颗锂电池用于低功率产品，也可以将多颗锂电池串并联得到更高电压与容量，例如移动电源就是将多颗锂电池并联来获得高容量。锂电池具有能量密度高、自放电率低、无记忆效应、寿命长、重量轻等优点，非常适合做为便携式产品的电力来源。

锂电池充电IC分为线性式及切换式两种，线性式充电IC的成本低，IC接脚数较少，只需要少数的被动组件。然而线性式充电IC有较大的功率损耗，若设计不好常会导致IC温度过高，且一般移动电源大多使用散热较差的塑料外壳，使得线性式充电IC无法提供较大的充电电流，因此线性式充电IC通常比较适合低容量锂离子电池应用。若希望在短时间之内将电池充饱，则必须要提高充电电流，此时可以考虑应用切换式充电IC。切换式充电IC利用开关的高频切换来达到能量的传递，可提供较大的充电电流，且具有高转换效率不会有过热现象，适合高容量电池的充电应用。

充电过程中，当电池电压上升到4.2V时，要立即停止充电，以避免电池过充而产生危险，而当电池放电时，电池电压如果降至2.5V以下，要立即停止放电，以免电池过放而减少电池的使用寿命。除此之外，锂电池在应用上，还会加上短路保护电路，防止锂电池因短路而造成危险。

锂电池对充电要求很高，需要精密的充电电路以保证充电的安全，尤其要求终止充电电压精度在额定值的±0.5%之内。目前锂电池充电最常采用三段充电法，即预先充电模式（TrickleChargeMode）、定电流充电模式（ConstantCurrentChargeMode）、定电压充电模式（ConstantVoltageChargeMode）。充电IC在充电前会侦测电池的状态，若电池电压大于3V，将以定电流充电模式充电；若电池电压低于3V，则以预先充电模式（约10%的定电流充电模式充电电流）充电，到接近终止电压时，改为定电压模式充电，此时电池电压几乎不变，但充电电流会持续下降，当充电电流降到某一值时（约10%的定电流充电模式充电电流），充电电流会被关闭，完成充电。图5所示为采用三段充电法的锂电池充电特性曲线。

自制充电宝最简电路方案设计（二）

有一块废旧的笔记本电脑电池，打算废物利用，制作一个移动充电宝。将这个笔记本电池拆开后，用万用表测量，发现其中有两节电芯的电压为0V，估计此前笔记本电池用不了多长时间，原因就在这里，于是把电压为0V的那两节电芯扔掉。制作的原理图见下图。通过原理图左边USB插座，输入5V直流，可以给电芯组充电。充满后，就可以随身携带，通过3.7V升压到5V的升压模块输出5V直流，给手机等设备充电了。

材料：3.7V升压到5V的DC-DC直流升压模块1块，开关1只，USB插座母座1只，导线若干。

制作过程也比较简单，按原理图进行连线焊接，然后再用热熔胶对电芯组、升压模块、开关、USB母座进行固定，固定在原来的笔记本电池盒子里就可大功告成。

自制充电宝最简电路方案设计（三）

原理图

在网上买的电路板上面会写明+（正极）-（负极）接出两根线来。如图；

电池的选择；最好用锂电池，电压最好用3.7V的，电池于电池之间的电压要相等。

把它们的正负极并联起来就行，记住是并联。

自制充电宝最简电路方案设计（四）

一款手机充电器电源变换电路的分析

分析一个电源，往往从输入开始着手。220V交流输入，一端经过一个4007半波整流，另一端经过一个10欧的电阻后，由10uF电容滤波。这个10欧的电阻用来做保护的，如果后面出现故障等导致过流，那么这个电阻将被烧断，从而避免引起更大的故障。右边的4007、4700pF电容、82KΩ电阻，构成一个高压吸收电路，当开关管13003关断时，负责吸收线圈上的感应电压，从而防止高压加到开关管13003上而导致击穿。13003为开关管（完整的名应该是MJE13003），耐压400V，集电极最大电流1.5A，最大集电极功耗为14W，用来控制原边绕组与电源之间的通、断。当原边绕组不停的通断时，就会在开关变压器中形成变化的磁场，从而在次级绕组中产生感应电压。由于图中没有标明绕组的同名端，所以不能看出是正激式还是反激式。

不过，从这个电路的结构来看，可以推测出来，这个电源应该是反激式的。左端的510KΩ为启动电阻，给开关管提供启动用的基极电流。13003下方的10Ω电阻为电流取样电阻，电流经取样后变成电压（其值为10*I），这电压经二极管4148后，加至三极管C945的基极上。当取样电压大约大于1.4V，即开关管电流大于0.14A时，三极管C945导通，从而将开关管13003的基极电压拉低（钳位），从而集电极电流减小，这样就限制了开关的电流，防止电 流过大而烧毁（其实这是一个恒流结构，将开关管的最大电流限制在140mA左右）。

变压器左下方的绕组（取样绕组）的感应电压经整流二极管4148整流，22uF电容滤波后形成取样电压。为了分析方便，我们取三极管C945发射极一端为地。那么这取样电压就是负的（-4V左右），并且输出电压越高时，采样电压越负。取样电压经过6.2V稳压二极管后，加至开关管13003的基极。前面说了，当输出电压越高时，那么取样电压就越负，当负到一定程度后，6.2V稳压二极管被击穿，从而将开关13003的基极电位拉低，这将导致开关管断开或者推迟开关的导通，从而控制了能量输入到变压器中，也就控制了输出电压的升高，实现了稳压输出的功能。

而下方的1KΩ电阻跟串联的2700pF电容，则是正反馈支路，从取样绕组中取出感应电压，加到开关管的基极上，以维持振荡。右边的次级绕组就没有太多好说的了，经二极管RF93整流，220uF电容滤波后输出6V的电压。没找到二极管RF93的资料，估计是一个快速恢复管，例如肖特基二极管等，因为开关电源的工作频率较高，所以需要工作频率的二极管。这里可以用常见的1N5816、1N5817等肖特基二极管代替。

自制充电宝最简电路方案设计（五）

当USB_IN有电源接入时，PA6由低变高，使用外部中断唤醒MCU进入充电工作。

输入/输出电压侦测

充电模式 可通过此侦测电路，对外部电压进行侦测，当外部电压高于5.5V时，由硬件强制关闭PWM输出，并产生中断进行处理。除此之外，由于输入电压来源有可能是一般计算机上的USB端口或是墙上变压器的5V输出埠，两种来源的最大电流供应能力不同，在充电时可通过侦测输入电压降低来得 知输入来源电流供应能力的极限，进而将充电电流固定，不再加大。

当移动电源向外部负载进行放电时，侦测电路对放电电压进行监测，如上图，OVP在mcu内部连接到ADC中，可通过采样电压值，来控制PWM进行电压调节。当输出端由重载 （例如输出5V / 1.5A） 时，如果负载忽然拔除时，此时输出电压一定会忽然上升，此上升速度要通过软件调节PWM使其下降会比较慢，故此时可通过OVP机制由硬件强制关闭PWM输出，并产生中断进行处理。

由于一般手机会侦测移动电源的输出电压高于5V才会启动手机充电模式，故输出电压可设定在5.15V，可防止由于手机充电线线损过大导致启动充电模式失败的状况发生。