低成本單芯片移動電源充電寶電路設計

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簡介

鋰電池保護芯片IP3005

2.1A充電2.4A放電高集成度鋰電池充放電管理SOC芯片IP5306

低成本單芯片移動電源充電寶電路

簡介

之前就有一篇文章已經介紹過最基本的移動電源充電寶電路的設計，介紹了移動電源充電寶電路的基本構成，理論聯繫實踐，並給出了一份最基礎的移動電源充電寶設計電路。其實其他移動電源充電寶電路都是大同小異，只是上次那篇為了介紹清楚移動電源充電寶的電路原理，使用設計的電路集成度不高，比如說充電電路和升壓放電電路各用了一塊芯片，其實市場上已經有一塊芯片就可代替的電路，這件就節省了電路成本，方便了電路佈局。這篇文章就介紹一份集成度比較高一點的低成本的單芯片移動電源充電寶電路。使用的方案是鋰電池二合一保護芯片IP3005來保護鋰電池，同類型的芯片還有DW03D和DW06及DW07D等等，使用2.1A充電2.4A放電，高集成度移動電源SOC芯片IP5306對鋰電池進行充放電。下面就分別來介紹下保護電路部分和充放電電路部分，最後給出一張總的原理圖。

鋰電池保護芯片IP3005

之前文件介紹過，最常用的鋰電池保護電路是如下圖所示：

此保護電路使用了鋰電池保護芯片和外部Nmos管和一些電阻電容構成，電路的保護電流和外部的Nmos管都可以根據實際需求配置，但是對於移動電源充電寶來說，其實保護電流這些都相當於固定死的，比如不超過1A或者2A，這樣完全沒必要使用外部Nmos管，可以直接集成到鋰電池保護芯片裡面去，這樣節省了硬件成本，也方便了電路板佈局。於是市場上就出現了一堆將Nmos管集成到鋰電池保護芯片裡面去的二合一鋰電池保護芯片，比如將要介紹的IP3005。先看下IP3005的引腳信息和內部框圖，如下：

從引腳信息中我們發現有個Power PAD 電源焊盤，其主要是因為內部集成了2個Nmos方便Nmos大電流散熱，所以這個芯片對比DW03D和DW07D有很好的熱處理能力，這也是為什麼我使用這款芯片的一個原因。

從結構圖中，我們就可以知道，IP3005內部已經集成了2個Nmos，並且IP3005具有過充電壓保護、過放電壓保護、放電過流保護和充電過流保護及短路保護等功能。IP3005的典型應用電路也是很簡單明瞭，看下圖：

看到這個電路是不是比之前的DW01電路簡介很多，Nmos管已經集成到芯片內部。這樣如果單獨設計保護電路板也簡單了許多。對應上圖電路作一下3點說明：

• 1.C1 和 R1 構成電源濾波器，用來抑制電源紋波，C1 需要靠近 VDD 引腳增強濾波效果，推薦採用4.7µF。
• 2.R1 的阻值不易過大，當充電或放電>1A 時，芯片內部會開啟電流監控功能，隨著充電或放電電流變大，芯片 VDD 的引腳電流也會相應變大，R1 的阻值太大會引入過大的電壓降，使 IC 的 VDD 引腳的實際電壓比電池電壓偏低。推薦 100Ω。
• 3.C2 是用來抑制 VM 端口的尖峰電壓，避免大電流瞬間變化引起 VM 電壓抖動過高，給芯片帶來損傷。需要靠近 VM 引腳，推薦採用 2.2µF。

那麼對鋰電池有了保護後，我們就可安心對鋰電池進行充放電了，下面就介紹鋰電池充放電電路的設計。

2.1A充電2.4A放電高集成度鋰電池充放電管理SOC芯片IP5306

通過之前的文章介紹，我們知道，移動電源充電寶的充電接口電壓一般在5V，那麼單節鋰電池最大充電電壓是4.2V，對鋰電池充電就需要降壓電路，通常的降壓電路有線性型降壓（比如TP4056等）和開關型降壓（比如TC3582DA等）方式。然後移動電源充電寶的輸出接口電壓一般也是要求5V，這樣單節鋰電池又需要升壓電路來實現升壓的功能。一般都是使用開關型Boost升壓電路（比如FP6276A）。我們知道開關電路的原理是通過電容和電感存儲電能，然後通過調節開關，使輸出電壓達到對應值。開關電路最大的特點就是需要電感，那麼移動電源降壓充電和升壓放電就需要2個電感了，然後就有設計人員想能不能使用一個電感分時來實現充放電的功能。於是市場上就有了這樣集成了鋰電池充電和放電一起的控制芯片，今天介紹的就是IP5306。

IP5306 是一款集成升壓轉換器、鋰電池充電管理、電池電量指示的多功能電源管理 SOC，為移動電源提供完整的電源解決方案。其高集成度與豐富功能，使其在應用時僅需極少的外圍器件，並有效減小整體方案的尺寸，降低 BOM 成本。IP5306 只需一個電感實現降壓與升壓功能。可以支持低成本電感和電容。IP5306 的同步升壓系統提供最大 2.4A 輸出電流，轉換效率高至 92%。空載時，自動進入休眠狀態，靜態電流降至 100uA。IP5306 採用開關充電技術，提供最大 2.1A 電流，充電效率高至 91%。內置 IC 溫度和輸入電壓智能調節充電電流。IP5306 支持 1、2、3、4 顆 LED 電量顯示。IP5306 採用 ESOP8 封裝。

我們來看下IP5306的引腳描述吧，如下圖：

再來看下IP5306的典型應用電路，如下：

從圖中我們看到了其電路只使用了一顆1uH的電感，而且沒有看到傳統開關升降壓電路的續流二極管，可以猜測到器件內部肯定是集成了mos管進行同步整流的。這樣也提高了電能的轉換效率。

IP5306最多可以驅動4顆Led燈用於電量指示和1顆照明Led。對於電量指示，可以設計成小於等於4顆電量指示燈，具體怎樣設計，這裡不作描述，大家有需要的可以去看下手冊。另外此電路還有一顆照明Led燈珠D5，不需要的也可以省去。

IP5306可識別長按鍵和短按鍵操作，不需要按鍵時 PIN5 腳懸空。對於電路中按鍵的功能作一下描述：

1.按鍵持續時間長於 50ms，但小於 2s， 即為短按動作，短按會打開電量顯示燈和升壓輸出。

2.按鍵持續時間長於 2s， 即為長按動作， 長按會開啟或者關閉照明 LED。

3.小於 50ms 的按鍵動作不會有任何響應。

4.在 1s 內連續兩次短按鍵，會關閉升壓輸出、電量顯示和照明 LED。

在瞭解完以上兩節內容後，我們就可以設計自己的低成本移動電源充電寶電路了。

低成本單芯片移動電源充電寶電路

這裡我已經繪製好了基於IP5306和IP5003方案的鋰電池移動電源充電寶電路了，如下圖所示：

電路中電感推薦型號和參數如下：

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