基于DC-DC转换移动电源的研究与设计

可编程的充电电流:AP5056的充电电流由连接在PRDO脚与GND之间RPROG电阻来确定，计算公式如下:

1BAT=(VPROG/ RPROG)·1000 3-1

因为本文设计的需要得到一个1A的充电电流，根据公式得到1A=(1/ RPROG) ·1000, 解方程式得VPROG=1000Ω，即VPROG=1 KΩ。

下图显示了RPROG为1K和2K时，不同的电源输入Vcc与充电电流Ibat之间的关系，可以看到充电输出电流基本没有很大变化，只与RPROG的设定值有关系。

图5 Vcc与充电电流Ibat之间的关系

3.3.2 芯片热保护功能

利用晶体管PN结的导通电压随温度升高而降低，而其变化值随温度的升高而增加的特性，AP5056设计了集成于芯片内部的过热保护功能。当内部温度传感器升至约125℃以上时，内部的热保护电路将自动减小充电电流的电流值，随着温度的不断升高，当温度达到145℃的时候，则可完全关闭充电电流。该功能可以让用户放心使用最大功率的充电电流而无需担心芯片被损坏。

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3.4 DC-DC升压电路设计

本设计中是采用脉冲幅度变调方式(PWM)的 DC-DC 转换器，因为它具有低

消耗电流的特点。以往采用 PFM 方式的 DC-DC 转换器，在输出负载电流低时脉冲被跳过，因此输出电压的纹波频率会产生变化，存在着使纹波电压増大的缺点[10][11]。电路图如下：

图6 S-8355升压电路

如图所示为并联开关型稳压电路中的换能电路，输入电压为聚合物电池直流供电电压，晶体管为Q2为开关管，电感L1和电容C6组成滤波电路，D2为续流二极管。Q2管的工作状态受S-8355的控制。当EXT为高电平时，Q2饱和导通，BAT+通过Q2给电感L1充电储能，充电电流几乎线性增大，D2因承受反压而截止；滤波电容C6对负载电阻放电。当EXT为低电平时，Q2截止，L1产生感生电动势，其方向阻止电流的变化，因为与BAT+同方向，两个电压相加后通过二极管D2对C6充电。因此，无论Q2和D2的状态如何，负载电流方向始终不变。只有当L1足够大时，才能升压；并且只有当C6足够大时，输出电压的脉动才可能足够小；当EXT得周期不变时，其占空比愈大，输出电压将愈高。

OFF ON/ 端子 (开/关控制端子) 停止或者启动进行升压工作。 设定 OFF / ON 端子为“L”电位时，停止内部电路的全部工作，因此可大幅度地抑制消耗电流。为了使纹波电压变小，选用的电容器的容量要大在，并且R2要小。 3.4.1 外围器件的选择

1. 电感器

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电感值(L值)对最大输出电流(TOUT)和效率(η)产生很大的影响。其关系如图下：

图7 S-8355不同电压输出电流与效率特性图

L值变得越小，峰值电流(TPK)就变得越大，提高电路的稳定性并使TOUT増大。接着，若使L值变得更小，会降低效率而导致开/关切换晶体管的电流驱动能力不足，促使TOUT逐渐减少。

L值逐渐变大时，开/关切换晶体管所引起的功耗也随之变小，达到一定的L值时效率变为最大。接着，若使L值变得更大，因线圈的串联电阻所引起的功耗变大，而导致工作效率的降低。TOUT也会减少。 因为振荡频率较高的产品可以选择L值较小的产品，因此可使线圈的形状变小。此外，在选用电感器时，若电感器流入超过此容许电流的电流，会引起电感器处于磁性饱和状态，而明显地降低工作效率并导致IC的破损。

2. 电容器

输入端电容器可以降低电源阻抗，另外可使输入电流平均化而提高效率。 输出端电容器是为了使输出电压变得平滑而使用的，升压型的产品因为针对负载电流而断续地流入电流，与降压型产品相比需要更大的电容值。在输出电压较高以及负载电流较大的情况下，纹波电压会变大。

3. 外接晶体管

外接晶体管可以使用增强(N沟道)MOS FET 型或者双极(NPN)型产品。 由

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于所外接的功率MOS FET的门极电压以及电流，是由升压后的输出电压(VOUT)来供应，因此可以更有效地驱动MOS FET。因所选用的MOS FET的不同而异，在接通电源时有可能流入较大的电流。

另外，MOS FET 的通态电阻依靠输出电压(VOUT)与 MOS FET 的阈值电压的电压差，因此会对输出电流量以及效率产生影响。 3.5 聚合物电池保护电路设计

评价开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则。在电气技术

指标满足正常使用要求的条件下，为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，必须设计多种保护电路，比如防浪涌的软启动，防过压、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路。进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害，主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏，同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。因此对输入电源的上限和下限要有所限制，为此采用过压、欠压保护以提高电源的可靠性和安全性[12][13][14]。因此保护电路是必须的，本设计电路图如下：

图8 锂电保护电路

该电路主要由锂电池保护专用集成电路S-8261充、放电控制MOSFET1（内

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