探究復合充電式90W移動電源設(shè)計

廣東省電子信息高級技工學校 黃利榮

探究復合充電式90W移動電源設(shè)計

廣東省電子信息高級技工學校 黃利榮

移動電源是現(xiàn)代人類生活的重要部分，借助移動電源可完成對移動電子產(chǎn)品充電。同時，受移動電源安全問題的影響，人們對移動電源的安全性、穩(wěn)定性和輸出功率需求不斷變化，且日漸關(guān)注。本文詳細的展開移動電源的分析，完成對復合充電式90W移動電源的設(shè)計，對其具體的電路、高頻電感等的設(shè)計進行分析，使得移動電源能夠具備太陽能充電的能力，還可以具備車載似移動電源的充電方式，達到復合充電式目的，且最高輸出可以達到90W，滿足諸多電子產(chǎn)品的需求，提升人們生活品質(zhì)。

復合充電式；90W；移動電源；設(shè)計

移動電源是完成對移動終端設(shè)備電池充電的裝備，滿足人們戶外需求電源的需求，進而提升電子產(chǎn)品的續(xù)航能力?，F(xiàn)階段，移動電源主要選擇傳統(tǒng)電源充電的方式，輸出功率較低，一般在10W-20W左右，不能完成對諸多電子設(shè)備的滿足，且續(xù)航時間較低?；诖耍疚姆治鰪秃铣潆娛?0W移動電源，完成對具體的太陽能充電模塊、高頻的電感等的設(shè)計，具體內(nèi)容如下。

1 復合充電式90W移動電源分析

1.1 復合充電式90W移動電源設(shè)計意義

信息技術(shù)的進步，各類電子設(shè)備發(fā)展和完善，移動終端成為人們生活中的基礎(chǔ)設(shè)備。而這些移動終端在實際的應(yīng)用中，會受到電池尺寸和容量的限制，在有效的電量支持下，移動終端的續(xù)航能力受到影響，為了迎合移動終端的基本需求，移動電源的作用就顯得十分明顯，可以有效的完成對移動終端的充電，尤其是一些戶外環(huán)境，移動終端設(shè)備不能借助市電展開充電。受到人們需求的影響，移動電源的相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展，移動電源的容量和續(xù)航時間均得到了改善。

智能手機具備上網(wǎng)、語音、視頻等功能，無疑加大了對智能手機電池電源的消耗能力。但是，受到智能手機電池容量的限制，智能手機對移動電源的需求較大，這也推動了移動電源市場的發(fā)展。

傳統(tǒng)的移動電源不足之處，具有充電方式單一、輸出功率較低的情況，一般在10W-20W左右，需要頻繁的充電，才能滿足使用者的需求。但是，受到一些特殊情況的影響，使用者不能及時與市電連接完成對移動電源的充電，這也就影響了移動電源使用者的需求。故此，需要對復合充電式90W移動電源的研究和設(shè)計，達到增加移動電源輸出功率和充電方式的目的。

1.2 復合充電式移動電源的充電方式

所謂復合充電式移動電源，是具備多種充電方式的移動電源，可以選擇市電充電和太陽能充電。其中太陽能充電，是在移動電源不能得到市電補充的情況下選擇的充電方式。將太陽能充電與移動電源相結(jié)合，能夠改變移動電源發(fā)展方向，便利人們生活。太陽能是清潔、可再生的能源類型，隨著太陽電池的相關(guān)技術(shù)完善，將太陽能與移動電源的相結(jié)合，達到復合充電式移動電源的目的。

隨著人們精神追求和生活品質(zhì)的提升，戶外出行的頻率增加，尤其是長時間的戶外活動，移動電源成為人們的首選裝備。為了保障較長時間的續(xù)航能力，可以選擇構(gòu)建復合充電式移動電源，滿足人們的需求。

2 復合充電式90W移動電源設(shè)計

復合充電式90W移動電源是借助太陽能充電和市電充電方式，并保障移動電源具有較高的效果，滿足各類電子產(chǎn)品的基本需求。

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)分析

復合充電式90W移動電源的設(shè)計中，主要是由充電模塊、電池模塊、輸出模塊構(gòu)成，其中電池模塊主要完成對電能存儲，且電池的電芯選擇聚合物鋰電池。輸出模塊，完成電源的輸出，實現(xiàn)電子設(shè)備的充電，并主要是由輸升壓模塊、降壓模塊構(gòu)成。充電模塊，是完成對電能輸入，達到充電的目的，主要是由十太陽能電池板和充電電路構(gòu)成。具體的復合充電式90W移動電源的整個系統(tǒng)如下圖1所示。

圖1 復合充電式90W移動電源的整個系統(tǒng)

按照如上設(shè)計的方式，可以完成對移動電源的設(shè)計，且移動電源具有較好的保護性能，能夠完成對短路的保護。還具備過壓保護和欠壓保護，從而有效的完成移動電源的保護，進而規(guī)避電源安全隱患的發(fā)生。

2.2 太陽能充電模塊設(shè)計

為了完成移動電源的復合充電，具體的設(shè)計中添加太陽能充電的方式，完成對太陽能充電模塊的構(gòu)建。

1)太陽能電池板。主要借助太陽能電池板完成對太陽能的采集，并將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，存儲到電池中。為了滿足復合充電式移動電源，需要保障太陽能電池板的功率為30W，工作電壓為18V，且工作溫度為20～80℃。

2)芯片的選型。選擇CN3705電池充電管理芯片作為核心芯片，從而完成對輸入電壓和充電電流的控制。其中，CN3705電池充電管理芯片的輸入電壓范圍7.5～28V，充電電流最高5A，具有外圍元件少，應(yīng)用簡單直接的特點，可以有效的應(yīng)用到太陽能鋰電池的管理中，達到提升太能充電的效果。

3)基于太陽能的充電模塊設(shè)計。具體的充電模塊電路圖如下圖2所示。

圖2 充電電路的原理設(shè)計圖

通過對原理圖的分析，可以明確各個元件功能和作用，并綜合控制，完成對電路設(shè)計。

①恒壓充電。由圖中R5、R6和電池構(gòu)成一個回路，且回路中會產(chǎn)生一個分壓的現(xiàn)象。電阻R5的兩端電壓會反饋到的CN3705電池充電管理芯片的10腳電壓反饋端，并根據(jù)這一反饋情況完成對太陽能電池充電模塊的工作模式的選擇。假設(shè)內(nèi)部電壓為的2.416V，這一狀態(tài)下為恒壓充電模式，且得到充電電壓的為如下公式：

根據(jù)上述公式（1），可以對恒壓充電模式下的充電電壓的計算。但是，鋰電池的恒壓充電電壓為12.6V，將上述公式進行逆推，進而完成對電阻R5和R6 的計算，從而完成對充電電路中電阻的取值。

②涓流充電。這類狀態(tài)下與恒定電流充電，這類充電中，回路反饋電壓要明顯低于的恒壓充電，且反饋電壓為恒壓充電的2/3。這也就說明移動電源處于放電的情況。這一狀態(tài)下需要對電池進行保護，從而由CN3705電池充電管理芯片對電池的工作模式進行切換，切換為涓流充電模式。這時，電池會以很小的電流展開充電，可以得到具體的充電電流為恒壓充電時電流的15%。但是，由于電路中設(shè)置欠壓保護，也就使得涓流充電模式不適應(yīng)復合充電式90W移動電源。

③恒流充電。與恒壓充電的電阻設(shè)定方式存在差異，整個充電模塊中，對其具有明確展示，主要是借助電阻R1，其中R1的電阻設(shè)定公式情況如下公式（2）所示：

其中Ich為表示恒流充電時的電流，R1表示采樣電阻，且能夠得到鋰電池的恒流充電時，電流為1A，故此展開計算，可以獲得采樣電阻具體的電阻值，經(jīng)計算為0.2Ω。

④自動再充功能。符合充電式90W移動電源在充電完成后，內(nèi)部電阻會出現(xiàn)持續(xù)放電的現(xiàn)象，這類現(xiàn)象就會引起電池電量損耗的情況，影響電池的應(yīng)用質(zhì)量。故此，通過對電池自動再充功能進行設(shè)計。

⑤電感選擇。通常情況下，電路如果沒出現(xiàn)異常，電感上的電流數(shù)值會呈現(xiàn)周期性變化。在接通電源后，電感上的電流會上升，而關(guān)閉電源后，電感電流下降。曲且電感的波紋電流和電感值、輸入電壓之間具有一定的聯(lián)系，如果電電感取值小時，則得到的波紋電會增加。具體的計算公式如下（3）所示：

上述公式中，IL用來描述波紋電流，VBAT描述電池兩端的電壓情況，VCC表示輸入電壓，f為開關(guān)頻率，L電感值。綜合供述，可以完成對符合充電式90W移動電源的電感值選取。

2.3 升壓模塊設(shè)計

升壓模塊是復合充電式90W移動電源的基礎(chǔ)，具體的升壓模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 升壓模塊結(jié)構(gòu)圖

圖4 降壓模塊結(jié)構(gòu)框圖

輸入直流電壓后，會經(jīng)過電容濾波，借由變換器和輸入端的整流濾波后，得到直流電壓。當輸入直流電壓變化時，需保障電壓的穩(wěn)定性，需輸出電壓進行采樣，且將反饋信號輸入到控制芯片中，再完成對的輸出寬度的控制，達到提升電壓穩(wěn)定性的目的。對于芯片的選擇的，可以選擇LM256T-5.0，滿足降壓模塊的基本需求，并具備限流保護、熱股關(guān)斷保護，從而形成一個穩(wěn)定的電路。對于外圍電路，主要由濾波電容、儲能電感、二極管等構(gòu)成，從而使得降壓模塊能夠在的通電的情況下，電感充電，存儲能量，且電流按照線性的方式上升。斷開后，電感會形成一個反向的感應(yīng)電壓。這時，二極管作用，完成正向?qū)В姼嗅尫拍芰客瓿晒╇?。借助降壓模塊可以成為一個具有持續(xù)輸出穩(wěn)定電壓移動電源。具體的設(shè)計需要對電感、二極管和輸出電容等展開綜合選擇。

2.5 保護與顯示電路設(shè)計

為了保障移動電源的安全性和服務(wù)性，需要合理的展開對充放電過程的控制。其中，主要選擇單片機完成對這一過程的控制，完成對電路的保護和監(jiān)測。其中的控制芯片的選擇的PLC，其中PLC的功能具有存儲、I/O端口、ADC模塊，從而有效的提升移動電源的保護和監(jiān)測水平。

1)過溫保護。為了完成對移動電源的保護，需要合理的展開的過溫保護的設(shè)計。具體的移動電源應(yīng)用中，功率元件可能會產(chǎn)生大量熱量，如果功率元件的溫度超出標準，就可能會對移動電源內(nèi)部的元件造成損傷，進而導致移動電源損壞，嚴重時，還可能會導致移動電源爆炸的現(xiàn)象的產(chǎn)生，不利于移動電源的功能發(fā)揮。故此，借助負熱敏電阻NTC，完成對功率器件的溫度采樣，當溫度超出標準70℃，再借助繼電器，完成對電源回路的控制，從而達到過溫情況的控制，規(guī)避安全隱患。

2)過壓保護。移動電源工作時，如果放完存儲電量后，可能會導致引起過放電的情況發(fā)生。從而會引起電池的容量永久性降低。對于過壓保護可以選擇CN3705芯片完成控制，從而有效保障電路的安全。

3)顯示電路。為了便利用戶的使用，可以對移動電源的剩余電量進行顯示，故此，需展開顯示電路的設(shè)計。具體的顯示電路設(shè)計，可以按照如下圖5展開設(shè)計。

圖5 顯示電路設(shè)計圖

3 測試分析

按照上述設(shè)計展開對復合充電式90W移動電源的城市工作，且得到在正午太陽直射條件下，空載電壓為20.9V，空載電流為1.57A。再綜合對復合充電的情況進行分析，在多云和陰雨天氣，充電效果不夠理想，需要不斷改進。但，在光照條件較好的情況下，實際的測量值和設(shè)定值基本吻合，滿足使用標準。

綜合的分析，可以得到復合充電式90W移動電源的功率大、功能全，可以實現(xiàn)多情況下的充電，滿足戶外活動的基本需求，在滿足太陽能充電的基礎(chǔ)上，還可以用于市電、20V車載的電池充電，滿足復合充電式的基本需求。

4 結(jié)束語

復合充電式90W移動電源是應(yīng)對移動電源功率不足和充電方式單一的情況。故此，詳細的對復合充電式90W移動電源的設(shè)計展開分析，具體的設(shè)計主要展開充電模塊、升壓模塊、降壓模塊、顯示與保護等展開設(shè)計，保障移動電源功能性。通過復合充電式90W移動電源的設(shè)計，可以滿足多功能和復合充電式的基本需求。

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