移动电源充电的基本知识介绍

移动电源用于智能手机或平板电脑等便携式电子产品的流行个人装置，其时尚而薄的外形意味着有限的电池容量。移动电源是便携式二次电池，用于在无法使用交流电源时存储能量。

图1是有两个USB端口的移动电源操作板。一个端口是迷你USB，将电源线连接到USB充电适配器以在移动电源中存储能量。另一个USB端口是用于在路上为智能手机或平板电脑充电的标准A型USB端口。

根据外形因素和预算，移动电源可以使用不同的电池。图2a为用于智能手机电池容量为几千毫安时（mAh）的移动电源，使用锂聚合物电池来实现薄外形。另一种具有数万mAh电池容量的电池，通常使用18650电池（直径为18mm，高度为65mm的圆柱形电池），以合理的成本实现高充电容量。图2b是在壳体内并联多个18650圆柱形电池组的此类移动电源的示例。

移动电源的外形决定了移动电源的尺寸和容量。在移动电源的开发过程中还需要考虑许多其他技术问题。表1列出了电池充电和放电方面移动电源的基本应用要求和技术挑战。

 

应用要求	技术挑战
移动性和灵活性	与主机控制选项高度集成
USB D+ / D-检测	先进的数字电路设计技术
电池寿命和备用时间长	高电池充电电压精度和高升压功率转换效率
基于电压的电量测量功能	集成ADC，用于基于电压的电池容量测量
低电磁干扰（EMI）	优化的开关周期性能和IC/PCB布局

 

表1：移动电源应用要求和技术挑战

图3是两级电源的方框图；这是最直接的解决方案之一。第一级是单节电池充电器，可以是线性充电器，如bq24090或开关充电器。线性充电器的优点是成本低，EMI低和解决方案尺寸小。对于从几千毫安小时到10,000mAh的大容量移动电源，需要使用开关充电器来减少充电时间，降低温升。第二级是升压转换器，如TPS61088，根据输出电流和电缆电阻将电池电压升高到符合USB的5V。两组开关和电感器分别执行充电（红线）和升压（蓝线）。

两级方法需要两组开关和电感器来执行降压充电和升压on-the-go（OTG），增加了解决方案总成本。单芯片完全集成的移动电源IC，像bq24195和高压快速充电的bq25895，只需要一组开关和电感器来执行充电和升压功能。图4a显示了移动电源充电模式（红色细线）和旁路模式（红色粗线）。

当适配器迷你USB电缆插入移动电源时，充电器启动D + D-检测以确定输入电流大小，将充电器输入电流设置为不超过检测值。如果设备通过电缆连接到A型USB端子，则由于充电器的输入电流动态电源管理功能，适配器电流将保证旁路手机充电（图4a上的粗红线）为高优先级事项——剩余的额外功率对电池充电。

图4b上的蓝线为以OTG升压模式工作的移动电源。适配器已拔下，电池电压升至5V左右为手机充电。用于在降压充电模式中操作的开关和电感器组现在以升压-放电模式操作对手机进行充电；不需要额外的元件，从而降低了成本。

不仅在所有三个充电器的充电模式期间，而且在bq24295和bq25895的放电升压模式期间，为了使电池充电和放电，用负温度系数（NTC）电阻器感测电池温度，以确保期望的电池操作。

如您所见，本博客中提到的单芯片完全集成电源IC产品系列只有一套开关和电感器。bq25895集成ADC可与主机一起使用，用于电池容量测量。该解决方案简化了设计，降低了BOM成本，同时解决了设计移动电源的许多挑战，包括实现移动性的高度集成，输入电流限制的D + D-检测以及为实现所需的工作温度范围在充电和放电模式下的电池温度检测。查看下面的TI Designs，开始您的移动电源设计。

审核编辑：何安淇