1.导言
跟着iphone、ipad带动的全球智能手机、平板的风行一时，人手一部智能手机现已不再是悠远的愿望，手机与平板是人们外出的必备物品，除了兼具通讯、摄影、电脑功用之外，这些数码设备同是也是一种时髦表现，对轻盈纤薄的完美外形之极致寻求与电池的续航才能成为一对对立。为了寻求完美，iphone、ipad更是规划出一体化用户不行拆开机身，电池无法拆开，所以移动电源成为了数码后备电源的必须品，其商场需求跟着智能设备的发展迅速扩展。
2.计划剖析
2.1 技能标准与计划比较
当时适用于手机平板的干流移动电源的标准为：
（1）具有锂电池充放电办理功用；
（2）5V/500mA/1A/2A输出。
其间，锂电池充放电办理由“维护IC＋ASIC或MCU” 完成，5V/500mA/1A/2A输出由锂电池Boost升压加反应操控完成。在移动电压的计划中，最要害的目标和技能难点是Boost升压输出的功率，因为锂电池充电电源一般来自220V市电充电器，不需求特别强调功率，而Boost升压是将电池的电能输出给手机、平板，充电功率特别重要。以 10000mA时的移动电源为例，90%的功率与70%功率的Boost充电电路，输出电能相差2000mAh，从用户体会来看，功率低的移动电源发热严峻，安全隐患也较大。Boost电路首要有两种，一种为二极管续流Boost，电路相对简略，一种为同步Boost，电路相对杂乱，对操控时序的精度要求高，曩昔几年因为需求旺盛，为了快速出货，很多计划均选用二极管续流的Boost计划，价格战十分剧烈，因而，高端厂家开端转移到同步Boost计划。
2.2 专用MCU的同步Boost计划
移动电源专用MCU HT45F4M的计划是当时商场广泛选用的同步Boost计划，具有电路简练，功率高的特色，原厂供给的技能目标为：静态耗电小于10uA，实测放电转化功率最高超越91%（5V/700mA输出时）。锂电池维护机制：过流过压过温维护。其同步Boost的原理图与二极管续流Boost比照如图1所示。
图1 HT45F4M同步Boost与通用MCU二极管续流Boost比照
由图1所造成的可见，HT45F4M与通用MCU比较，首要特色是内置互补式的PWM输出功用，经过OUTL、OUTH的PWM互补时序，别离操控NMOS、 PMOS的通断，然后完成同步Boost。咱们实测过该计划的制品，功率与厂家供给的目标根本共同，与二极管Boost计划比较，1A以上大电流作业时，其功率器材发热量低，作用不同显着，功用杰出。
3.互补式PWM的IC规划实例
现因为HT45F4M与通用MCU的首要差异是互补式的PWM输出，假如规划一颗完成互补式PWM输出的ASIC，恰当挑选具有PWM输出功用的通用MCU调配，也能够完成相似HT45F4M的功用。这种IC规划+通用MCU的计划能够广泛运用现有的很多MCU资源，更具灵敏性，本钱也有竞争力。
3.1 结构框图与时序图
互补式的PWM的结构框图与时序图如图2所示，由通用MCU发生PWM输出，输入ASIC，经延时时刻刺进电路，发生互补式的PWM输出，此PWM输出为 PWMp，PWMn两路，PWMp操控P-MOS，PWMn操控N-MOS。这两个MOS管在充电时，用于操控充电电流；在放电时可用于操控放电电压。充电时，PMOS导通的时刻越长，充电功率越大。放电时，NMOS导通的时刻越长，放电功率越大。
图2 互补式的PWM的结构框图与时序图
3.2 ASIC的规划与仿真剖析
咱们运用Candence IDE规划仿真了一颗ASIC，完成图2所示的互补输出，由MCU供给PWM信号，经过延时和组合逻辑完成图2所示的PWM互补输出时序。图3所示为 PWM与PWMn时序的仿真成果，图中电压峰值低者为来自MCU的PWM信号，电压峰值高者为PWMn信号，PWMn下降沿与PWM的上升沿简直堆叠，PWMn上升沿滞后于PWM的下升沿。时序上与图2所示共同。
图3 PWM与PWMn信号的仿真时序
图4所示为PWMn与PWMp时序的仿真成果，也是规划互补PWM输出终究需求的成果。PWMp的低电平信号被“包围在”PWMn的低电平信号中，也完成了图2所示的时序联系。这意味着“PMOS仅在NMOS关断期间注册”，因为在同步Boost的电路结构中，PMOS是低电平注册，NMOS是低电平关断。
图4 PWMn与PWMp的仿真时序
图 4所示的波形一起标明，ASIC的规划完成了当NMOS关断的时分，PMOS滞后DT1时刻注册，当PMOS关断DT2时刻后，NMOS注册，这意味着 “NMOS仅在PMOS关断期间注册”。可见，PMOS与NMOS都在对方关断后导通，两个管不会一起导通。当NMOS导通时，电能转化为电感线圈的磁场能，当NMOS关断后，磁场能转化为电能，与电池电压叠加，经过PMOS管输出，所以，电路完成了同步Boost升压功用。
3.3 开关损耗
当 NMOS关断后，在PMOS管还未导通的DT1时刻内，Boost电压经过其PMOS管的体二极管输出，因体二极管的压降较大，这会带来功率损耗，但因为 MOS管开关时刻在几十纳秒以内，因而在整个导通周期内损耗不大。恰当规划ASIC的延时时刻，经过ASIC的Option Pin脚使延时时刻长度可变，并挑选适宜的MOS管，即可使DT时刻略大于PMOS管的开关时刻，确保两个MOS管不会一起导通，并削减开关损耗。
与肖特基二极管比较，因为PMOS的导通电阻低，管压降小，然后进步了功率，理论上肖特基的压降约为0.3V，在5V/1A输出时，肖特基上糟蹋的功率约为 0.3V*1A=0.3w，约为输出功率的6%，这样，若不计MOS管的导通电阻与开关损耗，理论上同步Boost功率比二极管续流高约6%，常用的低压功率NOS管如8205A或P2804NVG在1A电流时导通电阻只要几十毫欧，开关时刻只要几十纳秒，所以实测成果显现同步Boost计划的功率进步显着，功率器材发热较低，与理论剖析相符。
3.4 竞争力与本钱
除了肖特基外，电感，导线，电路板走线都会发热，因而输出电流500mA以上时，二极管Boost的移动电源很难做到90%以上的功率，而同步Boost较简单到达，关于大容量移动电源而言，两种计划因功率发生的电池本钱不同十分大，而且同步Boost移动电源自身因发热而发生的温度上升起伏很小，因而，容量越高、电流越大的移动电源，在技能目标、本钱和用户体会三个方面，非同步Boost计划越缺少竞争力。因为不同MOS管的开关导通时刻不同，ASIC的延时时刻能够经过添加或削减延时门的数量来调理。经测算，在0.5um工艺下，不计Pad时，Layout的面积小于0.4mm^2，本钱很低。
4. MCU选型及软件流程阐明
运用通用MCU的PWM驱动Boost升压，完成移动电源计划，在MCU选型时，其PWM的输出频率最好在100KHz以上，不然需求很大的电感和滤波%&&&&&%，MCU应当有8bit以上的AD才能。咱们剖析过HOLTEK、海尔、义隆、Sonix、芯睿等消费电子常用的MCU材料，均有能够到达这一要求的通用MCU类型。
移动电源软件流程首要包括三部分：主循环，充电办理，放电办理等。咱们别离运用过台湾Holtek的HT46R066、海尔的HR6P71、芯睿的MK7A22P三种MCU，完成了由MCU的PWM驱动的移动电源计划，以下流程经实践验证是可行的。
4.1 主循环
外部电源接入时，进行充电办理；外部负载接入时，进行放电办理。按键按下时进行LED电量显现，按键长准时翻开手电筒功用。在整个充放电过程中进行温度检测维护，在整个充电过程中坚持LED输出。放电时若超越10秒无按键，则进入到低功耗方式，封闭LED。
4.2 充电办理
充电办理首要功用为：当电池电压小于3V时，进行涓流（1/10C）充电；当电池电压在3V-4.2V时进行恒流充电。当电池电压大于4.2V时，进行恒压充电直至充电电流小于1/10C，此时以为电池充溢，用于电量显现的LED全亮。
4.3 放电办理
放电办理首要流程为，发生PWM信号驱动Boost升压，由MCU的AD Pin检测输出电压，当输出电压低于5V或高于时，改动PWM的占空比，操控Boost升压的起伏，完成恒压。经过串联在输出电路上的电阻，检测电阻压降的AD值，改动PWM占空比，完成恒流输出和限流维护。假如MCU的AD位数小于10位，也可选用软件算法限流，实践测试可用，但操控电流的精度较低。
5.结语
相对二极管续流的非同步Boost计划，同步Boost的移动电源具有功率高的杰出长处，理论及实测都充分证明这一长处，因而它将会成为消费电子商场中移动电源的干流计划。本文提出了一种IC规划结合通用MCU完成的同步Boost计划，并进行IC规划仿真，到达预期成果。与专用%&&&&&%比较，可充分利有现有 MCU资源，计划挑选灵敏、本钱也具有竞争力，信任这种方式的计划将在商场占有其一席之地。
