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移动电源系统好坏关键看MOS管和肖特基二极管如何选

HOTKING2019-10-25 12:00:00.0MOS管二极管

移动电源设计并不复杂,大部分工作在于根据主控芯片选择充放电回路中的MOS管、肖特基二极管、电阻器、电容器和电感器及其相关参数。本文介绍典型移动电源类感性负载电源系统原理及PCB布线。

移动电源设计并不复杂,大部分工作在于根据主控芯片选择充放电回路中的MOS管、肖特基二极管、电阻器、电容器和电感器及其相关参数。下图以CSU8RP3119B芯片为例,介绍典型移动电源类感性负载电源系统原理及PCB布线。

电路原理

充电回路中,充电器从J1接入,充电电压经过二极管D7后施加到由PMOS管Q12、NMOS管Q3和电感器L1组成的同步降压电路,主控芯片CSU8RP3119B通过输出互补PWM控制PMOS管Q12、NMOS管Q3实现对电池线性充电。


移动电源类感性负载电源系统原理

放电回路中,电池电压经过由电感L1、PMOS管Q12、NMOS管Q3和输出电容组成的同步升压电路,主控芯片CSU8RP3119B通过输出互补PWM控制PMOS管Q12、NMOS管Q3实现5V恒压输出。

电感器参数选择

电感参数主要与主控芯片的PWM输出频率相关,建议300KHZ的PWM频率采用2.2uH电感器,250KHZ的PWM频率采用3.3uH电感器,200KHZ的PWM频率采用4.7uH电感器。

输出电容参数

对于三合一移动电源,输出电容至少需要2个22uF+1个0.1uF的陶瓷电容,否则会造成系统输出电压不稳定。如果需要实现更小的纹波(<100mV)要求,可根据实际情况增加1-2个22uF电容器,注意耐压要保证在10V以上。

芯片VDD设计

当移动电源带重载拔出,或者输出端短路时,由于软件动态响应速度问题,主控芯片瞬间有可能输出占空比较大的PWM,导致Vout端出现高压。由于主控芯片VDD是由Vout电压供电,为防止芯片被瞬间产生的高压打坏,在VDD端必须串联一个肖特基二极管和一个10欧姆电阻器,保证芯片VDD端的电压低于极限电压6.0V。

另外,中控芯片VDD建议采用电池电压和Vout电压双电压供电。当系统睡眠时通过电池电压供电,保证芯片正常工作。当系统升压施,采用Vout电压供电,保证系统转化效率。

芯片IO接口电路

芯片IO接口可靠性设计基本原则是“三个保证”,即保证芯片IO电压不大于VDD+0.3V,保证芯片所有IO注入电流不大于150mA,保证芯片所有IO输出总电流不大于150mA。

PCB布局要求

移动电源类感性负载电源系统对PCB布线要求比较高,布局不合理会造成主控芯片被高压损坏。


移动电源类感性负载电源系统对PCB布线

MicroB接口进来的电压经过D7后直接灌到主控芯片U4的VDD,当接入比较差的适配器时,有可能会产生高压并损坏中控芯片。这种情况下,NC的C10电容器必须焊接22uF以上的电容MicroB接口进来的电压经过二极管D7和电容C15、C16、C17输出电容后才到主控芯片U4的VDD。

另外,升压电路出来的电压同样经过电容C15、C16、C17才到主控芯片U4的VDD,这样的布局对于主控芯片的高压保护起到很好保护作用,并且MicroB接口端的大电容C10可以省掉,以节省成本。