【導讀】lixiangqingkuangxia，renhedianyuanshejidouyinggaicongyixiejibendegainianyanzhengceshikaishi，zhetongchangshejiceshixianyouyanshiban。benyanshizhishijiandandizhixinggaiyuxiancunzaidebuzhou（在演示硬件上測試單電源軌），並在此基礎上進行擴展，以利用演示硬件得到一個工作係統。此外
，由於本演示需要在相對較短的時間內完成，采用典型開發流程——設計
、布局
、構建、裝配和測試（加上任何設計迭代）——是不可能的
，因此係統原型完全是利用現成的硬件製作的。

問題:

能否在不構建專用硬件的情況下製作充電寶應用原型？

答案:

對dui於yu這zhe個ge問wen題ti，簡jian短duan回hui答da是shi肯ken定ding的de
，而er且qie由you於yu多duo年nian來lai許xu多duo客ke戶hu問wen過guo這zhe個ge問wen題ti
，所suo以yi本ben文wen旨zhi在zai更geng詳xiang細xi地di探tan討tao此ci話hua題ti。本ben文wen將jiang回hui顧gu使shi用yong現xian有you評ping估gu板ban開kai發fa應ying用yong的de過guo程cheng，討tao論lun所suo遇yu到dao的de挑tiao戰zhan，並bing概gai述shu關guan於yu進jin一yi步bu修xiu改gai和he改gai進jin的de建jian議yi。

簡介

lixiangqingkuangxia


，renhedianyuanshejidouyinggaicongyixiejibendegainianyanzhengceshikaishi
，zhetongchangshejiceshixianyouyanshiban。benyanshizhishijiandandizhixinggaiyuxiancunzaidebuzhou（在演示硬件上測試單電源軌），並在此基礎上進行擴展，以利用演示硬件得到一個工作係統。此外
，由於本演示需要在相對較短的時間內完成，采用典型開發流程——設計、布局、構建、裝配和測試（加上任何設計迭代）——是不可能的，因此係統原型完全是利用現成的硬件製作的。

應用

為wei了le回hui答da本ben文wen開kai頭tou提ti出chu的de問wen題ti，有you必bi要yao選xuan擇ze一yi個ge高gao級ji應ying用yong作zuo為wei起qi點dian，以yi證zheng明ming它ta是shi可ke能neng的de。因yin此ci，充chong電dian寶bao應ying用yong被bei選xuan用yong來lai進jin行xing概gai念nian驗yan證zheng。每mei個ge電dian子zi項xiang目mu都dou離li不bu開kai電dian源yuan管guan理li，因yin此ci可ke以yi選xuan擇ze任ren何he其qi他ta應ying用yong。

充電寶是一種非常常見的應用
，大多數消費者都遇到過並使用過——例如，許多旅行者會攜帶一個充電寶
，以確保其手機在長途旅行中有電可充。充電寶本質上是一個電池包（容量隨價格和所需的範圍而不同），有一個或多個USB-A端口

，與一個USB-C輸shu入ru端duan口kou對dui其qi充chong電dian。當dang然ran，在zai此ci基ji本ben功gong能neng之zhi上shang添tian加jia其qi它ta複fu雜za功gong能neng也ye是shi可ke能neng的de。例li如ru，可ke以yi增zeng加jia一yi個ge無wu線xian充chong電dian板ban或huo一yi個ge輸shu入ru，以yi便bian戶hu外wai愛ai好hao者zhe使shi用yong太tai陽yang能neng對dui充chong電dian寶bao充chong電dian。

此應用包括的選項有通過太陽能給電池充電，或通過標準12 V AC-DC壁式電源適配器的直流輸入進行充電。輸出包括一些基本USB-A充電端口（總共兩個）
，其產生5 V電壓
，用於移動電話和一係列USB供電的電子設備。

硬件選擇

電源選擇——LTC4416

在本示例中，設計將支持兩個輸入電源（一個太陽能電池板和一個AC-DC壁式電源適配器，後者隻是一個簡單的AC-DC電源）。出(chu)於(yu)這(zhe)個(ge)原(yuan)因(yin)，設(she)計(ji)需(xu)要(yao)一(yi)種(zhong)稱(cheng)為(wei)功(gong)率(lv)路(lu)徑(jing)優(you)先(xian)排(pai)序(xu)器(qi)的(de)靈(ling)巧(qiao)器(qi)件(jian)，它(ta)不(bu)僅(jin)要(yao)根(gen)據(ju)哪(na)個(ge)電(dian)源(yuan)可(ke)用(yong)而(er)智(zhi)能(neng)切(qie)換(huan)電(dian)源(yuan)，而(er)且(qie)要(yao)管(guan)理(li)兩(liang)個(ge)電(dian)源(yuan)都(dou)可(ke)用(yong)的(de)情(qing)況(kuang)

，將(jiang)優(you)先(xian)級(ji)賦(fu)予(yu)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan)或(huo)另(ling)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan)。一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)實(shi)現(xian)版(ban)本(ben)是(shi)使(shi)用(yong)一(yi)些(xie)簡(jian)單(dan)的(de)二(er)極(ji)管(guan)——通常連接二極管的兩個陰極，並將陽極連接到相應的電源。遺憾的是
，由於典型二極管固有的壓降（約0.6V），這種特殊配置存在損耗，而且它也不支持實現任何巧妙的選擇標準，例如優先級選擇。它隻允許較高電位的輸入通過。

對於這種情況， LTC4416 可以發揮作用——它不僅用效率更高的PFET取qu代dai了le有you損sun耗hao的de二er極ji管guan，而er且qie允yun許xu指zhi定ding優you先xian級ji。在zai這zhe種zhong特te殊shu應ying用yong中zhong，壁bi式shi電dian源yuan適shi配pei器qi將jiang始shi終zhong擁yong有you較jiao高gao優you先xian級ji。這zhe樣yang，當dang壁bi式shi電dian源yuan可ke用yong時shi

，設she計ji就jiu能neng利li用yong該gai電dian源yuan（並獲得更高的電流）。該器件非常靈活，可根據設計要求支持多種工作模式。表1（來源於LTC4416數據手冊）顯示了工作模式。

表1.LTC4416數據手冊中的工作模式

圖1.LTC4416典型應用電路

開關式降壓電池充電器——LTC4162-L

電池充電器之所以選擇 LTC4162-L

，是因為它具有寬輸入電壓範圍（高達35 V）和3.2 A的充電能力，並且集成了FET設計，使得解決方案尺寸很小。這是一種常用的全功能充電器IC，具有很大的應用靈活性
，支持許多電池化學組成，如LiFePO4、鋰離子、鉛酸等，並且有I2C接jie口kou


，允yun許xu用yong戶hu提ti取qu遙yao測ce信xin息xi。該gai特te定ding應ying用yong選xuan擇ze它ta不bu僅jin是shi因yin為wei上shang述shu輸shu入ru和he電dian池chi電dian壓ya的de靈ling活huo性xing，還hai因yin為wei它ta的de集ji成cheng特te性xing有you助zhu於yu使shi解jie決jue方fang案an尺chi寸cun保bao持chi最zui小xiao。它ta的de另ling一yi個ge實shi用yong特te性xing是shi最zui大da功gong率lv點dian跟gen蹤zong(MPPT)——如果太陽能作為您設計的可能輸入電源之一
，那麼MPPT就是必備功能，用以確保設計盡可能多地獲取可用功率。LTC4162還有內置電源路徑控製
，該功能在此應用中很有用
，當輸入電源被移除時，可以向輸出端子提供電池電壓以供下遊使用。

圖2.LTC4162-L典型應用電路

圖3.CN0509應用電路

USB充電解決方案——CN0509

為連接的設備提供USB充電電壓所選擇的電路板來自我們的 Circuits from the Lab® 參考設計和解決方案集合。通常，評估板上僅顯示單個器件

，以允許對該特定器件進行評估。然而，Circuits from the Lab電路板是一種更注重解決方案的實現，它利用ADI公司不同產品係列中的幾款產品來解決特定係統需求。

CN0509 被設計成一種寬輸入範圍、雙USB電dian源yuan充chong電dian器qi。它ta是shi為wei自zi然ran災zai害hai或huo長chang時shi間jian停ting電dian等deng緊jin急ji情qing況kuang使shi用yong而er開kai發fa的de。例li如ru汽qi車che電dian池chi就jiu可ke以yi作zuo為wei該gai充chong電dian器qi的de電dian源yuan
，大da多duo情qing況kuang下xia這zhe是shi可ke以yi提ti供gong。該gai電dian路lu板ban可ke以yi由you汽qi車che電dian池chi供gong電dian，提ti供gong兩liang個ge5 V端口
；為了安全起見，這兩個端口與初級電壓隔離。您還可以提供其它各種電源，例如散裝電池組，或者將電機用作一個簡單的發電機。CN0509具有寬輸入電壓範圍，能夠在5 V至100 V範圍內的任何電源下運行。鑒於上述所有原因，它成為與現有電路板配合使用的理想選擇
，可提供充電寶所需的USB充電輸出。

它(ta)還(hai)內(nei)置(zhi)極(ji)性(xing)反(fan)接(jie)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)，可(ke)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)免(mian)受(shou)錯(cuo)誤(wu)連(lian)接(jie)電(dian)源(yuan)的(de)影(ying)響(xiang)。此(ci)外(wai)，它(ta)利(li)用(yong)隔(ge)離(li)式(shi)反(fan)激(ji)轉(zhuan)換(huan)器(qi)將(jiang)充(chong)電(dian)器(qi)輸(shu)出(chu)與(yu)輸(shu)入(ru)電(dian)源(yuan)隔(ge)離(li)，這(zhe)在(zai)使(shi)用(yong)-48 V通信備用電源作為電源時特別有用。使用這種電源可能會導致手機被充電到-48 V
，並造成危險的情況。隔離式轉換可防止這種情況發生。還有一點需要注意的是，CN0509板相當小，這在很大程度上要歸功於所選的高效IC和非光學反激式LT8302。一個關鍵的差異化因素是反激轉換器LT8302不需要隔離光反饋路徑。

該板上有兩個USB端口：一個是標準USB端口（不連接D+/D-），另一個端口有一個DCP控製器來監視USB數據線電壓

，以便支持快速充電

，在5 V時提供最大2 A充電電流。能否實現這種較高水平的充電電流，取決於所采用的輸入電壓。根據圖4所示的性能曲線
，12 V為最佳電壓。

圖4.CN0509最大充電電流與VIN的關係

電源

選擇的主電源是60 W AC-DC 12 V適配器，這是LTC4416演yan示shi板ban的de一yi個ge輸shu入ru。我wo們men還hai購gou買mai了le一yi個ge相xiang對dui較jiao小xiao的de太tai陽yang能neng電dian池chi板ban來lai提ti供gong一yi個ge替ti代dai輸shu入ru電dian源yuan，不bu過guo該gai項xiang目mu是shi為wei室shi內nei活huo動dong而er開kai發fa，永yong遠yuan不bu會hui有you足zu夠gou的de照zhao明ming可ke用yong來lai為wei太tai陽yang能neng電dian池chi充chong電dian以yi提ti供gong合he理li水shui平ping的de電dian源yuan，因yin此ci包bao含han該gai功gong能neng隻zhi是shi為wei了le演yan示shi電dian源yuan路lu徑jing優you先xian排pai序xu器qi的de能neng力li和he功gong能neng。

gaishejibeikaifachengyigechongdianbao，yincitaxuyaoyigedianchizulaichongdangchunengyuanjian。yudianchixiangguandeyunshuxianzhishifeichangyangede。ciyanshishizhuanmenkaifade
，keyigoumaiyibandianchizu，shoudaohoucharuqizhongjiunengyunxingyanshi。jiyuzheyixianzhi
，womenxuanzelekechongdiande2節串聯鋰離子電池組來運行演示，該電池組產生的標稱電壓為7.4V，容量為2600 mAh。值得注意的是
，如果需要，可以很容易地安裝更大容量的電池。

圖5.充電寶應用樹

圖6.原型的係統圖

演示構建

從構建的角度來看
，硬件是標準件
，因此除了對LTC4416yuzhijinxingyixietiaozhengyiquebaoshurudianyuanjuyouzhengqueyouxianjizhiwai

，buxuyaojinxingrenhedianqixiugai。weishiyanshizaishijiaoshanggengjuxiyinli，dianlubanshiyongyixiebiaozhunjinshuzhijiaanzhuangzaijiandandeheiseyoujibolibanshang。

為手機提供的充電電流由一個簡易USB電表監視。此設備直觀地顯示有多少電流可以給出席者的手機充電。

圖7.一個功能演示係統

工作性能

演示係統有效執行了其核心功能。它從兩個備選電源輕鬆地為電池組充電，電源之間的切換由電源路徑優先排序器很好地控製，CN0509令人滿意地為連接的USB設備充電。該充電寶還有一個許多充電寶不具備的有用功能，即它能夠同時為電池組和連接的USB設備充電。例如
，我自己的充電寶（許多人會認為它相當高端）就不能同時為手機和充電寶本身充電，這個限製令人沮喪。

USB端口的充電電流受LTC4162能力的限製，其內部FET設計提供最大3.2 A的電流，大部分電流在充電過程中被送至電池。剩餘電流可以通過USB充電器端口使用。

隻要移除輸入電源，LTC4162演示板上的電源路徑FET就會確保電池電源重定向到輸出端口
，因此CN0509和USB端口總是有電源。此模式下可用充電電流會下降
，其曲線如圖4所示，原因是CN0509的輸入源現在是電池電壓，其標稱值為7.4 V。

後續步驟

一(yi)旦(dan)已(yi)使(shi)用(yong)一(yi)些(xie)簡(jian)單(dan)現(xian)成(cheng)的(de)演(yan)示(shi)板(ban)證(zheng)明(ming)應(ying)用(yong)能(neng)有(you)效(xiao)工(gong)作(zuo)，下(xia)一(yi)個(ge)合(he)理(li)的(de)步(bu)驟(zhou)便(bian)是(shi)開(kai)發(fa)產(chan)品(pin)原(yuan)型(xing)
，從(cong)最(zui)初(chu)的(de)原(yuan)型(xing)工(gong)作(zuo)中(zhong)吸(xi)取(qu)經(jing)驗(yan)
，並(bing)將(jiang)其(qi)集(ji)成(cheng)到(dao)最(zui)終(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)中(zhong)。其(qi)中(zhong)一(yi)部(bu)分(fen)是(shi)修(xiu)改(gai)所(suo)用(yong)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)現(xian)有(you)原(yuan)理(li)圖(tu)，移(yi)除(chu)多(duo)餘(yu)的(de)東(dong)西(xi)（測試點、連接器等）。然後，用戶可以開始PCB開(kai)發(fa)，此(ci)時(shi)我(wo)們(men)為(wei)每(mei)個(ge)器(qi)件(jian)提(ti)供(gong)的(de)資(zi)源(yuan)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)和(he)有(you)用(yong)性(xing)將(jiang)會(hui)展(zhan)現(xian)。例(li)如(ru)

，優(you)化(hua)的(de)演(yan)示(shi)板(ban)布(bu)局(ju)是(shi)我(wo)們(men)為(wei)每(mei)個(ge)器(qi)件(jian)提(ti)供(gong)的(de)免(mian)費(fei)資(zi)源(yuan)。雖(sui)然(ran)演(yan)示(shi)板(ban)看(kan)起(qi)來(lai)通(tong)常(chang)相(xiang)當(dang)大(da)，但(dan)這(zhe)隻(zhi)是(shi)為(wei)了(le)方(fang)便(bian)測(ce)試(shi)和(he)使(shi)用(yong)器(qi)件(jian)。仔(zai)細(xi)觀(guan)察(cha)電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)，為(wei)之(zhi)開(kai)發(fa)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)IC和支持電路（電阻、電容、電感等）全(quan)都(dou)被(bei)設(she)計(ji)在(zai)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)的(de)空(kong)間(jian)中(zhong)，以(yi)允(yun)許(xu)客(ke)戶(hu)將(jiang)其(qi)納(na)入(ru)自(zi)己(ji)的(de)布(bu)局(ju)。這(zhe)將(jiang)為(wei)客(ke)戶(hu)提(ti)供(gong)信(xin)心(xin)，因(yin)為(wei)他(ta)們(men)知(zhi)道(dao)這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)經(jing)過(guo)測(ce)試(shi)的(de)設(she)計(ji)，他(ta)們(men)可(ke)以(yi)在(zai)試(shi)驗(yan)台(tai)上(shang)進(jin)行(xing)驗(yan)證(zheng)，然(ran)後(hou)構(gou)建(jian)自(zi)己(ji)的(de)版(ban)本(ben)。

對於最終應用，具有更高電壓的更大容量電池將有助於優化提供給USB端口的充電電流量。

CN0509是一個很棒的設計，理想地滿足了需求，但對於該特定應用，可以利用更纖薄的設計來降低充電寶的整體成本。例如， LTC7103 和輸入極性保護電路對於這種設計是不必要的，隔離反激式電源可以直接從LTC4162的輸出供電（AC-DC壁式電源適配器的12 V電壓或市電電源斷開後的電池電壓）。

結論

shiyongyixiexianchengdeyingjianhejiandandedianyuanzhizuoyigechongdianbaohuorenheqitadianyuanshejideyuanxing，dangranshikexingde。benwenqingchudibiaoming，shiyongxianyouyanshibanyingjiankeyikuaisudiweiqianzaixiangmutigonggainianyanzheng，erwuxuzaikaifashangtourutaiduo。ciwai
，zaiyonghujuexinkaizhangengjichengdeshejizhiqian，zheyixiangduijiaoxiaodanyoujiazhidebuzhoujianggeiyonghudailaixinxin。haiyouyidianzhidezhongshen，dianyuansheji（更具體而言是電源設計的布局）可能很有挑戰性

，因此利用可用資源來縮短整體開發時間是值得的。

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