一、設(shè)計思路
本文介紹一種通用性較強、成本低廉的便攜式電源系統(tǒng)設(shè)計與制作，系統(tǒng)具有兩種供電模式，可采用外接電源供電，也可由內(nèi)置鋰電池供電，系統(tǒng)最終輸出電壓均為3V，兩者同時存在時，優(yōu)先選擇外接電源供電。具有兩種外接電源接口，電源適配器和USB 接口，兩者同時使用時，電源適配器具有優(yōu)先權(quán)。本系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于各種便攜式設(shè)備，有較強的實用性和較好的市場前景。
電源模塊外形封裝如圖1。
圖1 電源模塊
電源系統(tǒng)原理框圖如圖2，由輸入選擇電路選擇外接電源的供電方式，電源輸入的電壓值為4.5~6 伏，有外接電源時，直接經(jīng)3.3V 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后輸出，如果電池電量不足時，同時通過鋰電池充電電路對鋰電池進(jìn)行充電；沒有外接電源時，由鋰電池供電，經(jīng)3.3V低壓差線性穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后輸出，供電選擇電路根據(jù)是否有外接電源，選擇由外接電源供電或者鋰電池供電。
圖2 原理框圖
二、電路設(shè)計
1. 輸入選擇電路
輸入選擇電路用以實現(xiàn)對外接供電電源的選擇，本設(shè)計中采用目前主流的USB 供電以及電源適配器供電兩種方式，以適應(yīng)不同的供電環(huán)境，外接電源的供電電壓需在4.5V~6V 之間，當(dāng)兩者共同存在時，適配器具有優(yōu)先權(quán)，具體實現(xiàn)方法如圖3，分以下三種情況：
圖3 輸入選擇電路
●只有電源適配器供電，PMOS 管截止，輸入電壓經(jīng)D1 降壓后，給后級電路供電，D1 采用肖特基二極管，導(dǎo)通壓降約為0.3V ；
●只有USB 供電，PMOS 管導(dǎo)通，D1 用于防止USB 接口通過電阻R2 消耗電能；
●兩者同時存在，PMOS 管截止，電源適配器輸入電壓經(jīng)D1 降壓后，給后級電路供電。
2. 鋰電池充電管理電路
鋰電池充電電路采用CN3052 鋰電池充電芯片，CN3052 可以對單節(jié)鋰電池進(jìn)行恒流或恒壓充電，只需要極少的外圍元器件，可編程設(shè)定充電電流，恒壓充電電壓為4.2V。并且符合USB 總線技術(shù)規(guī)范，非常適合于便攜式應(yīng)用的領(lǐng)域。
應(yīng)用電路如圖4，只需要很少的外部元件，輸出電壓4.2V，精度可達(dá)1% ，CE 為芯片使能端，高電平有效。
綠色LED 用于指示電池是否處于故障狀態(tài)，紅色LED用于指示是否處于充電狀態(tài)。本設(shè)計中TEMP 管腳接到地，未使用溫度檢測功能。R4 用于設(shè)定恒流充電電流，計算公式為：
I =1800V/ R4 ；
本設(shè)計中R4 為10KΩ，充電電流為180mA。
圖4 鋰電池充電管理電路
一、設(shè)計思路
本文介紹一種通用性較強、成本低廉的便攜式電源系統(tǒng)設(shè)計與制作，系統(tǒng)具有兩種供電模式，可采用外接電源供電，也可由內(nèi)置鋰電池供電，系統(tǒng)最終輸出電壓均為3V，兩者同時存在時，優(yōu)先選擇外接電源供電。具有兩種外接電源接口，電源適配器和USB 接口，兩者同時使用時，電源適配器具有優(yōu)先權(quán)。本系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于各種便攜式設(shè)備，有較強的實用性和較好的市場前景。
電源模塊外形封裝如圖1。
圖1 電源模塊
電源系統(tǒng)原理框圖如圖2，由輸入選擇電路選擇外接電源的供電方式，電源輸入的電壓值為4.5~6 伏，有外接電源時，直接經(jīng)3.3V 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后輸出，如果電池電量不足時，同時通過鋰電池充電電路對鋰電池進(jìn)行充電；沒有外接電源時，由鋰電池供電，經(jīng)3.3V低壓差線性穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后輸出，供電選擇電路根據(jù)是否有外接電源，選擇由外接電源供電或者鋰電池供電。
圖2 原理框圖
二、電路設(shè)計
1. 輸入選擇電路
輸入選擇電路用以實現(xiàn)對外接供電電源的選擇，本設(shè)計中采用目前主流的USB 供電以及電源適配器供電兩種方式，以適應(yīng)不同的供電環(huán)境，外接電源的供電電壓需在4.5V~6V 之間，當(dāng)兩者共同存在時，適配器具有優(yōu)先權(quán)，具體實現(xiàn)方法如圖3，分以下三種情況：
圖3 輸入選擇電路
●只有電源適配器供電，PMOS 管截止，輸入電壓經(jīng)D1 降壓后，給后級電路供電，D1 采用肖特基二極管，導(dǎo)通壓降約為0.3V ；
●只有USB 供電，PMOS 管導(dǎo)通，D1 用于防止USB 接口通過電阻R2 消耗電能；
●兩者同時存在，PMOS 管截止，電源適配器輸入電壓經(jīng)D1 降壓后，給后級電路供電。
2. 鋰電池充電管理電路
鋰電池充電電路采用CN3052 鋰電池充電芯片，CN3052 可以對單節(jié)鋰電池進(jìn)行恒流或恒壓充電，只需要極少的外圍元器件，可編程設(shè)定充電電流，恒壓充電電壓為4.2V。并且符合USB 總線技術(shù)規(guī)范，非常適合于便攜式應(yīng)用的領(lǐng)域。
應(yīng)用電路如圖4，只需要很少的外部元件，輸出電壓4.2V，精度可達(dá)1% ，CE 為芯片使能端，高電平有效。
綠色LED 用于指示電池是否處于故障狀態(tài)，紅色LED用于指示是否處于充電狀態(tài)。本設(shè)計中TEMP 管腳接到地，未使用溫度檢測功能。R4 用于設(shè)定恒流充電電流，計算公式為：
I =1800V/ R4 ；
本設(shè)計中R4 為10KΩ，充電電流為180mA。
圖4 鋰電池充電管理電路
3. 電池輸出穩(wěn)壓電路
因鋰電池電量不同時，輸出電壓可在大約3.5~4.3V之間變動，采用低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）對電池輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，經(jīng)穩(wěn)壓后輸出恒定的3.3V 電壓，本設(shè)計采用TPS76333 穩(wěn)壓芯片，只需極少的外圍元件，使用方便，此穩(wěn)壓芯片最大可輸出150mA 電流。電路圖如圖5 所示。
圖5 電池穩(wěn)壓電路
4. 外接電源穩(wěn)壓電路
因電池供電時，經(jīng)LDO 電路穩(wěn)壓后，輸出電流有限，當(dāng)有外接電源時，穩(wěn)壓方式采用SPX1117-3.3V 穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓，輸出電流可達(dá)800mA。電路圖如圖6 所示。
圖6 外接電源穩(wěn)壓電路
5. 供電選擇及輸出電路
如圖7 所示，分以下三種情況：
只有外接電源，未接鋰電池時，電源輸入電壓經(jīng)SPX1117-3.3V 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，輸出3.3V 電壓。
只有鋰電池，無外接電源時，電池輸出電壓經(jīng)TPS76333 穩(wěn)壓， 輸出3.3V 電壓經(jīng)D2 降壓后輸出，D2 為肖特基二極管，最終輸出電壓為3V 左右。
兩者同時存在時，D2 截止，由外部電源供電，輸出3.3V 電壓。
圖7 供電選擇電路圖
6. 系統(tǒng)整體電路
系統(tǒng)整體電路如圖8 所示。
圖8 整體電路
三、實物制作
采用單面布線，設(shè)計完成的PCB 布線圖，如圖9。
單面板制板完成效果圖，如圖10。
焊接完成的電路板如圖11 所示。
圖9 PCB布線圖
圖10 制板效果圖
圖11 實物圖
四、元件及其參數(shù)
