3-INPUT便携式设备电源的设计与制作

 一、设计思路

　　本文介绍一种通用性较强、成本低廉的便携式电源系统设计与制作，系统具有两种供电模式，可采用外接电源供电，也可由内置锂电池供电，系统最终输出电压均为3V，两者同时存在时，优先选择外接电源供电。具有两种外接电源接口，电源适配器和USB 接口，两者同时使用时，电源适配器具有优先权。本系统可广泛应用于各种便携式设备，有较强的实用性和较好的市场前景。

　　电源模块外形封装如图1。

图1 电源模块

　电源系统原理框图如图2，由输入选择电路选择外接电源的供电方式，电源输入的电压值为4.5~6 伏，有外接电源时，直接经3.3V 稳压器稳压后输出，如果电池电量不足时，同时通过锂电池充电电路对锂电池进行充电；没有外接电源时，由锂电池供电，经3.3V低压差线性稳压器稳压后输出，供电选择电路根据是否有外接电源，选择由外接电源供电或者锂电池供电。
　
图2 原理框图

　　二、电路设计

　　1. 输入选择电路

　　输入选择电路用以实现对外接供电电源的选择，本设计中采用目前主流的USB 供电以及电源适配器供电两种方式，以适应不同的供电环境，外接电源的供电电压需在4.5V~6V 之间，当两者共同存在时，适配器具有优先权，具体实现方法如图3，分以下三种情况：

图3 输入选择电路

　　●只有电源适配器供电，PMOS 管截止，输入电压经D1 降压后，给后级电路供电，D1 采用肖特基二极管，导通压降约为0.3V ；

　　●只有USB 供电，PMOS 管导通，D1 用于防止USB 接口通过电阻R2 消耗电能；

　　●两者同时存在，PMOS 管截止，电源适配器输入电压经D1 降压后，给后级电路供电。

[p]

　　2. 锂电池充电管理电路

　　锂电池充电电路采用CN3052 锂电池充电芯片，CN3052 可以对单节锂电池进行恒流或恒压充电，只需要极少的外围元器件，可编程设定充电电流，恒压充电电压为4.2V。并且符合USB 总线技术规范，非常适合于便携式应用的领域。

图4 锂电池充电管理电路

　　应用电路如图4，只需要很少的外部元件，输出电压4.2V，精度可达1% ，CE 为芯片使能端，高电平有效。

　　绿色LED 用于指示电池是否处于故障状态，红色LED用于指示是否处于充电状态。本设计中TEMP 管脚接到地，未使用温度检测功能。R4 用于设定恒流充电电流，计算公式为：

　　I =1800V/ R4 ；

　　本设计中R4 为10KΩ，充电电流为180mA。

　　3. 电池输出稳压电路

　　因锂电池电量不同时，输出电压可在大约3.5~4.3V之间变动，采用低压差线性稳压器（LDO）对电池输出电压进行稳压，经稳压后输出恒定的3.3V 电压，本设计采用TPS76333 稳压芯片，只需极少的外围元件，使用方便，此稳压芯片最大可输出150mA 电流。电路图如图5 所示。

图5 电池稳压电路 [p]

　　4. 外接电源稳压电路

　　因电池供电时，经LDO 电路稳压后，输出电流有限，当有外接电源时，稳压方式采用SPX1117-3.3V 稳压器进行稳压，输出电流可达800mA。电路图如图6 所示。

图6 外接电源稳压电路

　　5. 供电选择及输出电路

　　如图7 所示，分以下三种情况：

　　只有外接电源，未接锂电池时，电源输入电压经SPX1117-3.3V 稳压器稳压，输出3.3V 电压。

　　只有锂电池，无外接电源时，电池输出电压经TPS76333 稳压， 输出3.3V 电压经D2 降压后输出，D2 为肖特基二极管，最终输出电压为3V 左右。

　　两者同时存在时，D2 截止，由外部电源供电，输出3.3V 电压。

图7 供电选择电路图

　　6. 系统整体电路

　　系统整体电路如图8 所示。

图8 整体电路 [p]

　　三、实物制作

　　采用单面布线，设计完成的PCB 布线图，如图9。

　　单面板制板完成效果图，如图10。

　　焊接完成的电路板如图11 所示。

图9 PCB布线图

图10 制板效果图

图11 实物图

　　四、元件及其参数