一款基于锂离子电池移动电源的设计
【摘要】设计了一种基于锂离子电池给手机充电的电源，主要采用7805稳压管和达林顿管配合限流和lm2596开关稳压管稳压；利用电压比较器检测电池两端电压设计过充过放保护电路和电量
显示电路，当电池电压高于或低于检测点，则启动保护或显示电量。
本移动电源成本低廉，携带方便和转化率高等特点。
【关键词】移动电源；稳压；限流；电子设计
a lithium-ion battery based on the design of mobile power yang rui-xin deng hua-jun deng ji-xuan
（anshun university， anshun guizhou 561000，china）【abstract】the design of a lithium-ion battery-based power supply to charge the phone， mainly 7805 and darlington regulator with current limiting and lm2596 switching regulator regulator； utilization voltage comparator detects the voltage across the battery designed charge and
over-discharge protection circuit and the battery indicator circuit， when the battery voltage is above or below the detection point， then start protection or display power. the mobile power， low cost， easy to carry and high conversion rate and other characteristics.
【key words】mobile power；regulator；limiting；electronic design
智能手机逐渐成为日常生活中的“必要装备”，为解决其电池消耗大、待机时间短的问题，设计出一款便携式充电电源。
1 设计中的技术规范分析
1.1 锂离子电池的技术规范
标准充电电流，400ma～600ma，快速充电电流，小于1a。
标准放电电流，440ma恒流放电，至电池电压为2.75v[1]，充电电压通常不要超过电池额定电压的3/2为佳[2]。
为了防止锂电池过度充电，需要对锂电池接过充保护电路，当电压超过过充电压检测点（4.25v）时，电路自动切断，充电器此时停止对电池充电。
为了防止锂电池过度放电，需要对锂电池接过放保护电路，当电池电压低于过放电压检测点（2.7v）时，电路自动切断，电池不再对外供电。
为了防止短路，锂电池接短路保护电路，即在锂电池被短路时，保护ic检测电池电流，若超过检测点电流，电路自动切断[3]。
1.2 手机充电器相关技术指标
智能机，通常充电电流为700ma左右，并且充电电压必须恒定。
对手机进行充电，电源的电压、电流、及纹波相关的技术指标[4]。
表1 手机充电器技术指标
2 设计方案可行性分析
2.1 系统框架图
图1 系统框架
如图1所示，设计主要由六大块组成，其中过充保护电路、过放
保护电路和电量显示电路模式基本一致，电路设计简单，但对于输入输出电路而言，根据电池组的组合方式不同，就有不同的电路设计方案，其主要分为升压和降压两大类：
本移动电源选择降压设计方案，为了减轻重量，充电流限电路可设在移动电源外部。
2.2 稳压性
采用lm2596-5v稳压，该管具有输出线性好且负载可调节的特点，输出电流可达3a，输入电压可达40v ，还具有过热保护和限流保护功能，其待机能耗低、发热量低且转化率高，外围电路简单，仅需 4个外接元件即可，最重要的是该管具有开关功能，制作开关电源的[5]。
2.3 限流
为了防止输出电流过大而损坏用电器，故输出电流要限制在1a
以内，本设计中采用三端稳压管和三极管配合限流，三极管基极接可调电阻，调节基极电流从而限制发射极电流，三端稳压管出于悬浮状态，仅仅保证三极管集电极与发射极两端电压稳定不变，这样一来，哪怕电池组电压随放电而降低，三极管两端电压始终保持不变[6]，因此，发射极的最大电流就始终保持不变，从而起到限流作用。
3 电路设计
输入电路与过充保护电路，加入输出电路、过放保护电路和电量显示电路整合后得到最终设计电路图如图2所示，其中，将电量显
示电路中的四运算放大器的1脚与3脚间加反馈电阻r17，构成同相输入迟滞比较器，再输出连接到比较器lm311反相输入端进行反相转换，再由lm311，输出连接到稳压芯片5脚，构成过放保护电路。
为不影响电量显示，将led4与输出端相连。
图2 电路设计原理图
3.1 输出、过放保护电路放保护电路主要是将之前的比较器的输出电压通过反馈网络（r4）加到同相输入端，形成正反馈，由于参考电压由稳压二极管获得，所以若将参考电压加到同相输入端，则反馈无效，所以，须将比较电压加到同相输入端，将参考电压加到反相输入端，构成同相输入迟滞比较器。
3.2 输入、过充保护电路
输入电路与过充保护电路是根据输出电路和过放保护电路设计所得，采用lm2596稳压，此时应连接成输出可调电路，在之前的基础上增加一个1k电阻r3在4脚接地，4脚反馈网络中增加一个可调电阻r，同时并联一个电容即可，其输出电压为：
u=（1+r/r3）*5v
将比较器输出端与稳压管5脚连接即可完成过充保护。
3.3 电量显示电路
lm324为带有差动输入的四运算放大器，参考电压为5.1v接在反相输入端，检测电压接到同相输入端，电路分四段显示，小于8.4v 时灯都不亮，表示电池电量为0%；8.4v至9.1v亮一个灯，表示电池电量为0%-25%；9.2v至10.1v亮两个灯，表示电池电量为
25%-50%；10.2v至11v亮三个灯，表示电池电量为50%-75%；11v 以上亮四个灯，表示电池电量为75%以上。
4 结语
设计根据移动电源的要求，通过探究锂电池的使用规范和了解手机充电需求，得出系统框架图，再通过分析充放电需求、过充和过放保护功能，在符合转化率与散热及封装要求的前提下，提出不同的设计方案，经过多次测试后，确定最终方案，从而做出最终产品。
最终产品以三节锂电芯作为储能元件，容量理论值为6000ma，但实际测试只有5000ma，可供容量为1900ma的手机充电两次，转化率达80%，输出电压为5v，输出电流小于1.5a。
其操作简单，只有一个开关按钮，并且在体积和重量方面都符合实际要求。
移动电源设计的降压方面的一次设计尝试，虽然达到了移动电源的各项指标，但还有很多不足之处，主要是容量较小且存在微小的发热问题。
在今后的研究中，解决上述问题并且提高其性能和容量。
解决移动电源容量较小的根本问题。
【参考文献】
[1]郭炳焜.锂离子电池[m].长沙：中南大学出版社，2009.
[2]马玉林，尹鸽平.提高锂电池过充安全性研究进展[j].电源技术，2011，01，20.
[3]王骥，黄慧.手机锂电池充放电过程研究[j].大学物理实验，2009，12.
[4]李旭森.手机电池性能测试及方法探讨[j].科技与企业，2013，02.
[5]胡黄芳.大功能智能充电器与开关稳压电源的研究及设计[d].广东工业大学，2008，05，01.
[6]胡宴如，耿苏燕.模拟电子技术基础[m].2版.北京：高等教育出版社，2010.
[责任编辑：王静]。