【正文】 設(shè)計(jì)思路（1）主要任務(wù)：查閱相關(guān)資料，完成系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)，并完成軟件調(diào)試。 (3)論文的結(jié)構(gòu)安排如下：第一部分，介紹本設(shè)計(jì)的背景，分析移動(dòng)電源系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀以及實(shí)用意義，同時(shí)闡明本文的機(jī)構(gòu)安排。第三部分，完成整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，并對(duì)所用控制器芯片進(jìn)行介紹。最后，對(duì)文章進(jìn)行了總結(jié)與展望。先將所有元器件插在印刷版對(duì)應(yīng)的位置上，然后進(jìn)行焊接，焊接前應(yīng)熟悉各芯片的引腳，焊接時(shí)參照電路圖，仔細(xì)地連接引腳。這樣便可大大節(jié)省時(shí)間，也可降低出錯(cuò)率。第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)需求分析本設(shè)計(jì)是基于控制器的移動(dòng)電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在熟練掌握控制器的基礎(chǔ)知識(shí)之外，要求完成以下任務(wù)：。 原理分析 圖１移動(dòng)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 如圖1所示為移動(dòng)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。其中，市電到5V輸出降壓電路中，輸入為220V交流市電，經(jīng)過(guò)此電路，轉(zhuǎn)化為5V直流電輸出。系統(tǒng)供電管理電路，是對(duì)移動(dòng)電源電池電壓進(jìn)行管理，然后，給控制器供電。當(dāng)控制器通過(guò)輸出電壓檢測(cè)電路，檢測(cè)到5Ｖ輸出口的電壓為0時(shí)，控制器給輸出斷路保護(hù)電路保持關(guān)閉，移動(dòng)電源沒(méi)有電壓輸出；當(dāng)控制器通過(guò)輸出電壓檢測(cè)電路，檢測(cè)到5V輸出口接有需要充電的手機(jī)等便攜設(shè)備時(shí)，控制器給輸出斷路保護(hù)電路一個(gè)開(kāi)啟信號(hào)，這樣，移動(dòng)電源就可以完成對(duì)便攜設(shè)備進(jìn)行充電的目的。在這里選用意法半導(dǎo)體的ARM內(nèi)核的STM32F103，此款A(yù)RM價(jià)格低廉，資源非常豐富，且功耗低，易于功能擴(kuò)展。所以，采用先用工頻變壓器將市電進(jìn)行降壓，整流后，變壓到12V直流電，然后，經(jīng)過(guò)buck降壓電路，變?yōu)?V直流電。如用脈寬控制芯片TL49功率管IRF540等及一些外圍器件，組成buck降壓電路，此方案結(jié)構(gòu)技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，功率可以達(dá)到幾瓦到上百瓦，但調(diào)試有些繁瑣。如LM2596，其內(nèi)部集成有脈寬控制電路和MOSFET，此方案，輸出功率不能太大，只有幾瓦到十幾瓦，但是其應(yīng)用簡(jiǎn)單，外圍只需要加幾個(gè)元器件，就可以達(dá)到要求，且輸出效果很好，價(jià)格低廉，體積小，適用于手持便攜設(shè)備。 移動(dòng)電源充電及過(guò)充、過(guò)放保護(hù)電路方案選擇移動(dòng)電源充電及過(guò)充、過(guò)放保護(hù)電路的方案有如下兩種：方案一：使用分立元件方案。方案二：使用集成芯片方案。且此方案，外圍元件少，電路簡(jiǎn)單，易于硬件制作，體積小。　因?yàn)镾TM32F103的Ａ/，～，所以，不能用Ａ/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)電池電壓直接進(jìn)行采樣。此方案原理簡(jiǎn)單，易于達(dá)到測(cè)量電池電壓?jiǎn)栴}，但當(dāng)控制器不需要測(cè)電池電壓時(shí)，電阻也有電流通過(guò)，這樣浪費(fèi)了電池的能量。此方案中，在需要測(cè)量電源電池電壓時(shí)，控制器使MOSFET導(dǎo)通，因?yàn)镸OSFET的導(dǎo)通電阻很小，基本不影響電阻分壓的結(jié)果，當(dāng)控制器不需要測(cè)量電源電池電壓時(shí)，控制器使MOSFET關(guān)閉，電阻上沒(méi)有電流通過(guò)，這樣，就可以有效地避免電池能量的浪費(fèi)。方案一：用液晶LCD1602作顯示。方案二：用五個(gè)發(fā)光LED二極管顯示。此方案簡(jiǎn)單，價(jià)廉，且體積小，可視性好。 系統(tǒng)供電管理電路選擇系統(tǒng)供電管理電路，只需要一個(gè)低壓差的電源管理芯片LDO即可，如TI公司的TPS79633，體積小，紋波小，完全能滿足要求。此方案使用分立元件，電路很復(fù)雜，實(shí)際制作時(shí)，需要花大量時(shí)間進(jìn)行調(diào)試，且體積大、成本高。如用TI公司的脈寬控制器LM3478，只需要外加一個(gè)MOSFET、一個(gè)電感和一個(gè)二極管，就可以構(gòu)成一個(gè)從電池電壓到5Ｖ輸出的boost電路，此方案外圍元件少，電路簡(jiǎn)單，易于硬件制作，體積小。 輸出電壓檢測(cè)電路和輸出斷路保護(hù)電路方案選擇　輸出電壓檢測(cè)電路方法同電源電池電壓檢測(cè)方案原理一樣。圖2　系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示為STM32F103控制器電路，按鍵K1為復(fù)位按鍵，為系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘等提供脈沖，XT2為8M晶振，為系統(tǒng)主時(shí)鐘。電路中為了計(jì)時(shí)方便計(jì)算。為了方便起振，起振電容選用22pF。然后采用DCDC電路，將12V直流電變?yōu)?V，此處使用buck降壓電路。開(kāi)關(guān)S2開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，開(kāi)始充電，斷開(kāi)時(shí)，停止充電。圖4　市電220V到5V降壓電路　 移動(dòng)電源充電及過(guò)充、過(guò)放保護(hù)電路 　如圖5所示為移動(dòng)電源充電及過(guò)充、過(guò)放保護(hù)電路。當(dāng)系統(tǒng)接入市電時(shí)，BQ24010有5V直流電輸入時(shí)，發(fā)光二極管D10發(fā)出紅光；當(dāng)BQ24010檢測(cè)到有電池，且在對(duì)電池進(jìn)行充電，發(fā)光二極管D8發(fā)出紅光，表明正在充電中；，發(fā)光二極管D8熄滅，發(fā)光二極管D9發(fā)出綠光，表明充電完成。其中，MOSFET采用SPP2341，且導(dǎo)通電阻僅為65mΩ，封裝為SOT23，適用于低電壓手持設(shè)備中。圖6 電池電量檢測(cè)電路　電源電量顯示電路 如圖7為電源電量LED顯示電路。當(dāng)控制器端口為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，二極管發(fā)光，當(dāng)控制器端口為低電平時(shí)，三極管截止，二極管熄滅。其使用了TI公司的高性能系統(tǒng)電源管理芯片TPS79633。 圖8　系統(tǒng)供電管理電路 移動(dòng)電源電池電壓到5V輸出升壓電路如圖9為移動(dòng)電源電池電壓到5V輸出升壓電路。其中電阻R20和電容C7決定電路的開(kāi)關(guān)頻率為100KHz；電阻R14和電阻R21構(gòu)成分壓電路，把輸出5Ｖ反饋給脈寬控制器，從而使在負(fù)載變化時(shí)，輸出保持不變；電阻R22用于限制電流為2A，若負(fù)載電流大于2A，則LM3478輸出關(guān)閉，MOSFET不導(dǎo)通，輸出5V變?yōu)?，這樣，就可以保護(hù)電源電池和電路，避免輸出電流過(guò)大帶來(lái)的損傷。其中，當(dāng)控制器端口VOUT_CON端輸出為低電平時(shí)，三極管J2截止，電阻R3兩端電壓為0，即P溝通MOSFET的VGS約為0，MOSFET不導(dǎo)通，控制器A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換端口VOUT_DET電壓幾乎為0；當(dāng)控制器端口VOUT_VCON端輸出為高電平時(shí)，三極管J2導(dǎo)通，電阻R3兩端電壓為2V左右，MOSFET開(kāi)啟，控制器A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換端口VOUT_DET電壓為輸出電壓一半。圖10　輸出電壓檢測(cè)和輸出斷路保護(hù)電路 硬件電路元件清單本章已完成系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。表1 硬件電路元件清單器件值元件名標(biāo)號(hào)封裝屬性數(shù)量CapacitorC1, C5, C6, C15, C21CAP_1608[0603]CAP_SOP5104CapacitorC2, C19CAP_1608[0603]CAP_SOP210uFCapacitorC3, C4, C14, C20CAP_A_TANCAP_A_TAN422nF陶瓷電容C7CAP_1608[0603]CAP_SOP1100uF陶瓷電容C8CAP_1608[0603]CAP_SOP122pF陶瓷電容C9, C11, C12, C13CAP_1608[0603]CAP_SOP4陶瓷電容C10, C18CAP_1608[0603]CAP_SOP2陶瓷電容C16CAP_1608[0603]CAP_SOP11uF陶瓷電容C17CAP_1608[0603]CAP_SOP1470uF電解電容C22Cap Pol11陶瓷電容C23Cap1220uF電解電容C24Cap Pol111N4007二極管D1, D3, D4, D5, D7, D8, D10DIODE_0603_REDDIODE71N4148快恢復(fù)二極管D2, D6DIODE duplicateDIODE21N4007二極管D9DIODE_0603_GREEDIODE1Bridge2整流橋D11EBIPP4/Bridge211N5824肖特基二極管D12SMBD Schottky11A熔斷器F1, F2RES_3216[1206]Res228050NPN三極管J1, J2, J3, J4, J5, J6, J9SOT23NPN_SOT237USBUSB端口J7miniUSBUSB1miniUSBUSB端口J8miniUSBminiUSB1STM32_JTAG10針端口J10JTAG_H20PINSTM32_JTAG1KEY按鍵K1button_2PINKEY110uH電感L1, L20402AInductor2Header, 2Pin電源端口