轻松解决充电宝因过载使用而导致的过热问题

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轻松解决充电宝因过载使用而导致的过热问题

充电宝 在给移动设备充电的过程中如果发生过热的问题，很容易导致起火爆炸等安全问题。我们经常能从媒体上看到此类事故的发生。因此充电宝的设计者们通常会加入过流保护电路，过热保护电路来增加产品的可靠性。充电宝行业竞争激烈，成本压力很大，因此这些额外增加的线路越简单可靠， 产品越有竞争力。
  u& f6 V' B' Y( v; i3 ETI的参考设计就是针对这一客户需求而设计的。这个参考设计的输入电压为2.7-4.4V, 输出能力为18W （5V/3A, 9V/2A 及12V/1.5A）。当升压变换器 的输出电流大于设定值，输出电压就会下降， 有效地限制了输出功率和输出电流， 从而避免了充电宝 因过载使用而导致的过热问题。下面我们来看一下具体的电路设计。
TI参考设计的系统框图
图1是TI参考设计的系统框图。采样 电阻RS将输出电流转化为一个电压信号VSENSE。运算放大器A1将VSENSE放大成VAMP1接到运算放大器A2的输入端。VFB是 FB 脚的参考电压，VFB为1.204V。当输出电流小于限流点时，当VAMP1低于1.204V，二极管D不导通，电阻RADJ悬空， FB脚的电压仅由输出电压决定。当输出电流高于限流点时，当VAMP1高于1.204V，二极管D导通，VAMP2直接跟随VAMP1的电压， FB 脚的电压上升，输出电压下降。如果输出电流进一步上升， 输出电压将进一步下降。输出电压的下降幅度由RADJ的阻值决定。RADJ的阻值越小，输出电压的下降幅度就越大。

图1. 的结构框图

TI参考设计的设计指标
表1给出了的设计指标，限流点的值设置在比正常输出高5%。 一旦输出电流高于限流点，输出电压马上下降，从而限制了最大输出功率，有效防止了充电宝因过载使用而导致的过热问题。
6 S& F/ u" b  `8 Q: v* q

表 1.  设计指标

. [0 t+ G; T. w

Input Voltage : o" m  v" a0 ~/ A	Output Voltage/Output Current	Output Current Limit Point
3V- 4.2V / E. {1 @$ B4 [1 ^& q	9V/2A	Io ≥ 2.1A & A7 I/ T6 _. C# p
	5V/3A	Io ≥ 3.15A
	12V/1.5A " i6 z$ x$ l7 r! R, ?. V	Io ≥ 1.575A . k' }; y3 A# C3 @1 S

4 |3 A9 O% R- m- z% W* k4 f
: `2 l" U$ M/ G+ O+ L- G0 `% FTI参考设计的参数计算
图2 给出了限流电路的示意图。该限流电路里面两个最关键的参数是运算放大器A1放大倍数的选择和调节电阻RADJ参数的选择。
7 q. Y( i1 ~  q8 P以输出Vo=9V，Io=2A为例，限流点设置在2.1A。采样电阻为25m ohm，因此当输出电流达到限流点时，采样电阻两端的电压VSENSE为：

                                       （1）

此时要使得限流电路起作用，运算放大器A1的输出必须达到 FB 脚的参考电压值1.204V。因此我们可以得到下面的等式：
) W; m$ v8 s) B

                                                  （2）

由此我们可以得到A1的放大倍数为：
3 t/ b8 t# x: R" N5 T9 n

                 （3）

因此可以将R17设为232k ohm，将R16设为10.5k ohm。

图2. 限流电路

当VAMP1高于1.204V时，二极管D导通，VAMP2直接跟随VAMP1的电压。因此可以推出如下的关系式：

                                                                      （4）

                          （5）

/ S* U! w; Q$ N, q4 O; c由上述公式（5）可以推出RADJ的表达式为：
# a+ m: t. b* y5 i# L

                      （6）

( m8 z' K- i  V, r! q' W1 A其中：
5 T: ]+ m+ A/ L0 U' Z8 z

如果希望将输出功率限制在一个更小的值，比如说当输出电流达到3A时，输出电压为5.5V，则可以取RADJ=121K。
TI参考设计的测试结果
8 [% \9 L& e! C$ E图3给出了输出电流分别是2A和3A时 的启动波形。当输出电流为2A时，升压变换器的输出电压在启动完毕后为正常输出9V。当输出电流为3A时， 由于该负载电流超过了2.1A限流点，因此升压变换器在启动完毕后直接进入限流状态，输出电压只有6.2V。
图4给出了输出电流由2A突然增加到3A时 的动态波形。我们可以看到输出电压在50us之内从9V下降到了6.2V，迅速将最大输出功率限制在一个范围内，从而有效地防止了充电宝在使用过程中由于过载而导致的过热问题。

* m+ p9 a! {4 T) ]5 X+ C

图 3. 输出电流为2A和3A时的启动波形（VO=9V）

             图 4. 输出电流从2A突然上升到3A时 的动态限流波形

% L3 v- v; j, E& i: E

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学到老活到老