? 寫這篇文章的目的主要是個人經(jīng)驗的總結(jié)，希望能給開發(fā)者們提供一種鋰電池充電電路以及電源顯示的電路思路。接下來從以下幾個方面講述電路。
設(shè)計這款電路的初衷是想用一塊硬幣大小的鋰電池作為供電電源（3.5V-4.2V），降壓供給3.3V電源；升壓供給5V電源；擁有鋰電池充電電路可以通過TypeC接口充電并且可以顯示電量以及電池是否充滿。為此而設(shè)計此電路，為大家提供一種新思路。

1.boost_5V電路

為了將3.7V-4.2V升壓并穩(wěn)定在5V，這部分電路電源芯片選擇的是德州儀器TLV61048。

首先電源芯片選型完成后就要開始學(xué)習(xí)它的電路設(shè)計以及理論公式。我之所以選擇德州儀器的芯片主要是本人也是小白，它的芯片手冊很詳細(xì)非常適合新手入門學(xué)習(xí)。

電源設(shè)計除了紋波是關(guān)于PCB布局，其他的一些特性從圖中可以看出（截圖于數(shù)據(jù)手冊） 電壓輸入：2.65-5.5V；輸出電壓最高14V；轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90%；600KHZ,1MHZ兩種工作模式。


電路原理圖如圖所示，有了大致了解之后了解每個引腳特性。

SW：開關(guān)引腳內(nèi)置MOS管。
FB：反饋引腳，通過電阻反饋輸出電壓，閉環(huán)實時調(diào)節(jié)輸出。
EN：開關(guān)引腳，邏輯高電平開啟工作，邏輯低電平關(guān)閉模式（此引腳控制芯片的工作）。
FREQ：頻率設(shè)置引腳，當(dāng)引腳為高電平時600KHZ模式，當(dāng)引腳為低電平時1MHZ模式。

幾個比較重要的參數(shù)，VREF=0.8V，ILIM_SW=3.7A左右最優(yōu)。
理論部分

1.輸出電壓設(shè)置公式一

公式1：

VOUT是所需的輸出電壓
VREF是FB引腳上的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓
輸出電壓通過外部電阻分配器進(jìn)行編程。如公式1所示，通過選擇外部電阻分頻器R1和R2，可將輸出電壓編程為所需的值。當(dāng)調(diào)整輸出電壓時，FB引腳上的典型電壓為VREF為800 mV。
為獲得最佳精度，R2應(yīng)保持小于150 kΩ，以確保流經(jīng)R2的電流至少是FB引腳漏電流的100倍。將R2向較低的值改變增加了對噪聲注入的抗擾度。將R2向更高的值改變可以降低靜態(tài)電流，從而在低負(fù)載電流下實現(xiàn)更高的效率。
Example:將FB=0.8V，VOUT=5V代入可得R1=5.25*R2，當(dāng)R1=590K,R2=113K時帶入公式可得輸出電壓約為5V。

2.電感選擇公式二——四

由于電感的選擇影響到穩(wěn)態(tài)運行、暫態(tài)行為和回路穩(wěn)定性，因此電感是功率調(diào)節(jié)器設(shè)計中最重要的部件。有三個重要的電感規(guī)格：電感值、飽和電流和直流電阻(DCR)。TLV61048TLV61048的設(shè)計電感值在2.2uH到10uH之間。使用公式2到公式4計算應(yīng)用電感的峰值電流。要計算最壞情況下的電流，請使用應(yīng)用程序的最小輸入電壓、最大輸出電壓和最大負(fù)載電流。為了有足夠的設(shè)計余量，請選擇公差為-30%且功率轉(zhuǎn)換效率較低的電感值進(jìn)行計算。在升壓穩(wěn)壓器中，電感直流電流可以用公式2來計算。
公式2：

VOUT	output voltage	5V
IOUT	output current	2A
VIN	input voltage	4.1V
η	power conversion efficiency, use 80% for most applications	0.8

example:5V設(shè)計帶入，因為是小功率所以我選擇的電流是2A，使用鋰電池輸入電壓就是4.1V。

用公式3計算了連續(xù)導(dǎo)通模式下異步Boost變流器的電感紋波電流。
公式3:

ΔIL(P-P)	inductor ripple current	/
L	inductor value	2.2uh
fSW	switching frequency	1MHZ
VOUT	output voltage	5V
VIN	input voltage	4.1V

example:5V設(shè)計帶入，1MHZ模式，電感2.2uh（符合設(shè)計要求即可）…

因此，使用公式4計算電感峰值電流。
公式4:
正常情況下，建議使用小于平均電感電流40%的電感峰峰值電流來實現(xiàn)最大輸出電流。較大值電感產(chǎn)生的較小紋波可降低電感和EMI中的磁滯損耗。然而，以同樣的方式，負(fù)載的瞬時響應(yīng)時間被增加。

負(fù)載暫態(tài)和環(huán)路響應(yīng)性能在1-MHz配置下得到優(yōu)化，選擇較小的電感將右半平面零點推高至超出控制環(huán)路交叉頻率的較高頻率。表中列出了1-MHZ操作的推薦電感。

綜上本人設(shè)計的電感器峰值電流只要大于3.6A即可。根據(jù)自己的設(shè)計需求選擇，根據(jù)公式求取。

3.輸入輸出電容選擇公式五

輸出電容的選擇主要是為了滿足輸出漣漪和環(huán)路穩(wěn)定性的要求。該漣漪電壓與電容器的電容及其等效串聯(lián)電阻（ESR）有關(guān)。假設(shè)陶瓷電容器的ESR為零，則給定漣漪所需的最小電容可通過公式五計算：
公式5：

DMAX	最大開關(guān)占空比
VRIPPLE	峰峰值輸出電壓漣漪

如果使用鉭或鋁電解電容器，則必須考慮ESR對輸出紋波的影響。在評估陶瓷電容器在直流偏置、老化和交流信號下的降額時要小心。例如，直流偏置可以顯著降低電容。陶瓷電容器在其額定電壓下可能會損失超過50%的電容。因此，請始終在額定電壓上留有余量，以確保在所需的輸出電壓下有足夠的電容。對于600 kHz配置，TI建議使用有效電容范圍為4.7至10μF的輸出電容器。TI還建議在TLV61048的GND引腳的整流二極管陰極兩端放置一個小的1μF電容器，以降低高有效值電流回路的電感。輸出電容影響升壓調(diào)節(jié)器的小信號控制回路穩(wěn)定性。如果輸出電容低于該范圍，升壓調(diào)節(jié)器可能會變得不穩(wěn)定。在脈寬調(diào)制模式下，增大輸出電容使輸出電壓紋波變小。

原理圖

TI很貼心的給出了PCB設(shè)計布局圖，本人是業(yè)余的照著畫的。

2. 3V3電路

3.3V電路選擇的是線性穩(wěn)壓器。

最終電源電路如圖。注意你的TVS（TVS管作為浪涌靜電），焊接時注意正負(fù)，這個家伙標(biāo)志很小！！！

參考這位大佬的文章你就會明白TVS了，不用謝我只是大佬的搬運工
鏈接: https://blog.csdn.net/u010614434/article/details/105338417

3.鋰電池充電電路

充電芯片選擇的是 LGS4084H，其支持4.2V/4.25V/4.3V/4.35V 鋰電池類型，不帶后綴版本為4.2V，LGS4084H 是一款集成鋰電池充電管理、電池充電狀態(tài)指示的線性鋰電池充電管理芯片，為單節(jié)鋰電池提供完整的電源解決方案。LGS4084H具有短路（SC）、涓流（TC）、恒流（CC）和恒壓（CV）四種充電過程：短路充電（SC）可對 0V的電池充電；涓流充電(TC)可預(yù)充電恢復(fù)完全放電的電池；恒流充電（CC）可快速的對電池充滿；恒壓充電（CV）可確保安全的充滿電池。 LGS4084H 充電電流可通過外部電阻進(jìn)行設(shè)置，最 大 充電電流 500mA。當(dāng)充電電流降至設(shè)定值的 1/10 時，LGS4084H 將自動結(jié)束充電過程，并持續(xù)檢測電池電壓，下降到一定閾值時自動再充電。當(dāng)輸入電壓（USB源或AC 適配器）拿掉后，自動進(jìn)入低功耗模式，電池端漏電在1uA以下。 LGS4084H 集成充電和充滿提示，以及電池未連接指示。ESD(靜電放電）敏感器件。 帶電器件和電路板可能會在沒有察覺的情況下放電。盡管本產(chǎn)品具有專利或?qū)Ｓ斜Ｗo(hù)電路，但在遇到高能量 ESD時，器件可能會損壞。因此，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)?shù)腅SD防范措施，以避免器件性能下降或功能喪失。也就是說要防靜電。

符號	含義	推薦值	備注
CVCC	充電輸入穩(wěn)壓電容	10μF，16V，0603	陶瓷電容，耐壓值大于 16V
CBAT	電池充電輸出穩(wěn)壓電容	10μF，16V，0603	陶瓷電容，耐壓值大于 16V
RLED	LED限流電阻	1K	根據(jù)燈的亮度需求選擇，1K以上
RPROG	恒流充電電流設(shè)置電阻	2K（500mA恒流設(shè)置）	由公式IBAT=(VPROG/RPROG)*1000設(shè)定，VPROG=1V,精度1%電阻

充電狀態(tài)指示燈
LGS4084H 集成充電和充滿提示，以及電池未連接三種充電狀態(tài)指示。電池未連接時，LED 燈會進(jìn)入閃爍報警
狀態(tài)。LGS4084H有兩個漏極開路狀態(tài)輸出端：CHRG和FULL，當(dāng)充電進(jìn)行時，CHRG被拉到低電平，FULL 為高阻態(tài)；充電結(jié)束后，CHRG為高阻態(tài)，FULL被拉到低電平。 如果不使用狀態(tài)指示功能時，將不用的狀態(tài)指示
輸出端接地。下圖表示狀態(tài)指示功能總結(jié)：

充電狀態(tài)	CHRG	DONE
正在充電	亮	滅
充電完成	滅	亮
電池未接	閃爍	亮
欠壓、溫度過高或者過低	滅	滅

推薦PCB布局舉例

4.電量顯示電路

電量顯示選擇的是華之美的HM1160，+1160是一款單節(jié)鋰電池電量指示芯片，該芯片采用CMOS工藝實現(xiàn)，體積小，便于便攜式產(chǎn)品安裝。 +1160內(nèi)置比較器和反饋回路，實現(xiàn)4個電壓點的檢測。

VDD（引腳1）	電源
GND（引腳2）	接地端
D1-D4（引腳3-6）	LED1-LED4輸出指示，D1為低壓端指示，D4為高壓端指示

功能框圖

很多芯片的內(nèi)部原理圖本人水平有限是看不懂的，水平還停留在應(yīng)用階段。但是它的工作原理很簡單，四個比較器后各自連接一個雙極型晶體管，負(fù)端的參考電壓都為1.2V，通過檢測VDD上的電阻分壓從而判斷電量的大小。
VDD串聯(lián)四個電阻可以看出越是上面的，電阻分壓越高。當(dāng)比較器正端電壓大于1.2V時，比較器正向驅(qū)動三極管導(dǎo)通從而控制D1-D4。

本人水平有限有一塊不明白望大佬幫忙，比較器工作時NPN三極管導(dǎo)通D4電壓應(yīng)該為GND，D1肯定第一個滅，D4肯定最后一個滅。官方提供的這張電量示意表這就肯定和原理圖相悖了。不然就是PNP三極管類型，但是這類三極管我沒見過這種接法。

PCB原理圖設(shè)計

本人設(shè)計的這塊板子有兩個模式，充電模式、放電模式，充電時撥碼開關(guān)要打到充電處（有字標(biāo)號），同理放電也是。

實驗結(jié)果

給鋰電池充電

充電中紅燈亮。

充滿后可以看到綠燈亮。

鋰電池放電

開始放電時電量4.06V，負(fù)載為直流減速電機(jī)。

40分鐘后電量放到了3.65V。

演示視頻

視頻鏈接
以上就是全部介紹了，本人不足之處請指正哈。
嘉立創(chuàng)開源鏈接：https://oshwhub.com/roudragon/c706596_-sheng-ya-dc-dc-xin-pian-fang-an-yan-zheng-ban-xiao-feng-zhuang-1_2024-04-22_14-30-16
芯片數(shù)據(jù)手冊鏈接：https://pan.baidu.com/s/1kvz3DWb_iQHfN0lyTk2YWg?pwd=1rsf
提取碼: 1rsf