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回复: 63

讨论一下移动电源实现2.7-12V输出要付出的硬件与软件代价

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出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 11:13:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
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阿莫论坛20周年了!感谢大家的支持与爱护!!

一只鸟敢站在脆弱的枝条上歇脚,它依仗的不是枝条不会断,而是自己有翅膀,会飞。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 11:20:22 | 显示全部楼层
软件应该能够解决的,但是硬件怎么搞比较好呢?

出10入210汤圆

发表于 2013-6-9 11:25:00 | 显示全部楼层
1、三极管或MOS管控制反馈分压电阻,电路简单,档位多了管子多。
2、DAC方式,就像可编程电源,电路稍复杂,档位就灵活了。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 11:29:30 | 显示全部楼层
我觉得搞个电位器线性调压更好,档位的方式不灵活

出0入618汤圆

发表于 2013-6-9 12:03:14 | 显示全部楼层
jm4ever 发表于 2013-6-9 11:29
我觉得搞个电位器线性调压更好,档位的方式不灵活

说点建设性的吧,再这么扯下去感觉恒流啊,电子负载啊,信号发生器啊都要加进去了。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 12:03:41 | 显示全部楼层
两个基本考量:
1.必须使用开关电源,提高转换效率
2.必须使用DA输出参考电压,多样化输出电压.

出0入42汤圆

发表于 2013-6-9 13:34:18 | 显示全部楼层
应该还是加一片DAC,或者直接出电芯电压算了。

出10入210汤圆

发表于 2013-6-9 13:58:08 | 显示全部楼层
xiaxquan 发表于 2013-6-9 12:03
两个基本考量:
1.必须使用开关电源,提高转换效率
2.必须使用DA输出参考电压,多样化输出电压. ...

开关电源是肯定的,不然怎么升压啊!
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-9 14:01:01 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2013-6-9 14:01:36 | 显示全部楼层
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出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 14:02:28 | 显示全部楼层
在反馈上加个NMOS,用PWM加上RC滤波来控制Vgs电压,硬件软件都不难。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 14:08:27 | 显示全部楼层
rainbow 发表于 2013-6-9 11:25
1、三极管或MOS管控制反馈分压电阻,电路简单,档位多了管子多。
2、DAC方式,就像可编程电源,电路稍复杂 ...

支持第2种方案,用一片带DA的单片机。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 14:20:33 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2013-6-9 12:03
说点建设性的吧,再这么扯下去感觉恒流啊,电子负载啊,信号发生器啊都要加进去了。 ...

+1                  

个人觉得把简单功能做好做稳定,就是完美
比如MOMAX

出0入618汤圆

发表于 2013-6-9 14:53:28 | 显示全部楼层
armok 发表于 2013-6-9 14:01
有人能分析一下七电是怎么做的吗?看看对我们有否参考性。

我就不相信七电特别的增加了过多的硬件为了这个 ...

七电用的升压IC是FP5139,普通的BOOST结构,电感可能用的是铁硅铝磁环,反馈部分的走线看不清楚,估计是单片机DAC(或者PWM + 低通模拟DAC)控制的。
比较奇怪的是我没看到恒流充电IC,隐约看见输入经过一只PMOS(9435A)和肖特基(2只SS24并联)就到了电池BT+端,尚不清楚PMOS是工作在线性恒流模式还是开关模式。

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出10入210汤圆

发表于 2013-6-10 08:41:12 | 显示全部楼层
armok 发表于 2013-6-9 14:01
有人能分析一下七电是怎么做的吗?看看对我们有否参考性。

我就不相信七电特别的增加了过多的硬件为了这个 ...

我写过了,就是用控制低端分压电阻的方式。

出10入210汤圆

发表于 2013-6-10 08:42:21 | 显示全部楼层
armok 发表于 2013-6-9 14:01
有人能分析一下七电是怎么做的吗?看看对我们有否参考性。

我就不相信七电特别的增加了过多的硬件为了这个 ...


在输出非5V电压时,USB口输出是关断的。所以只增加了两个三极管和两个电阻。
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-10 09:16:12 | 显示全部楼层
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出10入210汤圆

发表于 2013-6-10 10:29:05 | 显示全部楼层
armok 发表于 2013-6-10 09:16
软件的增加呢?

两个IO来控制,软件不困难。

出0入618汤圆

发表于 2013-6-10 10:57:44 | 显示全部楼层
rainbow 发表于 2013-6-10 08:42
在输出非5V电压时,USB口输出是关断的。所以只增加了两个三极管和两个电阻。 ...

七电的17组电压0.5V步进,2个三极管和电阻切换?
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-10 11:04:58 | 显示全部楼层
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发表于 2013-6-10 13:03:24 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2013-6-10 10:57
七电的17组电压0.5V步进,2个三极管和电阻切换?

应该是用DA输出参考电压,多样化输出电压。

出10入210汤圆

发表于 2013-6-10 15:21:03 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2013-6-10 10:57
七电的17组电压0.5V步进,2个三极管和电阻切换?


没那么多个电压输出。
只有9V和12V两个非5V输出。
9V或12V输出时,5V关闭,因为用的是同一个升压电路。

出10入210汤圆

发表于 2013-6-10 15:23:48 | 显示全部楼层
armok 发表于 2013-6-10 11:04
这个功能,对我们原来规划的移动电源的性能上有没有不良影响?

共用同一个升压电路,所以使用非5V输出时,5V USB口要关掉,否则如果再多加一路升压,对PCB的面积资源占用量会增加不少。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 16:08:43 来自手机 | 显示全部楼层
rainbow 发表于 2013-6-10 15:23
共用同一个升压电路,所以使用非5V输出时,5V USB口要关掉,否则如果再多加一路升压,对PCB的面积资源占 ...

但是莫大要求的是2.7-12V输出,用晶体管的方案估计行不通。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 16:38:32 来自手机 | 显示全部楼层
公司很多成熟的可调压调流的电源都是用pwm 加rc 来模拟da ,改变环路的参考电压来实现
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 楼主| 发表于 2013-6-10 16:42:02 | 显示全部楼层
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出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 17:39:04 | 显示全部楼层
它用的FP5139可以SEPIC接法啊, 应该可以实现BUCK/BOOST的功能, 看数据书册能有2A输出. 我认为3.3V是必要的, 既然要做这个功能, 就不能将就, 而且该有的保护电路(电流, 短路)不能少.

出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 19:48:25 | 显示全部楼层
本帖最后由 liubin1109 于 2013-6-10 19:52 编辑

Q导通的时候输出12V,截止的时候输出5V,输出12V的时候通过PWM控制CE1达到输出不同的电压。。。



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出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 19:53:50 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2013-6-9 14:53
七电用的升压IC是FP5139,普通的BOOST结构,电感可能用的是铁硅铝磁环,反馈部分的走线看不清楚,估计是 ...

FP5139过时了,

出0入618汤圆

发表于 2013-6-10 20:08:45 | 显示全部楼层
liubin1109 发表于 2013-6-10 19:48
Q导通的时候输出12V,截止的时候输出5V,输出12V的时候通过PWM控制CE1达到输出不同的电压。。。

LED调光的做法不适用于这里的……

出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 20:21:07 来自手机 | 显示全部楼层
之前搭过用lm317输出可调电压。但是电流不能太大,在这里应该不合适

出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 20:24:47 来自手机 | 显示全部楼层
不知道25楼的说法是否属实,如果有这种好用芯片,当然是第一选择。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 20:29:52 | 显示全部楼层
zoto 发表于 2013-6-10 20:21
之前搭过用lm317输出可调电压。但是电流不能太大,在这里应该不合适

把LM317放在电源里太夸张了   而且LM317也不便宜  转化效率也不高

出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 20:39:19 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2013-6-10 20:08
LED调光的做法不适用于这里的……

why?请圣手赐教...

出0入618汤圆

发表于 2013-6-10 20:40:47 | 显示全部楼层
chengjia535 发表于 2013-6-10 17:39
它用的FP5139可以SEPIC接法啊, 应该可以实现BUCK/BOOST的功能, 看数据书册能有2A输出. 我认为3.3V是必要的, ...

FP5139只是个控制器而已,用个大功率点的MOSFET,做到5A 10A都没问题。

出0入618汤圆

发表于 2013-6-10 20:42:09 | 显示全部楼层
sky_prince 发表于 2013-6-10 20:39
why?请圣手赐教...


你希望一个可调电源的输出是个方波,平均电压才是你想要的电压么?
LED照明利用人眼的暂留效应,靠高速闪烁来调光,电源不行的。

出330入1862汤圆

发表于 2013-6-10 20:47:19 | 显示全部楼层
这样如何?因为实际上可能不需要输出任意电压,而只是几种,那么设置电压就参考R2R了。(注意并不是需要多少种电压就需要多少组MOS)
关闭USB口用MOS来做,但不由单片机控制,因为这样可以同时实现过压保护的功能,防止电路失效时把手机给捅了。

硬件方面不会增加太多的成本,电压控制部分用最便宜的mos即可,控制关断的mos,可能几毛钱就可以搞定。稳压管和那个PNP也没几个钱。
软件方面不需要PWM,根据所需电压控制几个IO即可。

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出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 20:49:47 | 显示全部楼层
本帖最后由 sky_prince 于 2013-6-10 20:54 编辑

前面有用AD、DA和晶体管,还有没有其它可行方案不?

出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 20:50:21 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2013-6-10 20:40
FP5139只是个控制器而已,用个大功率点的MOSFET,做到5A 10A都没问题。

FP5139 驱动栅极电容太大的MOS是搞不定的  

出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 20:51:58 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2013-6-10 20:42
你希望一个可调电源的输出是个方波,平均电压才是你想要的电压么?
LED照明利用人眼的暂留效应,靠高速闪 ...

是的,这样就算滤波做的好,纹波也很大,thank you!

出0入618汤圆

发表于 2013-6-10 21:40:01 | 显示全部楼层
wangguanfu 发表于 2013-6-10 20:50
FP5139 驱动栅极电容太大的MOS是搞不定的

FP5139输出电流40mA,图腾柱BJT的HFE按25算也有1A了,频率稍取低点,驱动个20A的管子还是绰绰有余的,问题是2.5V能通的大电流MOSFET不好找,所以3.6V锂电做这么大电流不靠谱。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 22:19:21 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2013-6-10 20:40
FP5139只是个控制器而已,用个大功率点的MOSFET,做到5A 10A都没问题。

我本来想表达的是: SEPIC电路可以做到2A.  我在想, 用34063之类的boost芯片应该也可以实现.

出0入618汤圆

发表于 2013-6-10 23:32:02 | 显示全部楼层
chengjia535 发表于 2013-6-10 22:19
我本来想表达的是: SEPIC电路可以做到2A.  我在想, 用34063之类的boost芯片应该也可以实现. ...


SEPIC效率比BOOST低,尤其是两个电感分开效率更差。耦合电感这么小的量订做困难,自己绕似乎工作量又太大了。
所以如果和5V共用,不建议用SEPIC,本来5V升压我还打算建议用同步整流的呢。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-11 04:33:39 | 显示全部楼层
强烈反对和5V共用, 可以用两片FP6298, 一片做BOOST升压到USB 5V, 另一个SEPIC 2.5V - 12V. 5V用同步整流芯片也可以.
用这种国产的boost芯片的话, 硬件成本增加不多, 应该在5元以下. 效率低影响不大, 因为更在乎的是5V的效率.
调节的话, 用数字电位器即可, 减少复杂度, 国产的也也很便宜.

出0入618汤圆

发表于 2013-6-11 11:51:52 | 显示全部楼层
chengjia535 发表于 2013-6-11 04:33
强烈反对和5V共用, 可以用两片FP6298, 一片做BOOST升压到USB 5V, 另一个SEPIC 2.5V - 12V. 5V用同步整流芯 ...

不是成本问题,SEPIC多了两个电感一个电容,占地面积比5V的还大,是不是有点喧宾夺主了?

出0入0汤圆

发表于 2013-6-11 12:41:06 | 显示全部楼层
圣手没有过节休息啊, 首先如果要做, 两个是要分开的(不但性能可以保证, 还有利于电路的模块化, 可以选择性焊接), 对于辅助输出只做升压或只做降压 还不如不做, 对于我们的应用, 我看来SEPIC是最合适的了, 占地面积大没有办法(用其他的方案估计也不会比这个小多少),  另外, 辅助输出的规格不是2A, 可能是1A或0.5A, 电感体积比主输出的小.
至于喧宾夺主的问题, 就是这个功能的必要性问题了. 当然, 我们用COOLOOK的外壳是放的下的.
再回到此贴的话题, 硬件成本我估计5元左右, 软件的话, 主要是操作部分稍复杂(因为只有一个按键), 调压很简单. 软件代价提高不大, 只是操作变复杂了.

出330入1862汤圆

发表于 2013-6-11 12:41:31 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2013-6-11 11:51
不是成本问题,SEPIC多了两个电感一个电容,占地面积比5V的还大,是不是有点喧宾夺主了? ...

是的,容易发生塞不进去的问题。。
SEPIC体积大效率低,这个功能不需要输出太大的电流,而且不像USB的5V那样对效率敏感,我觉得应该在原有升压电路上实现这个功能。

出330入1862汤圆

发表于 2013-6-11 12:48:01 | 显示全部楼层
chengjia535 发表于 2013-6-11 12:41
圣手没有过节休息啊, 首先如果要做, 两个是要分开的(不但性能可以保证, 还有利于电路的模块化, 可以选择性 ...


SEPIC会影响USB 5V的效率吧?
这本来就是个扩展的功能,应该在原有升压电路上实现比较好,而且这个功能不需要输出太大的电流,对效率也不如USB5V那样敏感。
所以应该尽量照顾USB的5V。
至于低于5V的输出,可以用-adj的LDO来做,外加过流保护,像3.3V这种的,你不能指望他输出2A,那样导线的压降的影响就很明显了,还不如在目标板上自己加LDO呢。

按键可以改用手机的摇杆按键,体积几乎相同,但是有上下左右确定5个功能,但是用数字电位器是不是会增加很多成本?你看我37楼那个图的方式如何?反正电压需要的就是那么几种,实际用到任意电压的并不多。
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-11 12:54:13 | 显示全部楼层
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出0入618汤圆

发表于 2013-6-11 13:07:07 | 显示全部楼层
armok 发表于 2013-6-11 12:54
如果不是与5V共用,这个功能就没有必要存在。

这是原则性的问题。也是这个功能能否被我们采用的一个最关 ...


如果要和5V共用,又要升降压,那奢侈点就上LTC3112 4开关buck-boost,效率90+,不过电池电压低于4V时输出5V 2A可能有困难,e络盟的价格是34.82RMB @ 100+pcs。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-11 13:10:05 | 显示全部楼层
软件实现我大概的思路是:  长按功能键几秒,或点几下 进入辅助输出设置界面, 界面如下:
1. OFF
2. 2.5V
3. 3.0V
4. 3.3V
5. 4.2V
6. 5.0V
7. 9V
8. 12V
在辅助输出设置界面, 每点一下功能键, 光标向下循环滚动, 当5S内无操作, 输出电压设置为当前光标选项.

出0入0汤圆

发表于 2013-6-11 13:21:15 | 显示全部楼层
我刚才想到的用 MC34063 实现buck-boost, 一个电感, 反向输出也没关系, 因为是直接输出到端口.
既然阿莫这么说了, 那只能用升降压芯片, 但是这样的话, 如何保证5V的可靠性是个问题, 主要是软件操作的可靠性.
像圣手说的多路输出应该还不是阿莫的本意吧, 因为多路输出和用2个芯片的区别就不大了(因为体积没小,价格没降, 改多出来的电感电容一样会多).

出0入0汤圆

发表于 2013-6-11 13:43:40 | 显示全部楼层
刚才又看了一下七电, 它只有一个电感, 我很好奇它怎么升降压, 再一看它的规格, 恍然大悟, 它只能输出5V以上的电压.
那么话题继续, 我们能否接受只能输出5V以上, 准确的说是4.2V以上?
如果能, 那么硬件成本几乎不增加.
如果不能, 有2个两个方案(假如不接受多路输出芯片):
1. 升降压方案:  成本提高, 体积增大,最重要的是如果防止操作时不小心调到12V, 这个问题如果必须要解决, 我的思路是:
                     usb输出前加个MOS, 一旦电压高于5V, 自动关闭.
2. 升降压分离:  升压部分继续用主回路, 降压用LDO等. 先不说性能成本等, 这样的电路我就不多说了, 拖泥带水的系统.

出0入0汤圆

发表于 2013-6-11 14:04:34 来自手机 | 显示全部楼层
可调输出不一定要和5V输出共用线路,反而可以和充电电路共用大部分线路。

充电电路,用四管buck-boost结构(三个MOS管,一个二极管)。充电时,电路工作在buck模式。可调输出时,电路工作于buck-boost模式(同时要将micro-usb接口断开,防止电源倒灌入充电器)。

合理设计,应该是可以实现的,这样成本和面积增加都不多。

出0入618汤圆

发表于 2013-6-11 14:08:55 | 显示全部楼层
chengjia535 发表于 2013-6-11 13:43
刚才又看了一下七电, 它只有一个电感, 我很好奇它怎么升降压, 再一看它的规格, 恍然大悟, 它只能输出5V以上 ...

其实4开关buck-boost方案不少,例如LTC3780 TPS63020等,但输入能低到3V的不多,而且LT的电源片子出了名的贵,不知道台湾和日本有没有类似的片子成本低点。

出0入618汤圆

发表于 2013-6-11 14:10:12 | 显示全部楼层
mitchell 发表于 2013-6-11 14:04
可调输出不一定要和5V输出共用线路,反而可以和充电电路共用大部分线路。

充电电路,用四管buck-boost结构 ...

可阿莫还想要边充边输出呢……

出0入0汤圆

发表于 2013-6-11 14:13:48 来自手机 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2013-6-11 14:10
可阿莫还想要边充边输出呢……

可调电源和充电没必要同时工作吧?插上市电,那不成了实验电源了么。。。

出0入618汤圆

发表于 2013-6-11 14:17:55 | 显示全部楼层
mitchell 发表于 2013-6-11 14:13
可调电源和充电没必要同时工作吧?插上市电,那不成了实验电源了么。。。 ...

呃,这么说也对,5V可以边充边输出,可调电源则共用充电的电路,没冲突。
那就看4开关buck-boost用什么方案了,有什么好片子推荐?

出0入0汤圆

发表于 2013-6-11 14:53:25 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2013-6-11 14:17
呃,这么说也对,5V可以边充边输出,可调电源则共用充电的电路,没冲突。
那就看4开关buck-boost用什么方 ...

我建议用分立元件搭建这个电路。由于充电和可调输出是独立的,充电用软件控制,可调输出用一片普通的pwm芯片即可。
我把方案详细的描述一下吧。主电路如下:

M1、M2和M4为NMOS,M3为PMOS,D1、D2、D3为肖特基二极管。

充电的时候,工作于buck模式,M2关断,M3/M4常通,M1由单片机PWM控制:


可调输出的时候,工作于双管buck-boost模式,M4关断,M1关断,M2和M3由PWM芯片控制:


充电和可调输出的控制信号大部分大部分是独立的,复用的只有M3,它既要受软件控制,又要受PWM芯片控制,但通过简单的逻辑完全可以实现的。

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出0入618汤圆

发表于 2013-6-11 15:10:19 | 显示全部楼层
mitchell 发表于 2013-6-11 14:53
我建议用分立元件搭建这个电路。由于充电和可调输出是独立的,充电用软件控制,可调输出用一片普通的pwm ...

嗯,这个方案不错。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-11 16:01:09 | 显示全部楼层
和充电电路共用的确是一个不错的想法, 而且实现的思路清晰.
共用了一个电感两个电容. 增加了M4.
有两个疑问:
1. 充电电流为2.5A, 单片机PWM频率不高, 那么 这个共用的电感和电容的体积很大. 如果分开2个IC的话, 应该是两个小电感.几个小体积电容, 或许是贴片电容.
    建议用专用的充电芯片, 我们毕竟不是做多功能充电器.
2. 该电路在boost输出的时候, D3的存在我认为不妥, 因为我对硬件不熟悉, 说不上理由. 个人感觉要么电路不工作, 要么效率低很多, 还望高手解答.

出0入0汤圆

发表于 2013-6-14 10:54:33 | 显示全部楼层
几位大师,讨论起来。思路和方案越发明了。。就等最后拍板了。。。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-15 10:03:17 | 显示全部楼层
mitchell 发表于 2013-6-11 14:53
我建议用分立元件搭建这个电路。由于充电和可调输出是独立的,充电用软件控制,可调输出用一片普通的pwm ...

图片怎么看不到了

出0入0汤圆

发表于 2013-6-16 21:50:30 | 显示全部楼层
为什么59楼的图片我看不到啊?
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