如何解決充電寶因過(guò)載使用而導(dǎo)致的過(guò)熱問(wèn)題

充電寶 在給移動(dòng)設(shè)備充電的過(guò)程中如果發(fā)生過(guò)熱的問(wèn)題，很容易導(dǎo)致起火爆炸等安全問(wèn)題。我們經(jīng)常能從媒體上看到此類(lèi)事故的發(fā)生。因此充電寶的設(shè)計(jì)者們通常會(huì)加入過(guò)流保護(hù)電路，過(guò)熱保護(hù)電路來(lái)增加產(chǎn)品的可靠性。充電寶行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，成本壓力很大，因此這些額外增加的線路越簡(jiǎn)單可靠， 產(chǎn)品越有競(jìng)爭(zhēng)力。

TI的參考設(shè)計(jì)PMP9806就是針對(duì)這一客戶需求而設(shè)計(jì)的。這個(gè)參考設(shè)計(jì)的輸入電壓為2.7-4.4V, 輸出能力為18W （5V/3A, 9V/2A 及12V/1.5A）。當(dāng)升壓變換器TPS61088 的輸出電流大于設(shè)定值，輸出電壓就會(huì)下降， 有效地限制了輸出功率和輸出電流， 從而避免了充電寶 因過(guò)載使用而導(dǎo)致的過(guò)熱問(wèn)題。下面我們來(lái)看一下具體的電路設(shè)計(jì)。

TI參考設(shè)計(jì)PMP9806的系統(tǒng)框圖

圖1是TI參考設(shè)計(jì)PMP9806的系統(tǒng)框圖。采樣 電阻RS將輸出電流轉(zhuǎn)化為一個(gè)電壓信號(hào)VSENSE。運(yùn)算放大器A1將VSENSE放大成VAMP1接到運(yùn)算放大器A2的輸入端。VFB是TPS61088 FB 腳的參考電壓，VFB為1.204V。當(dāng)輸出電流小于限流點(diǎn)時(shí)，當(dāng)VAMP1低于1.204V，二極管D不導(dǎo)通，電阻RADJ懸空，TPS61088 FB腳的電壓僅由輸出電壓決定。當(dāng)輸出電流高于限流點(diǎn)時(shí)，當(dāng)VAMP1高于1.204V，二極管D導(dǎo)通，VAMP2直接跟隨VAMP1的電壓，TPS61088FB 腳的電壓上升，輸出電壓下降。如果輸出電流進(jìn)一步上升， 輸出電壓將進(jìn)一步下降。輸出電壓的下降幅度由RADJ的阻值決定。RADJ的阻值越小，輸出電壓的下降幅度就越大。

圖1. PMP9806的結(jié)構(gòu)框圖

TI參考設(shè)計(jì)PMP9806的設(shè)計(jì)指標(biāo)

表1給出了PMP9806的設(shè)計(jì)指標(biāo)，限流點(diǎn)的值設(shè)置在比正常輸出高5%。 一旦輸出電流高于限流點(diǎn)，輸出電壓馬上下降，從而限制了最大輸出功率，有效防止了充電寶因過(guò)載使用而導(dǎo)致的過(guò)熱問(wèn)題。

表 1. 設(shè)計(jì)指標(biāo)

Input VoltageOutput Voltage/Output CurrentOutput Current Limit Point3V- 4.2V9V/2AIo ≥ 2.1A5V/3AIo ≥ 3.15A12V/1.5AIo ≥ 1.575A

TI參考設(shè)計(jì)PMP9806的參數(shù)計(jì)算

圖2 給出了PMP9806限流電路的示意圖。該限流電路里面兩個(gè)最關(guān)鍵的參數(shù)是運(yùn)算放大器A1放大倍數(shù)的選擇和調(diào)節(jié)電阻RADJ參數(shù)的選擇。

以輸出Vo=9V，Io=2A為例，限流點(diǎn)設(shè)置在2.1A。采樣電阻為25m ohm，因此當(dāng)輸出電流達(dá)到限流點(diǎn)時(shí)，采樣電阻兩端的電壓VSENSE為：

（1）

此時(shí)要使得限流電路起作用，運(yùn)算放大器A1的輸出必須達(dá)到TPS61088 FB 腳的參考電壓值1.204V。因此我們可以得到下面的等式：

（2）

由此我們可以得到A1的放大倍數(shù)為：

（3）

因此可以將R17設(shè)為232k ohm，將R16設(shè)為10.5k ohm。

圖2. PMP9806限流電路

當(dāng)VAMP1高于1.204V時(shí)，二極管D導(dǎo)通，VAMP2直接跟隨VAMP1的電壓。因此可以推出如下的關(guān)系式：

（4）

（5）

由上述公式（5）可以推出RADJ的表達(dá)式為：

（6）

其中：

如果希望將輸出功率限制在一個(gè)更小的值，比如說(shuō)當(dāng)輸出電流達(dá)到3A時(shí)，輸出電壓為5.5V，則可以取RADJ=121K。

TI參考設(shè)計(jì)PMP9806的測(cè)試結(jié)果

圖3給出了輸出電流分別是2A和3A時(shí) 的啟動(dòng)波形。當(dāng)輸出電流為2A時(shí)，升壓變換器TPS61088的輸出電壓在啟動(dòng)完畢后為正常輸出9V。當(dāng)輸出電流為3A時(shí)， 由于該負(fù)載電流超過(guò)了2.1A限流點(diǎn)，因此升壓變換器TPS61088在啟動(dòng)完畢后直接進(jìn)入限流狀態(tài)，輸出電壓只有6.2V。

圖4給出了輸出電流由2A突然增加到3A時(shí) 的動(dòng)態(tài)波形。我們可以看到輸出電壓在50us之內(nèi)從9V下降到了6.2V，迅速將最大輸出功率限制在一個(gè)范圍內(nèi)，從而有效地防止了充電寶在使用過(guò)程中由于過(guò)載而導(dǎo)致的過(guò)熱問(wèn)題。

圖 3. 輸出電流為2A和3A時(shí)的啟動(dòng)波形（VO=9V）

圖 4. 輸出電流從2A突然上升到3A時(shí) 的動(dòng)態(tài)限流波形