多功能随身电源系统方案

锂芯容量指示电路

电池容量应该以电流对时间的积分即毫安时来度量,有专门的芯片能够胜任，但成本较高。而在本系统电路设计中，采用了一种比较简单而且实用的方法，即通过测试锂芯电池放电时的电压时间特性曲线，选取整个放电过程的四个位点电压，用电压来估算电池的容量。电压指示电路选用了日本特瑞仕公司的XC61系列芯片。

如图4所示，当按下电压容量指示的功能按键，锂芯的电池电压会加到XC61系列芯片的VIN与VSS管脚上。当电压高于4.1V，四个芯片同时工作，电池与限流电阻、LED形成四个回路。此时四个LED同时发亮，表示电池容量饱和。当电池电压在4.1V到3.8V之间，只有三个芯片工作，三个LED发亮，表示电池容量有所下降。同理可知其它的两种情况。



图4 锂芯容量指示电路

充电管理电路

充电管理电路由CN3066和继电器构成，如图5所示，当随身电源监测到有充电器对其充电时，继电器令CN3066开始工作，CN3066将整个充电管理过程应该分为四个部分，即预充电、恒流充电、恒压充电以及维护充电。



图5 充电管理电路及其充电过程

当CN3066开始工作时，CN3066会检测电池电压是否较低，如果是则采用涓流充电，直至电池电压上升到一个安全值。之后，充电电流保持不变的较大值，通常是涓流充电电流的10倍或更大。1000mAh的电池采用700mA电流充电。这可以避免大电流充电对锂芯的损坏。充电管理芯片连续监控电池的电压，当单节锂电池的电压达到4.2V，恒流充电状态结束，转入恒压充电状态。在该状态下，充电电压恒定在4.2V。当锂芯的电流下降为原来1/10之后，恒压充电状态结束。维护充电状态是在电池充足电后，若移动电源仍插在充电器上，电池会由于自放电而损失电量。CN3066以非常小的电流对锂芯充电或是监测电池电位以备对锂芯再充电，这种状态称为维护充电状态。

在本电路中，CN3066会时时监测锂芯的电压、温度、充电电流和充电时间。一旦电池的温度达到60℃或者锂离子电池的电压达到4.2 ，恒压充电状态自动终止。此外，还应设置最长恒压充电时间。在温度和电压检测失败的情况下，可以保证锂电池安全充电。当撤离充电器，CN3066关闭，随身电源处于预放电状态。

多功能扩展电路

高亮照明功能

户外活动时，特别是夜间活动，极需一个高亮的光源。在USB接口输出的5V电压使高亮度LED工作，获得5米内的照明光程。

当按下预报警功能健时，USB输出电压加载在报警电路上，水银开关偏移正常的断开位置，接通KD9561音乐片，发出报警响声。

野外驱蚊功能

由555运放芯片产生振荡频率22KHz，再由555芯片单稳态电路产生脉冲50Hz，合成占空比为50%的振荡输出。

电路测试

锂芯充放电曲线，如图6和图7所示。



图6 锂芯充电曲线



图7 锂芯放电曲线

DC-DC放电曲线如图8所示，随身电源连续放电的总能量在2200mAh以上，输出稳定。实验结果证明，多功能随身电源能对市面上大多数手机连续充电5次以上，对MP3、MP4充电12次以上，使随身电源在户外活动中能够有充足的能量储备。



图8a 接6.5欧姆电阻的DC-DC放电曲线



图8b 接10欧姆电阻的DC-DC放电曲线

结语

本系统方案的设计将多功能、低功耗、高精度、安全性、高容量、高效率、体积小、重量轻等诸多特点整合在一起，使整个产品的设计贴合了市场实际使用要求，具有广阔的市场前景。