解決充電寶因過載使用而導致的過熱方案

充電寶 在給移動設備充電的過程中如果發生過熱的問題，很容易導致起火爆炸等安全問題。我們經常能從媒體上看到此類事故的發生。因此充電寶的設計者們通常會加入過流保護電路，過熱保護電路來增加產品的可靠性。充電寶行業競爭激烈，成本壓力很大，因此這些額外增加的線路越簡單可靠， 產品越有競爭力。

TI的參考設計PMP9806就是針對這一客戶需求而設計的。這個參考設計的輸入電壓為2.7-4.4V, 輸出能力為18W （5V/3A, 9V/2A 及12V/1.5A）。當升壓變換器TPS61088的輸出電流大于設定值，輸出電壓就會下降， 有效地限制了輸出功率和輸出電流， 從而避免了充電寶 因過載使用而導致的過熱問題。下面我們來看一下具體的電路設計。

TI參考設計PMP9806的系統框圖

圖1是TI參考設計PMP9806的系統框圖。采樣 電阻RS將輸出電流轉化為一個電壓信號VSENSE。運算放大器A1將VSENSE放大成VAMP1接到運算放大器A2的輸入端。VFB是TPS61088FB 腳的參考電壓，VFB為1.204V。當輸出電流小于限流點時，當VAMP1低于1.204V，二極管D不導通，電阻RADJ懸空，TPS61088FB腳的電壓僅由輸出電壓決定。當輸出電流高于限流點時，當VAMP1高于1.204V，二極管D導通，VAMP2直接跟隨VAMP1的電壓，TPS61088FB 腳的電壓上升，輸出電壓下降。如果輸出電流進一步上升， 輸出電壓將進一步下降。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的結構框圖

TI參考設計PMP9806的設計指標

表1給出了PMP9806的設計指標，限流點的值設置在比正常輸出高5%。 一旦輸出電流高于限流點，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載使用而導致的過熱問題。

表 1. 設計指標

Input Voltage

Output Voltage/Output Current

Output Current Limit Point

3V- 4.2V

9V/2A

Io ≥ 2.1A

5V/3A

Io ≥ 3.15A

12V/1.5A

Io ≥ 1.575A

TI參考設計PMP9806的參數計算

圖2 給出了PMP9806限流電路的示意圖。該限流電路里面兩個最關鍵的參數是運算放大器A1放大倍數的選擇和調節電阻RADJ參數的選擇。

以輸出Vo=9V，Io=2A為例，限流點設置在2.1A。采樣電阻為25m ohm，因此當輸出電流達到限流點時，采樣電阻兩端的電壓VSENSE為：

（1）

此時要使得限流電路起作用，運算放大器A1的輸出必須達到TPS61088FB 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的放大倍數為：

（3）

因此可以將R17設為232k ohm，將R16設為10.5k ohm。

圖2.PMP9806限流電路

當VAMP1高于1.204V時，二極管D導通，VAMP2直接跟隨VAMP1的電壓。因此可以推出如下的關系式：

（4）

（5）

由上述公式（5）可以推出RADJ的表達式為：

（6）

其中：

如果希望將輸出功率限制在一個更小的值，比如說當輸出電流達到3A時，輸出電壓為5.5V，則可以取RADJ=121K。

TI參考設計PMP9806的測試結果

圖3給出了輸出電流分別是2A和3A時 的啟動波形。當輸出電流為2A時，升壓變換器TPS61088的輸出電壓在啟動完畢后為正常輸出9V。當輸出電流為3A時， 由于該負載電流超過了2.1A限流點，因此升壓變換器TPS61088在啟動完畢后直接進入限流狀態，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 的動態波形。我們可以看到輸出電壓在50us之內從9V下降到了6.2V，迅速將最大輸出功率限制在一個范圍內，從而有效地防止了充電寶在使用過程中由于過載而導致的過熱問題。

圖 3. 輸出電流為2A和3A時的啟動波形（VO=9V）

圖 4. 輸出電流從2A突然上升到3A時 的動態限流波形