陕西省电子信息学校 姚 勇

本文主要介绍我们亲手制作的一款带有快充协议下的移动电源过程，是利用IP5358电压管理芯片，对单颗18650锂电池进行智能升降压，带有数码管显示电量，并且可支持各种协议下的快速充电模式，同时兼有温度检测功能，预防移动充电宝在使用中的温度过高的危险。

1 充电宝的技术要求

充电宝一般使用18650锂电池作为电源，单颗18650锂电池的容量在2000mAH～3300mAH左右。能随时随地给智能数码产品提供备用电源，充电必须符合充电的技术要求：（1）输出电压5V，额定电流至少1A；（2）相对于快充来说，还要具备各种快充协议。

2 充电宝设计电路及原理

2.1 充电宝设计电路组成

充电宝电路板最基本需要三个电路部分构成。

（1）电池充放电管理：锂电池充电电流变化敏感度较高，因此要用电路来限制变化，以此来提高锂电池的使用寿命；

（2）电压升高输出：把锂电池的电压提升到电子产品需要的电压；

（3）电量数码指示：电量多少的指示为使用者提供直观的电量参考，可显示充电宝剩余电量。

现在我们知道了充电宝电路的最基本构成，那就需要把它搭建成一个整体电路即可我们要做的是一个低成本的充电宝电路，那么，使用较少的元器件显然是较低成本的。此次我们使用芯片IP5358做为制作充电宝管理电路。

2.2 IP5358充电宝管理芯片

芯片IP5358是一款具有QC2.0/QC3.0/VOOC/SCP输出快充协议、AFC/FCP/SFCP IO快充协议、MTK PE+1.1&2.0输出快充协议、USBC/PD2.0/PD3.0IO协议、USB C PD3.0 PPS输出协议、兼容BC1.2 /三星/苹果手机、同步升/降压的转换器、锂电池充电管理、电池电量显示等多功能的电源管理SOC，为快充移动电源提供比较完整的解决方案。

IP5358具有高集成度与非常丰富功能，只需准备一个电感，就可以实现降压与升压功能，在使用时仅需极少的外围器件，有效降低了整体方案的尺寸，降低BOM成本。

IP5358的升压系统能提供最大18W输出能力，即使电池电压较低时输出18W仍能保持效率90%以上。空载时，可以自动进入休眠状态。IP5358的同步开关充电系统，提供高达5.0A充电电流。内置IC温度、电池温度和输入电压控制电路，可智能调节好充电电流。

IP5358内置电量计算方法，可准确无误的获取电池电量数据。可获得定制电池电量曲线，用来精准显示电池电量。

IP5358支持1～4颗LED电量显示，支持88、188等多种数码管电量显示；还支持照明功能；支持按键。

2.3 外形结构设计

在我们制作此产品的过程中，比较困难是如何设计充电宝外形和材料的问题，虽然说可以使用学校的3D打印技术，但是还需设计模型等，作为小成本设计来说，还是太困难。现在网络上的充电宝外形琳琅满目，各式各样的外形吸引着人们的眼球，所以设计一个好的简单的外形肯定会为我们增分不少。而且在美观的前提下，又要保持外壳材料的实用和耐用和安全性，最终人们商讨下定了一个模型，方便于后期的制作没有太大难度，因此我们选用四个铜柱来支撑电路板来完成我们的产品。

图1 电池管理电路部分原理图

3 充电宝的制作

3.1 充电宝电路原理图的设计

首先我们主要以电池管理电路设计为主，外观结构以四个铜柱作为支撑，上下两个电路板作为电池的正负电极很好的接触面，同时用来固定锂电池。电池管理电路板为最上层一板，它包括请充放电接口，电量数码显示电路等。

根据IP5358芯片的基本知识，我们得到它的典型电路图，外围电路如图1所示：（1）电量数码管显示电路部分；（2）快充状态指示电路；按键电路部分；（3）充放电Type-c接口电路。

3.2 充电宝管理电路PCB的设计

根据原理图进行对PCB板的布局与布线，采用两面布局，统一使用贴片元件。

芯片工作的功率和电流都比较大，VSYS网络上电容的位置会影响到DCDC工作的稳定性。VSYS网络上的电容需要尽可能靠近IC的VSYS引脚和EPAD，并且大面积铺铜，多增加一些过孔，以减小电容与IC之间电流环流的面积，减小寄生参数。数码管显示安装到侧面，不占用电路板尺寸，是电路板更加小巧，更合理的分配空间，小巧便捷易携带。

PCB板的制作，通过网络上传PCB板图，更便捷的制作出是我们亲手设计的电路板实物。按照清单采购合适元器件，进行对电路的装配与调试工作。

3.3 充电宝管理电路的装配

自制快充移动电源，需要手动焊接电路板，IP5358芯片焊接，必须防止虚焊。虚焊是指焊料和焊料表面之间没有合金结构，而是简单地附着在焊接金属表面上。在焊接中，如果仅形成合金的一部分而其余部分不形成，则焊点也可以在短时间内通过电流，并且难以发现仪器的问题。然而，随着时间的推移，不形成合金的表面会被氧化，这将导致时间打开和断裂的现象，这必然会引起产品的质量问题。

4 充电宝的测试

现在我们通过USB电压表，可以测试出我们自己制作的这款快充协议下的充电宝，是否工作正常。

IP5358集成USB C Power Delivery PD2.0/PD3.0/PPS协议，集成物理层协议（PHY）、硬件双向标记编解码（BMC）模块。

支持PD2.0/PD3.0双向输入/输出协议，支持PPS输出协议。输入支持5V，9V电压档位，输出支持5V，9V，12V电压档位输出广播能力5V/2.4A，9V/2.0A，12V/1.5A，PPS3.3～5.9V/3A，5～11V/1.5A，支持18W功率输出。

5 充电宝制作过程中的关键点

首先，充电宝设计时，首要是保证输出电压为5V，输出的电流1A以上，如果输出电流太小，将无法给手机充电或者无法快速充电。IP5358芯片可以很好的解决了这个问题。其次，充电宝的PCB板图的绘制，我们在经过多次的打样，多次的尝试手工焊接装配，反复的调试测试，过程中因二极管的焊接失误，烧坏过芯片，并且电路板的大小也是在多次改进是逐渐成熟的。最后，功率问题也是考虑的关键点，即就是电池的利用率的问题。

结论：随着快速充电进步，type c充电口的快速普及。充电速度的发展大量的设备采用了C口化。而这款充电宝可以自动识别充电与放电面对手机实现自动。放点面对pd充电器，识别自动充电。一线通，出门只需带一根线即可达到手机与电脑的互传以及充电以及周边设备的数据交互。