在移動(dòng)設(shè)備普及的當(dāng)下，移動(dòng)電源已成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦胁豢苫蛉钡呐浼?。而移?dòng)電源的性能與可靠性，很大程度上取決于其內(nèi)部的 PCBA（印刷電路板組件）。本文將全面解析移動(dòng)電源 PCBA 的開發(fā)方案，涵蓋核心模塊、快充協(xié)議、設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及安全設(shè)計(jì)與驗(yàn)證等方面，為電子愛(ài)好者和相關(guān)從業(yè)者提供參考。

一、核心模塊揭秘?

1.充電管理?

充電管理是移動(dòng)電源 PCBA 開發(fā)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其性能直接影響移動(dòng)電源的充電效率和安全性。目前，市場(chǎng)上常用的充電管理芯片有 TP4056 和 BQ25895 等。?

TP4056 適用于單節(jié)電池的充電管理，具有電路簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。而 BQ25895 則是一款快充利器，能夠支持多種快充協(xié)議，大大提高充電速度。?

充電過(guò)程遵循恒流（CC）→恒壓（CV）→截止（電流低于閾值）的模式。以單節(jié)鋰電池為例，通常設(shè)置 1A 的充電電流，截止電壓為 4.2V。在充電過(guò)程中，通過(guò) NTC 熱敏電阻對(duì)電池溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，芯片會(huì)自動(dòng)調(diào)整充電電流或停止充電，以保障充電的安全與高效。?

2.電池保護(hù)?

電池保護(hù)是確保移動(dòng)電源安全可靠工作的重要保障，其主要功能是防止電池過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流以及短路。常見(jiàn)的電池保護(hù)方案是采用 DW01 + 8205A 組合芯片。?

DW01 是一款高精度的電池保護(hù)芯片，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電池的電壓和電流。當(dāng)電池電壓達(dá)到過(guò)充保護(hù)閾值時(shí)，DW01 會(huì)控制 8205A（一款 MOS 管）截止，停止充電；當(dāng)電池電壓低于過(guò)放保護(hù)閾值時(shí)，同樣會(huì)控制 8205A 截止，停止放電。此外，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流或短路情況時(shí)，DW01 也會(huì)迅速做出反應(yīng)，切斷電路，保護(hù)電池和設(shè)備的安全，延長(zhǎng)電池的使用壽命。?

3.升壓輸出?

移動(dòng)電源內(nèi)部電池的電壓通常較低，無(wú)法直接為手機(jī)、平板等設(shè)備供電，因此需要升壓輸出模塊將電池電壓轉(zhuǎn)為設(shè)備所需的電壓，如常見(jiàn)的 5V、9V 等。?

常用的升壓芯片有 XL6009 等，該芯片具有高效、穩(wěn)定的升壓性能，能夠在不同的負(fù)載情況下保持輸出電壓的穩(wěn)定。其工作原理是通過(guò)內(nèi)部的開關(guān)管控制電感的充放電，實(shí)現(xiàn)電壓的升高。在設(shè)計(jì)升壓輸出模塊時(shí)，需要根據(jù)輸出電壓和電流的要求，合理選擇電感、電容等元件，以確保升壓模塊的性能。?

二、快充協(xié)議大集合?

1.QC 協(xié)議?

QC 協(xié)議是高通推出的一種快速充電協(xié)議，通過(guò) FB 引腳電壓調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)不同電壓檔位的切換，如高通 QC2.0 支持 5V、9V、12V 等電壓檔位，QC3.0 則在此基礎(chǔ)上增加了電壓調(diào)節(jié)的精度，能夠?qū)崿F(xiàn)更靈活的充電控制。?

QC 協(xié)議廣泛應(yīng)用于各類手機(jī)、平板電腦等設(shè)備，通過(guò)與支持 QC 協(xié)議的充電器和移動(dòng)電源配合，能夠大幅提升充電速度。在移動(dòng)電源 PCBA 開發(fā)中，需要選用支持 QC 協(xié)議的充電管理芯片和升壓芯片，并進(jìn)行相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)和調(diào)試，以確保移動(dòng)電源能夠正常支持 QC 快充功能。?

2.PD 協(xié)議?

PD 協(xié)議是 USB-IF 組織推出的一種通用快充協(xié)議，支持 USB Type-C 接口，具有功率范圍廣、兼容性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。PD 協(xié)議能夠提供最高 100W 的功率輸出，不僅可以為手機(jī)、平板等小型設(shè)備充電，還能為筆記本電腦等大功率設(shè)備快速充電。?

例如，PD 協(xié)議支持 20V 的電壓檔位，能夠滿足筆記本電腦對(duì)高電壓、大功率的需求。在移動(dòng)電源 PCBA 開發(fā)中，支持 PD 協(xié)議需要選用相應(yīng)的 PD 控制器芯片，并進(jìn)行復(fù)雜的協(xié)議協(xié)商和電路設(shè)計(jì)，以確保移動(dòng)電源與不同設(shè)備之間的兼容性和充電安全性。?

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)?

1.原理圖設(shè)計(jì)?

原理圖設(shè)計(jì)是移動(dòng)電源 PCBA 開發(fā)的基礎(chǔ)，需要遵循一定的框架和規(guī)范?；究蚣転椋?USB 輸入)→(充電 IC)→(電池 + PCM)→(升壓 IC)→(USB 輸出)。?

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要合理布局各模塊，確保電路連接準(zhǔn)確無(wú)誤。例如，充電 IC 與電池之間的連接要可靠，避免出現(xiàn)接觸不良等問(wèn)題；升壓 IC 與 USB 輸出接口之間的電路要設(shè)計(jì)合理，以減少信號(hào)干擾和功率損耗。同時(shí)，還需要考慮電路的保護(hù)功能，如過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等，在原理圖中設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)電路。?

2.PCB 布局?

PCB 布局對(duì)移動(dòng)電源 PCBA 的性能和可靠性有著重要影響。在進(jìn)行 PCB 布局時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：?

功率路徑走線要短而寬，一般要求線寬≥1mm/A，這樣可以減少電阻損耗，提高電路的效率。模擬地與功率地要單點(diǎn)連接，以降低干擾，避免模擬信號(hào)受到功率信號(hào)的影響而產(chǎn)生誤差。此外，對(duì)于發(fā)熱較為嚴(yán)重的 IC，如升壓 IC、充電 IC 等，要在其底部焊盤接地散熱點(diǎn)，以加強(qiáng)散熱，防止芯片因溫度過(guò)高而損壞。?

四、安全設(shè)計(jì)與驗(yàn)證?

1.測(cè)試項(xiàng)目?

為確保移動(dòng)電源的安全性和可靠性，需要進(jìn)行一系列的測(cè)試項(xiàng)目。?

過(guò)壓保護(hù)測(cè)試：將輸入電壓升高到 12V，對(duì)移動(dòng)電源進(jìn)行 60s 的沖擊測(cè)試，觀察移動(dòng)電源是否能夠正常保護(hù)，避免因輸入過(guò)壓而損壞內(nèi)部電路。?

短路測(cè)試：多次短接移動(dòng)電源的輸出端口，測(cè)試后檢查移動(dòng)電源是否能夠正常恢復(fù)工作，確保在意外短路情況下不會(huì)對(duì)設(shè)備和人員造成傷害。?

熱測(cè)試：將移動(dòng)電源置于 60°C 的環(huán)境中，進(jìn)行 72 小時(shí)的滿載老化測(cè)試，觀察移動(dòng)電源在高溫環(huán)境下的工作狀態(tài)，確保其在極端條件下能夠穩(wěn)定工作。?

2.認(rèn)證要求?

移動(dòng)電源作為一種電子設(shè)備，需要符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證要求，以保障用戶的安全和產(chǎn)品的質(zhì)量。?

在安全方面，需要符合 UL2056（電池系統(tǒng)）、IEC62368-1（安規(guī)）等基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)移動(dòng)電源的電氣安全、機(jī)械安全、防火安全等方面都做出了明確的規(guī)定。?

在電磁兼容性方面，需要通過(guò) FCC Part 15 B 級(jí)（輻射干擾）等 EMC 測(cè)試，確保移動(dòng)電源在工作過(guò)程中不會(huì)對(duì)其他電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，同時(shí)也不會(huì)受到其他設(shè)備的干擾。?

通過(guò)以上安全設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，能夠確保移動(dòng)電源 PCBA 的安全性和可靠性，為用戶提供安全、高效的充電體驗(yàn)。?

審核編輯 黃宇