美琪威科技 MP3888 移动电源应用笔记 Rev 1.0 1 / 17
历史修改记录 历史版本修改内容版本日期 Rev 1.0 新版本 2014.08.28 2 / 17
目录 1 简介... 4 2 特点... 4 2.1 MP3888 芯片特点...4 2.2 技术规格...4 3 硬件框图... 7 3.1 硬件框图说明...8 3.2 硬件原理图...9 4 PCB Layout 注意事项... 10 4.1 完整的 PCB Layout 如下图所示... 10 4.2 输入电流部分... 11 4.3 输出电流部分... 12 4.4 电感部分... 13 4.5 Resense 部分... 14 4.6 关键 Ground 部分... 15 4.7 辅助测试部分... 16 5 BOM 清单... 17 3 / 17
1 简介 本方案采用美琪威自主研发的 MP3888 作为系统主控芯片管理移动电源的充电和放电全过程 本方案具有效率高 纹波小 系统安全以及稳定性高的特点 2 特点 2.1 MP3888 芯片特点 内部具有 I2C 接口 内部具有 USB 开关限流保护控制 外接四颗 LED 状态显示 外接照明 50 ma LED 高输出电流 3A 94% 高放电效率 2A 充电 自动负载侦测 2.2 技术规格 表 1 充电放电规格 项目 规格 1 充电部分 1.1 输入电压 5V/2A 1.2 恒流电池电压 <2.9V:150mA 1.3 恒压饱和电池电压上升 >4.2V 4 / 17
2 放电部分 2.1 输出电压 5V/3A 2.2 输出开关 KEY 短按或者连接负载自动侦测 2.3 输出保护 电流 >4A 过流保护以及控制输出电压不低于 4.7V 表 2 其它规格 项目 规格 3 LED 灯状态显示部分 电池电压 (VDD) LED1 LED2 LED3 LED4 VDD < 3.1V 闪灭灭灭 3.1 未充电状态 3.1V < VDD < 3.44V 亮灭灭灭 3.44V < VDD < 3.67V 亮亮灭灭 3.67V < VDD < 3.9V 亮亮亮灭 3.9V < VDD 亮亮亮亮 VDD < 3.54V 轮转亮灭 3.54V < VDD < 3.75V 亮轮转亮灭 3.2 充电状态 3.75V < VDD < 3.96V 亮亮轮转亮灭 3.96V < VDD < 4.2V 亮亮亮亮灭 4.2V<=VDD 亮亮亮亮 4 按键控制 当按键被按下的时间大于 30ms 且小于 2s( 短按 ), 则四颗 LED 打开用来显示电池的电压 ; 当按键被按下的时间大于 2s( 长按 ), 则 Torch LED 被打开, 在 Torch LED 工作的过程当中, 如果有任何长按的动作发生, 则 Torch LED 关闭 5 / 17
表 3 I2C 操作规格 寄存器地址名称描述状态初始值 0x02 MCU 控制以及电池电压数据 位 7~5 :MCU 控制位 4~3 : 使能 MCU 控制位 2 : 电池电压数据 v43 位 1 : 电池电压数据 v42 位 0 : 电池电压数据 v405 位 7~3: 读 / 写 位 2~0: 只读 0x00 0x03 电池电压数据 位 7 : 电池电压数据 v396 位 6 : 电池电压数据 v375 位 5 : 电池电压数据 v367 位 4 : 电池电压数据 v354 位 3 : 电池电压数据 v344 位 2 : 电池电压数据 v31 位 1 : 电池电压数据 v29 位 0 : 电池电压数据 v28 只读 6 / 17
3 硬件框图 7 / 17
3.1 硬件框图说明 KEY 用于电池电压显示以及放电控制 电池电压使用 L1,L2,L3,L4 四颗 LED 显示, 方便用户随时检查电池电压情况,Torch LED 采用 50mA 高亮 LED, 可以方便用户当做应急手电筒使用 USB Passer 在 IN 端电压上升到 4.6V 并且不高于 6V 的时候会同时给内置电池充电以及通过 OUT 端给负载使用, 这段电路具有电压保护以及电流限制功能, 在充电情况下会保护 OUT 端的电压不低于 4.7V 以及限制 IN 端的输入电流不超过 3A, 输入电流可以通过调节 PROG 电阻的阻值来设置 Buck-Boost converter 提供降压给电池充电以及升压给 OUT 端供负载使用 当供给电池充电使用的时候 IN 端在 USB 接口充电接入后会首先检测 VDD 电压, 在 OUT 端的电压高于电池电压后 Buck converter 开始运作 如果 VDD 电压低于 2.9V,Buck converter 会首先以 150mA 的电流给电池充电直到 VDD 的电压达到 2.9V, 然后 Buck converter 会正常对电池充电 电池的目标电压为 4. 2V, 当电池的充电电压达到 4.2V 之后, 充电电路会进入限压模式, 此时 IN 端电流以及充电电流会逐渐的下降并且通过状态 LED 显示电量已经充满 当升压给 OUT 端负载使用的时候 Buck-Boost converter 会工作在 Boost 模式 如果此时有负载接入或者按下 KEY,Boost converter 会升压 OUT 端电压至 5 V 并且同时状态 LED 会显示电池电量的状态 当负载断开连接 8s,Boost con verter 会自动停止工作 Torch LED Driver 用于应急照明驱动 LED 并且可以提供达到 50mA 的电流, 当 KEY 被长按时,Torch LED Driver 会开始工作, 如果电池的电压低于 3.1V, Torch LED Driver 会关闭驱动功能 I2C 接口可以提供供外部 MCU 对 MP3888 进行一些工作状态的读取以及功能设置, 详细操作请参阅表 3 I2C 规格. 8 / 17
3.2 硬件原理图 Charge USB 接口通过连接外部电源供给移动电源内部电池充电, 电路中 R3 用于设定 USB passer 的限定保护电流 LED1,LED2,LED3,LED4 这四颗 LED 用于电池电压状态的显示 Discharge USB 用于连接负载供电使用, 其中左下侧虚线方框部分的四颗电阻连接 USB 端口的 D+ D-, 用于 Iphone 类设备通过 D+ D- 来侦测电压决定充电电流 右上侧虚线方框部分为 Extern MCU, 可以通过 I2C 接口来读取电池状态或者进行一些功能的设置 SW-PB 为轻触按键, 可以通过短按和长按来打开对应的功能 9 / 17
4 PCB Layout 注意事项 4.1 完整的 PCB Layout 如下图所示 U5 为 charge Micro USB 母座, 位于左上角,U16 为双层 USB Type A 母座, 位于左下角 MP3888 U4 位于中间偏右位置 电感 L2 位于 MP3888 的左下角, 距离尽可能的短 电池焊点 P2 紧邻电感 L2 本板滤波电容尽可能靠至芯片管脚或者 USB 接口管脚 本板表面铜厚为 70um, 使得走线可以容纳更大电流 10 / 17
4.2 输入电流部分 上图中黄色圈示部分为 IN 端输入电流走线, 整体走线采用大面积铺铜, 尽可能的缩短距离以及减少阻抗 11 / 17
4.3 输出电流部分 上图中黄色圈示部分为 OUT 端走线, 连接至负载使用的 USB 接口, 整体走线同样采用大面积铺铜, 尽可能的降低走线阻抗 12 / 17
4.4 电感部分 上图中黄色圈示部分为 MP3888 与电感之间的连线, 整体走线同样采用大面积铺铜, 尽可能的降低阻抗的同时对电感发热严重器件提供更好的散热 13 / 17
4.5 Resense 部分 上图中黄色圈示部分为 Resense 的电阻和电容,Resense 走线应该尽可能的通过将相应的阻容靠近 MP3888 从而缩短 14 / 17
4.6 关键 Ground 部分 上图中黄色圈示部分为本板比较关键的 Ground 走线, 首先是 Resense 电容的 Ground 与 IN 端的 Ground 直接用大面积铺铜相连, 然后是电池的负极 BAT- 直接通过大面积铺铜与电感 L2 的 Ground 以及 MP3888 肚皮正下方的 Ground 相连 15 / 17
4.7 辅助测试部分 上图中黄色圈示为本板辅助测试部分, 其中 DC_IN 可以供测试输入电压,J6 可以供测试输出电压,J4 供 Extern MCU 连接使用,J15 为整排 Ground, 这些部分可以按照实际需求来决定是否需要 16 / 17
5 BOM 清单 型号 封装和属性值 R1 0603 50mΩ 1% R2 0603 3KΩ 1% R3 0603 1KΩ 1% R4 0603 10 KΩ 1% R5 0603 10KΩ 1% R6 0603 1KΩ 1% R7 0603 43 KΩ 1% R8 0603 160 KΩ 1% R9 0603 300 KΩ 1% R10 0603 300 KΩ 1% C1 0603 22uF 10% C2 0603 1uF 10% C3 0603 2.2uF 10% C4 7343 220uF 10% C5 0603 22uF 10% C6 0603 10uF 10% C7 0603 10uF 10% C8 7343 47uF 10% L1 6028 2.2uH 30% LED1 Instruction LED2 Instruction LED3 Instruction LED4 Instruction Torch LED LINGHING SW tact switch 芯片 MP3888 17 / 17