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USB_PD协议快充移动电源设计

魏永祥  
【摘要】:随着智能时代的到来,手机、平板电脑等便携式电子设备越来越向智能化、大屏化的方向发展,给人们的生活和通讯带来了极大的便利,但同时使用频率也越来越高,设备中的锂电池难以为设备提供足够的续航能力,在外出时会面临设备没电的问题,而使用移动电源为设备及时进行电量补充能够有效的解决这一问题;在手机快充技术的兴起的同时,传统的移动电源开始向快充移动电源发展,将快充技术应用于传统移动电源中可大幅提升充电速度,缩短锂电池储能时间,因此结合快充技术与移动电源具有研究意义和实际应用价值。本文主要研究内容如下:首先,快充技术正处于迅速发展的时期,各大厂商都推出了相应的快充技术,但基本都是为自家产品生态链所服务,为结束快充技术市场混局面,USB_IF组织推出了USB_PD协议,旨在统一快充技术,实现快充技术通用化,本文针对传统移动电源传输功率小、应用场景单一的问题,经分析比对各家快充协议后,对USB_PD协议进行了深入探究,并且对移动电源中的锂电池充电方式进行了研究,选择更符合锂电池特性的三段式充电方式作为充电策略,以保证锂电池健康使用。其次,为提高系统转换效率与满足系统的大功率传输需求,对能在宽输入电压范围下工作的四开关管升降压电路进行了研究,分析了其三种工作模式,其中如何实现工作模式间平滑过渡是该电路结构的重要研究内容,本文通过研究升降压过渡模式中开关管的导通时序,采用判断占空比的方式来具体实现模式间的平滑过渡。最后,对硬件电路结构进行了分析和设计,以实习单位自研的EDP3010数字电源管理SoC(System on Chip)为控制核心,在其内部集成的微控制器中编写控制软件,成功搭建了一台实验样机,实验结果表明,本文设计的USB_PD协议快充移动电源样机实现了大功率快充功能,其中最大支持20V/4.5A输入,且各协议功率档位充电效率最低93.6%,最高98.1%,移动电源系统放电时最大协议档位输出为20V/3.25A,五档功率输出的效率最低93.3%,最高96.8%,另外对系统样机的充电、放电的快充协议兼容性进行了测试,可与同样支持USB_PD协议的其他设备进行功率协商并进行快速充电、放电,最终实现了快充技术的实际应用,且设计方案具有外围器件需求小、转换效率高、兼容性强的优点。


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1 魏永祥;USB_PD协议快充移动电源设计[D];南华大学;2020年
2 李生晖;基于Type_C接口的USB_PD协议的设计与实现[D];西安电子科技大学;2017年
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