结合IC设计和通用MCU实现同步Boost移动电源（3）

3.3 开关损耗

当 NMOS关断后，在PMOS管还未导通的DT1时间内，Boost电压通过其PMOS管的体二极管输出，因体二极管的压降较大，这会带来功率损耗，但由于 MOS管开关时间在几十纳秒以内，因此在整个导通周期内损耗不大。恰当设计ASIC的延时时间，通过ASIC的Option Pin脚使延时时间长度可变，并选择合适的MOS管，即可使DT时间略大于PMOS管的开关时间，保证两个MOS管不会同时导通，并减少开关损耗。

与肖特基二极管相比，由于PMOS的导通电阻低，管压降小，从而提高了效率，理论上肖特基的压降约为0.3V，在5V/1A输出时，肖特基上浪费的功率约为 0.3V*1A=0.3w，约为输出功率的6%，这样，若不计MOS管的导通电阻与开关损耗，理论上同步Boost效率比二极管续流高约6%，常用的低压功率NOS管如8205A或P2804NVG在1A电流时导通电阻只有几十毫欧，开关时间只有几十纳秒，所以实测结果显示同步Boost方案的效率提高明显，功率器件发热较低，与理论分析相符。

　3.4 竞争力与成本

除了肖特基外，电感，导线，电路板走线都会发热，因此输出电流500mA以上时，二极管Boost的移动电源很难做到90%以上的效率，而同步Boost较容易达到，对于大容量移动电源而言，两种方案因效率产生的电池成本差别非常大，并且同步Boost移动电源本身因发热而产生的温度上升幅度很小，因此，容量越高、电流越大的移动电源，在技术指标、成本和用户体验三个方面，非同步Boost方案越缺乏竞争力。由于不同MOS管的开关导通时间不同，ASIC的延时时间可以通过增加或减少延时门的数量来调节。经测算，在0.5um工艺下，不计Pad时，Layout的面积小于0.4mm^2，成本很低。

　4. MCU选型及软件流程说明

使用通用MCU的PWM驱动Boost升压，实现移动电源方案，在MCU选型时，其PWM的输出频率最好在100KHz以上，否则需要很大的电感和滤波电容，MCU应当有8bit以上的AD能力。我们分析过HOLTEK、海尔、义隆、Sonix、芯睿等消费电子常用的MCU资料，均有可以达到这一要求的通用MCU型号。

移动电源软件流程主要包含三部分：主循环，充电管理，放电管理等。我们分别使用过台湾Holtek的HT46R066、海尔的HR6P71、芯睿的MK7A22P三种MCU，实现了由MCU的PWM驱动的移动电源方案，以下流程经实际验证是可行的。

　　4.1 主循环

外部电源接入时，进行充电管理；外部负载接入时，进行放电管理。按键按下时进行LED电量显示，按键长按时打开手电筒功能。在整个充放电过程中进行温度检测保护，在整个充电过程中保持LED输出。放电时若超过10秒无按键，则进入到低功耗模式，关闭LED。

　4.2 充电管理

充电管理主要功能为：当电池电压小于3V时，进行涓流（1/10C）充电；当电池电压在3V-4.2V时进行恒流充电。当电池电压大于4.2V时，进行恒压充电直至充电电流小于1/10C，此刻认为电池充满，用于电量显示的LED全亮。

4.3 放电管理

放电管理主要流程为，产生PWM信号驱动Boost升压，由MCU的AD Pin检测输出电压，当输出电压低于5V或高于时，改变PWM的占空比，控制Boost升压的幅度，实现恒压。通过串联在输出电路上的电阻，检测电阻压降的AD值，改变PWM占空比，实现恒流输出和限流保护。如果MCU的AD位数小于10位，也可采用软件算法限流，实际测试可用，但控制电流的精度较低。

　　5.结语

相对二极管续流的非同步Boost方案，同步Boost的移动电源具有效率高的突出优点，理论及实测都充分证明这一优点，因此它将会成为消费电子市场中移动电源的主流方案。本文提出了一种IC设计结合通用MCU实现的同步Boost方案，并进行IC设计仿真，达到预期结果。与专用IC相比，可充分利有现有 MCU资源，方案选择灵活、成本也具有竞争力，相信这种形式的方案将在市场占有其一席之地。