论文总字数：22174字

摘 要

时代不断变迁，大量的数码移动设备例如智能手机、平板电脑等进入了人们的生活当中。以智能手机为代表的移动设备所能实现的功能也越来越丰富，从过去只能进行通话短信息到现在的听音乐、上网、看电影、导航甚至移动支付，可以说我们的日常生活已经很难离开手机的存在。但是，伴随着手机的屏幕尺寸的增加，处理器性能的提升，它的电池容量与耗电量也与日俱增，从过去的几天一充，到现在的一天一充，甚至随身携带移动电源，实现USB设备的快速充电成为越来越迫切的需求。

本文阐述并比对了市面上目前正在使用的几种USB设备快速充电方法，并利用电压同步降压控制器LM5117设计了降压型开关直流稳压电源。该开关电源默认工作状态下输入电压为16V，输出为5V，2A。可以通过识别负载电阻来提高输出功率，从而实现快速充电功能。

关键词：移动设备，快速充电，开关电源

Abstract

As the change of era and the development of science and technology, a large number of digital mobile devices such as smart phones and tablet PC integrated into into the lives of people.

Mobile devices, represented by smart phones, are becoming more and more powerful. From the past, we can only make short messages, by this time, we can listen to music, surf the Internet, watch movies, navigate,and even mobile payment. It can be said that our daily life is very difficult to leave the existence of mobile phones. However, with the mobile phone screen is growing, the performance is getting stronger and stronger, its battery capacity and power consumption is also increasing. In the past we rarely charge, by this time,we charge the battery everyday and even carry the power bank. It is more and more urgent to realize the fast charge of USB equipment.

This thesis describes and compares the fast charging methods of several digital mobile devices currently in use in the market, and designs a step-down switching DC regulated power supply using the voltage synchronous buck controller LM5117. The switching power supply rated input voltage of 16V, rated output voltage of 5V, the maximum output current of 2A. The output power can be improved by identifying the load resistance, and the fast charging function can be realized.

KEY WORDS: mobile devices, fast charging, switching mode power supply

目 录

第一章 绪论 1

1.1课题背景和意义 1

1.2课题现状和进展 1

第二章 快速充电基本原理 4

2.1锂电池概述 4

2.2快速充电技术概述 5

2.2开关电源概述 7

2.2.1开关电源发展趋势 7

2.2.2开关电源的基本原理 8

2.2.3开关电源的工作方式 8

2.2.4开关电源调制方式 11

第三章 降压型开关电源设计 13

3.1方案概述 13

3.2理论分析与设计 13

3.2.1 DC-DC变换方法 13

3.2.2 降低纹波的方法 14

3.2.3 稳压控制方法 14

3.3参数计算 14

3.4电路设计 18

3.4.1 DC-DC部分 18

3.4.2 负载识别部分 19

第四章 电路仿真及结果分析 20

第五章 总结及展望 29

5.1本文总结 29

5.2不足及展望 29

参考文献 30

致谢 31

第一章 绪论

1.1课题背景和意义

时代不断变迁，以智能手机为首的大量的数码移动设备开始进入到人们的平日生活之中。曾经，原始的手提电话不但笨重，而且功能单一，只能打电话。而如今的手机今非昔比。随着4G网络的普及，智能系统的进步。手机也不再只是一个可以移动的电话。它的功能得到了极大地拓展。娱乐方面可以听歌、上网、看电影、玩游戏；通讯方面可以QQ、微博、微信、电子邮件；生活方面可以网购、导航、计步甚至移动支付，可以说手机已经慢慢进入到我们日常生活中的各个方面，任何人的生活都很难离开手机^[1]。但是，伴随着手机的功能不断丰富，手机每一时刻消耗的电能也在不断增加，屏幕尺寸的加大，CPU性能的加强，以及GPS、蓝牙、WIFI等模块都需要大量的电量供应，为此，手机电池的容量从最初的几百毫安提升至如今的几千毫安，可是我们为手机充电的频率却从过去的几天一充，到现在的一天一充，一天多充甚至随身携带移动电源，而且充满一次电池的时间往往要数十小时，可见实现USB设备的快速充电已经成为越来越迫切的需求。

此外，智能手环、智能手表等各种新推出的可穿戴设备也慢慢被人们所认同和喜爱。多数数码厂商例如苹果、谷歌、三星等国际巨头纷纷投入产品研发。除此之外，小米、华为、魅族等本土企业也紧跟潮流，纷纷研制自己的智能手环、智能眼镜等。可穿戴设备已经慢慢发展为新的时尚，将会引领新的潮流^[2]。这些移动设备与智能手机一样，依靠锂电池进行供电。这些移动设备的出现对电池的续航能力和充电速度提出了新的要求与挑战，为此我们需要对移动设备进行快速高效的充电，来满足现在大家对于手机等USB设备能够随时使用的需求。

1.2课题现状和进展

目前来看，对于大多数使用USB接口的移动设备，使用的都是锂电池，所以本课题需要探讨如何解决锂电池的快速充电问题。第二工业革命前，法国科学家的Planté Gaston创造了能够重复使用的铅蓄电池，之后，蓄电池可以通过持续的小电流进行充电，虽然使得电池可以反复使用，但此法充电效率低、时间长，制约了电池的发展。直到上世纪末期，美国科学家Maas发表了有名的马斯三定律，使得蓄电池快速充电成为可能^[3]。

Maas第一定律：针对任意给出的放电电流，充电电池电流接受比A与放电容量C的平方根成反比，即：

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