HT45F4M 應用在移動電源上之說明

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HT45F4M 應用在移動電源上之說明

文件編碼：AN0312T

0B簡介

隨著全球經濟的快速發展，人們生活水準的不斷提高，隨身攜帶式的電子產品也越來越多，

如筆記本電腦、平板電腦、手機、數碼相機、攝像機、可攜式 DVD、PDA、MP3、MP4、

GPS、保暖設備、醫療保健設備等。它們都要用到電池，但這些設備的原配電池都會因為電

池容量低而不能滿足設備的正常使用時間。當出差或旅遊時又是這些設備的工作高峰期，

經常在關鍵時刻電池沒有電了，特別是在手機正在打電話時，數碼相機正在拍照時，PSP

遊戲機玩的正起勁時，PDA 正在工作時等等，讓您感覺很無奈和無助。而您也不可能把每

種設備都配一個備用電池，不但成本高而且也不方便。基於此，為解決人們的這種煩惱問

題，移動電源應用而生。 有了移動電源可以解決眾多移動設備的電源供給問題，從而徹底

解決缺電之苦，使工作和旅遊無憂無慮。

HOLTEK HT45F4M 專用移動電源管理 IC，為移動電源的開開發，提供了極大的便利，現介

紹如下。

1B移動電源主要特徵

11B基本特徵

Operating Voltage : 2.7V ~ 5.5V @fSYS=7.5MHz

System Clock : HIRC 30MHz / 1~/64

Program Memory : 2Kx16 Flash

Data Memory : 128 Bytes

Data EEPROM : 64 Bytes

ADC 12-bit x 8

16-bit STM x 1

10-bit PTM x 1 (提供互補式 PWM with Dead Time)

OCP Function

OVP Function

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12B移動電源主要特徵 使用鋰聚合物電池，容量為 3.7V / 3000mAh 鋰電池並聯 2 顆，總共 3.7V / 6000mAh

輸入/輸出

輸入插座為 USB Mini-B、輸入電壓 5V

輸出插座為 USB A、輸出電壓 5V、最大輸出電流為 2.1A

操作溫度範圍

充電操作溫度範圍：0 ~ +40°C (電池規格)

放電操作溫度範圍：-20 ~ +60°C (電池規格)

自動偵測是否有負載接上

自動偵測是否有充電器接上

靜態耗電：7uA

放電轉換效率最高 91.13% @ 5V / 700mA

保護機制

放電時電池端過放電流保護

充電時輸入端過電壓保護，電池端過充電流保護

電池溫度保護

涓電流充電

電池電壓低於 3.0V

定電流 100mA

定電流充電

電池電壓：3.0V~4.2V

定電流 1500mA

定電壓充電

定電壓：4.2V

充電電流低於 50mA 時停止充電

定電壓放電

定電壓：5V

電池電壓低於 3.0V 停止放電

輸出端最大輸出電流 2.1A

2B硬體方塊圖

13B硬體方塊圖

Flash ROM2K x 16

RAM 128 x 8

EEPROM64 x 8

OVP

HIRC30MHz

PTM

STM

OCP

ADC

VDD

2.5V

R.T.TL431B

4.2V+

5V

5V

USB I/P

USB O/P

Flash ROM2K x 16

RAM 128 x 8

EEPROM64 x 8

OVP

HIRC30MHz

PTM

STM

OCP

ADC

VDD

2.5V

R.T.TL431B

4.2V+

5V

5V

USB I/P

USB O/P

圖 1

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14B硬體方塊功能說明 主控晶片為 HT45F4M

USB 充電 PORT

此介面可接入電腦 USB 介面或外部電源適配器，給移動電源內部電池進行充電。

P-MOS 管 + N-MOS 管電路

此兩個 MOS 管對應於 HT45F4M 內部的互補式 PWM 輸出，用於給移動電源內部電池進

行充電升壓控制，或放電時進行降壓控制。

電感

充電時用於升壓控制，放電時用於續流控制。

P-MOS 管

用於關斷電池放電。

電池

電池為鋰聚合物電池。

USB 放電 PORT

接入掌上型設備，對設備進行放電。

精准參考電壓源

對內部 ADC 提供參考電壓。

LED 指示燈

用於電量指示及出錯報警。

按鍵

用於進行電量測試或進行放電操作。

3B硬體電路及說明

圖 2

8．電阻網路

9．LED 用於電量指示和報警

10．精准電壓源

12．按鍵與外部

裝置偵測

13．溫度偵測電路

11．主控 MCU

5．電池電壓檢測電路

7．高亮度 LED

6．電池端電流檢測電路

2．輸入/輸出

電壓偵測

1．外部電源接入喚

醒 MCU 電路

14、PMOS 開關

3．P-MOS 與

N-MOS 電路4．電感 L1：充電時用於

續流；放電時用於升壓

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4B電路圖說明

15B外部電源接入喚醒MCU電路

當 USB_IN 有電源接入時，PA6 由低變高，使用外部中斷喚醒 MCU 進入充電操作。

16B輸入/輸出電壓偵測

充電模式

可通過此偵測電路，對外部電壓進行偵測，當外部電壓高於 5.5V 時，由硬體強制關閉 PWM

輸出，並產生中斷進行處理。除此之外，由於輸入電壓來源有可能是一般電腦上的 USB

埠或是牆上變壓器的 5V 輸出埠，兩種來源的最大電流供應能力不同，在充電時可通過偵

測輸入電壓降低來得 知輸入來源電流供應能力之極限，進而將充電電流固定，不再加大。

當移動電源向外部負載進行放電時，偵測電路對放電電壓進行監測，如圖 3，OVP 在

HT45FH4M 內部連接到 ADC 中，可通過採樣電壓值，來控制 PWM 進行電壓調節。當輸

出端由重載 (例如輸出 5V / 1.5A) 時，如果負載忽然拔除時，此時輸出電壓一定會忽然

上升，此上升速度要透過軟體調節 PWM 使其下降會比較慢，故此時可透過 OVP 機制由

硬體強制關閉 PWM 輸出，並產生中斷進行處理。

由於一般手機會偵測移動電源的輸出電壓高於 5V 才會啟動手機充電模式，故輸出電壓可

設定在 5.15V，可防止由於手機充電線線損過大導致啟動充電模式失敗的狀況發生。

圖 3

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17BP-MOS與N-MOS電路

HT45FH4M 內部 PTM 可工作於 PWM 模式，再經過死區時間插入電路，則可產生含有死區

時間的互補式的 PWM 輸出，此 PWM 輸出為 OUTH、OUTL，OUTH 控制 P-MOS、OUTL 控

制 N-MOS。此兩個 MOS 在充電時，用於控制充電電流；在放電時用於控制放電電壓。

充電時，NMOS_ON 的時間越長，充電功率越大。

放電時，PMOS_ON 的時間越長，放電功率越大。

如圖 4 為含有死區時間的互補式的 PWM 結構圖。

圖 4

18B電感L1 的作用

充電時用於續流；放電時用於升壓

19B電池電壓檢測電路 電池電壓檢測電路在充電時，要進行小電流/定電流/定電壓模式的偵測。

在放電時，若電池電壓過低可不進行放電。

20B電池端電流檢測電路

如圖 3，OCP 腳經過內部運算放大器後輸出到 AN8 進行 AD 檢測。

充電模式時須將 OPAMC 設定 1，電流檢測電路主要用於充電電流控制及電池充滿檢測。

放電模式時須將 OPAMC 設定 0，電流檢測電路連接到 OCP 輸入腳，當電流大於 8 bit DAC

設定值時，由硬體關掉 PWM 進行保護後發出中斷。

放電時輸出端電流是由電池端電流計算出來的，以轉換效率 85%計算，計算公式如下：

Vout Iout = Vbattery Ibattery 0.85

21B高亮度LED

高亮度 LED 為手電筒功能，提供使用者有需要時可將移動電源當成手電筒來使用。

22B電阻網路

R15、R16、R17、R18 組成的電阻網路，主要是用於不同手機廠牌的應用，由於各家廠牌對

於此電阻網路的配置不盡相同，Holtek 目前得知資訊如下:

I-phone 系列要啟動快速充電，D+須提供 2.2V、D-須提供 2.8V

HTC 系列手機要啟動快速充電，須將 D+與 D-短路

Holtek 目前實驗結果：將 D+與 D-短路時，I-phone 3GS、I-phone 4、I-phone 4S 可充電

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23BLED用於電量指示和報警

按鍵操作 & LED 動作 LED 動作顯示說明

黃色 LED 亮 行動電源正在使用中

按鍵按下，藍色 LED1 亮 2 秒 電池電量低於 25%

按鍵按下，藍色 LED1 ~ LED2 亮 2 秒 電池電量 25%~50%

按鍵按下，藍色 LED1 ~ LED3 亮 2 秒 電池電量 50%~75%

按鍵按下，藍色 LED1 ~ LED4 亮 2 秒 電池電量 75%~100%

按鍵連續按超過 3 秒 高亮度 LED 開啟及關閉

黃 LED、紅 LED、藍 LED 同時以 3Hz 快速閃爍 過電壓/過電流/溫度保護

充電紅色 LED 亮、藍色 LED1 以 1Hz 閃爍 正在對內部電池充電/電池電量低於 25%

充電紅色 LED 亮、藍色 LED1 亮、LED2 以 1Hz 閃爍 正在對內部電池充電/電池電量 25%~50%

充電紅色 LED 亮、藍色 LED1 ~ LED2 亮、LED3 以 1Hz 閃爍 正在對內部電池充電/電池電量 50%~75%

充電紅色 LED 亮、藍色 LED1 ~ LED3 亮、LED4 以 1Hz 閃爍 對內部電池充電/電池電量 75%~100%

充電紅色 LED 亮、藍色 LED1 ~ LED4 亮 已充飽電。電池電量 100%

藍色 LED1 以 3Hz 快速閃爍 內部電池電壓小於截止電壓，停止放電

24B精准電壓源

精准電壓源主要是為內部 ADC 及 DAC 提供電壓基準。

25B主控MCU

主控 MCU 為 HT45F4M，內建 PWM with Dead Time、OVP 及 OCP 保護電路。

26B按鍵

按鍵的作用是啟動放電或進行電量顯示。

將 PA7 設定為 Input_pullhigh 模式，如果外部裝置接上時，抽取極小電流就會將 PA7 拉 Low，

來喚醒 MCU，由於無法保證每個外部裝置都能偵測到，所以當按鍵按下時，除顯示電量外，

也會將行動電源進行放電模式，如此一來當自動偵測失敗時，也可透過使用者按按鍵來進

行放電。

27B溫度偵測電路

溫度偵測電路主要是對充電或放電過程中，電池的溫度進行偵測，電池的操作範圍如下：

充電操作溫度範圍：0~ +40°C(電池規格)；放電操作溫度範圍：-20~ +60°C(電池規格)。當電

池溫度超出工作範圍時，進行保護。

28BPMOS開關

此開關可關閉電池直接透過 PMOS 的 Body diode 對外輸出電壓

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5B軟體設計流程圖及說明

29B主流程圖

圖 5

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30B電池充電流程圖

Start

充電初始化

Clr f_halt_modeSetF_LED_CHANGE

Set F_GET_TEMPGet battery voltageGet input voltageGet battery current

CHANGE[Initial]SET F_CHANGE3V_MODE

電池電壓<3v？ 100mA 充電

電池電壓<4.2v 1A充電

4.2V 充電

充電電流<80mA

SET F_CHANGE_FULL

N

Y

Y

Y

CALL UP_DUTYRET

N

電池電壓小於3V模式？

1A充電模式

4.2V充電模式

SET F_500mA_MODE

SET F_CHANGE42V_MODE

Y

N

N

Y

Y

N

N

N

Y

圖 6

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31B電池放電流程圖

圖 7

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32B軟體流程說明

軟體流程圖主要包含三部分：主流程圖、充電流程圖、放電流程圖等。

主流程圖

主流程圖主要是當有外部電源接入時，進行充電管理；當有外部負載接入時，進行放電管

理。當有按鍵按下時進行電量顯示，按鍵長按 3S 打開手電筒功能。當移動電源處於異常狀

況時，進行異常處理。並在整個充電過程中進行溫度檢測，LED 掃描輸出。當無任何事件

發生時，則進入到省電模式。

充電流程圖

充電流程圖主要功能為：當電池電壓小於 3V 時，進行涓流（100mA）充電；當電池電壓大

於 3V 時且小於 4.2V 時進行定電流充電，當電池電壓大於 4.2V 時，進行定電壓充電。當充

電電流小於 80mA 時，則認為電池電量充滿，置入充滿旗標。

放電流程圖

放電主要包括兩部分功能，一部分為放電電壓控制，另一部分為放電電流控制。

6BPCB Layout注意事項

1. AD 輸入的走線須注意避開 PWM 與電感的 power 走線。

2. 電池端的電流偵測電阻到 OCP 輸入腳越近越好，電流偵測電阻下地端需單點接地。

3. 數位地與類比地須分開。

4. 電池端會有較大電流，走線寬度需注意。

33BTop Layer

圖 8

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34BBottom Layer

圖 9

7BHT45F4M 移動電源Demo Board – 零件清單

Part 數量 封裝型式或料號 備註

MCU HT45F4M 1 20SSOP

線圈電感 5.6uH/6A 1 SMD

PN-MOSFET AO4606 1 SOP8

P-MOSFET AO3401 1 SOT23

精準電壓源 TL431B 1 SOT23

按鍵開關 BUTTON 1 SMD

高亮度白光 LED LED 1

SMD LED LED 6 SMD 0603 4 綠 1 紅 1 藍

USB Mini-B 母座 1 SMD CONNCTOR

USB A 母座 1 插件式

0.1uF 5 0603

22uF/10V 4 1206 電容

1uF 2 0603

200K 1 0603

39K 1 0603

51K 1 0603

47K 1 0603

22K 1 0603

33K 2 0603

10K 2 0603

680 3 0603

1K 1 0603

10 3 0603

100K/1% 1 0603

200K/1% 2 0603

SMD 電阻

0.035/1%/0.5W 1 2010 電流偵測電阻

感溫元件 50K/25℃ 1 插件式

Schottky Diode 1N5819 1 SMA

Schottky Diode 1N5817 3 SMA

總數 52

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8BDemo Board圖片

圖 10

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9B放電轉換效率曲線圖

Note: The 0.1A conversion efficiency is lower because the MCU and LED have power consumption

10B小結

用 HT45F4M 開發的移動電源具有可實現同步整流效率高；移動電源自身待機電流低；抗干

擾能力強；具有競爭力價格等優點。相較於使用 Charge IC 搭配一般 MCU 製作的移動電源，

使用 HT45F4M 開發的移動電源可依照軟體修改各項充放電參數，不僅成本較低，針對不同

需求的產品支援度也遠高於傳統方案，隨著不斷的宣傳推廣，必將在市場中得到廣泛應用。