单芯片充电宝的原理

jf201006

同事的坏充电宝，其中有两个是烧了IP5407，
正好找了些不同方案的充电宝，一并整理一下，汇总成此帖。
主要分三部分汇报一下：

一、BUCK电路和BOOST电路的基本介绍
（一）BUCK降压电路
（二）BOOST升压电路
（三）可升降压的(四开关BUCKBOOST)电路
（四）同步双向 Buck/Boost 变换器
二、普通单芯片方案充电宝的拆解
（一）IP5407方案
（二）IP5306方案
（三）MP5016方案
（四）IP5506方案
三、单芯片快充方案的充电宝拆解
（一）IP5332方案
（二）IP5356方案
（三）XPM6325方案

一、BUCK电路与BOOST电路

BUCK降压电路与BOOST升压电路在一个系统电路中使用的是最多的，就简单原理做一个介绍。

（一）BUCK降压电路

1、电路中元件有：

开关K：高频周期性通断，通过控制导通时长调节输出电压；

电感L：储能元件，开关闭合时电能转化为磁能储存；开关断开时释放磁能转化为电能；

二极管D：开关断开阶段，为电感提供续流放电回路；

电容C：滤除输出电流纹波，平滑负载两端直流电压；

负载RL：后端用电负载。

2、工作阶段（CCM 连续导通模式）

阶段1：开关K闭合导通（Ton阶段）

电流通路：Vin→K→L→C与RL→地

二极管D阴极电位等于Vin，阳极接地，二极管反向截止，无电流。

电感两端电压：VL=Vin−Vout＞0，电感电流线性上升；

能量变化：输入电源向电感充电，电能转化为磁场能储存在电感，同时为电容、负载供电。

阶段2：开关K断开（Toff 阶段）

电感电流无法突变，产生反向感应电动势，二极管正向导通形成续流回路：

电感L右端→电容C、RL→地→极管D→电感L左端。

电感两端电压：VL=−Vout，电感电流线性下降；

能量变化：电感释放储存的磁场能，持续给负载、电容供电，二极管承担电感续流电流，避免高压尖峰损坏器件。

动图如下：

现实中一般使用开关管代替开关K，

如下图：

这就是非同步Buck电路的拓扑。

PWM为高电平时，MOS管QK导通（Ton）

电流通路：Vin→ MOS管QK→电感L→C//RL→地；

二极管 D 反向截止，无电流；

电感电压 VL=Vin−Vout＞0，电流线性上升，电源向电感储能，同时给负载供电。

PWM为低电平时，MOS管QK关断（Toff）

电感电流无法突变，产生反向电动势，续流二极管D正向导通；

续流通路：电感L→C//RL→地→二极管D→电感左端；

电感电压VL=−Vout，电流线性下降，电感释放磁场能维持负载供电。

3、PWM调压原理

伏秒积平衡：稳态工作时，一个开关周期内电感储能与释能相等，

(Vin−Vout​)*Ton=Vout*Toff​

开关总周期Ts=Ton+Toff，定义占空比D=Ton/Ts，化简得Buck电路核心公式：

Vout​=D*Vin​

因占空比范围0<D<1，因此输出电压必然小于输入电压，实现降压。

想提升Vout：则加宽PWM高电平，增大Ton，就是提高占空比D；

想降低Vout：收窄PWM高电平，减小Ton，则是降低占空比D。

4、同步Buck电路拓扑

将非同步Buck电路中的续流二极管D替换为同步整流MOS管QD，形成同步降压变换器。

这样，拓扑中包含上下两颗功率MOS管：

上管QK：主开关MOS，正向PWM驱动；

下管QD：同步整流MOS，与QK使用互补反向PWM驱动；

驱动要求：两路PWM增加死区时间，保证上管完全关断后下管再导通，防止Vin对地短路。

效率提升：

非同步Buck电路依靠二极管续流，二极管存在0.7~1.5V正向压降，大电流下损耗P=IL*Vf；

同步MOS管QD仅存在导通电阻损耗P=IL*Rds(on)，导通压降仅几十毫伏，续流损耗大幅降低，

大电流输出场景下，整机发热减少、转换效率提升。

同步Buck电路工作示意动图如下：

（二）BOOST升压电路

1、电路中元件有：

开关K：高频周期性通断，控制导通时长调节输出电压；

电感L：储能元件，开关闭合时储存磁能，开关断开时释放能量抬升电压；

二极管D：开关断开时导通，将电感能量输送至输出电容与负载；开关导通时反向截止，隔离输出侧；

电容C：储能滤波，维持负载稳定电压，抵消电感电流纹波；

负载RL：后端用电设备。

2、工作阶段（CCM连续导通模式）

阶段1：开关K闭合导通（Ton）

电流通路：Vin→电感L→导通开关K→地

二极管状态：二极管阳极电位等于地电位，阴极电位为Vout，反向截止，输出侧与输入侧断开。

电感工作：电感两端电压VL=Vin>0，电感电流线性上升；

能量变化：输入电源对电感充电，电能转化为磁场能储存在电感L中；此时仅靠输出电容C 独为负载RL供电。

阶段2：开关K断开（Toff）

电感特性：电感电流不能突变，产生左正右负的反向感应电动势，叠加输入电压Vin抬升节点电位。

电流通路：Vin→L→导通二极管D→电容C、负载RL→地。

电感工作：电感两端电压VL=Vin−Vout<0，电感电流线性下降；

能量变化：电感释放全部储存的磁场能，和输入电源一同向电容C充电、向负载RL供电，电容补充储存电荷，维持输出高压。

动图如下：

现实中一般使用MOS开关管代替开关K，

如下图：

这就是非同步BOOST电路的拓扑。

当PWM为高电平时，MOS管QK导通（Ton）

通路为：Vin→L→QK→地；二极管D反偏截止；

电感电流线性上升，电源向电感储能，电容单独给负载供电。

当PWM为低电平时，MOS管QK关断（Toff）

电感产生升压感应电动势，二极管正向导通；

通路为Vin+L感应电动势→D→C//RL→地；

电感释放磁场能，与输入电源共同给电容、负载供电，输出电压抬升。

3、PWM调压原理

伏秒积平衡：Vin*Ton=(Vout−Vin)*Toff​

总开关周期Ts=Ton+Toff，占空比D=Ton/Ts，化简得Boost电路核心公式：

Vout=Vin/(1−D)

占空比0<D<1，因此1/(1−D)>1，必然满足Vout>Vin，实现升压。

想提升Vout：则加宽PWM高电平，D增大，Vout​升高；

想降低Vout：收窄PWM高电平，D减小，Vout​回落。

4、同步BOOST电路拓扑

将非同步Boost的续流二极管D替换为同步整流MOS管QD，构成同步Boost升压变换器：

下管QK：主开关MOS，正向PWM驱动；

上管QD：同步整流MOS，与QK使用互补反向PWM驱动；

驱动要求：两路PWM增加死区时间，避免QK、QD同时导通造成输入电源短路。

核心优势：MOS导通电阻Rds(on)极小，导通损耗远低于二极管0.7~1.5V正向压降，大幅提升转换效率，适合大电流升压场景。

同步BOOST电路工作示意动图如下：

（三）可升降压的电路

从电路结构上看，在BUCK电路的输出端，再接一个BOOST电路，共用一个电感，

就可以使输出电压既可以低于输入电压，也可以高于输入电路，

这就是：四开关BUCKBOOST电路

从电感往左边看就是一个BUCK电路，往右边看就是一个BOOST电路，

通过控制四个开关的不同状态，就可以实现升降压。

下面是四开关BUCKBOOST电路的拓扑：

电路中的四个开关M1, M2,M3,M4（通常为MOS）会以不同的组合方式工作。

降压 (Buck) 模式：当Vin>Vout时，M3保持断开，M4保持导通。此时，M1和M2会像标准的同步整流BUCK电路一样，通过高频开关来降低电压。

升压 (Boost) 模式：当Vin<Vout时，M1保持导通，M2保持断开。此时，M3和M4会像标准的BOOST电路一样工作，通过开关动作来提升电压。

过渡模式 (Transition Mode)：当输入电压非常接近输出电压时，电路会进入一个平滑的过渡区域，通过更复杂的控制策略（如移相控制）来实现无缝切换，避免模式频繁跳变带来的不稳定。

由于使用国MOS管进行同步整流，能显著减少能量损耗，大幅提升转换效率，尤其适合大电流应用。

工作动图如下：

（四）同步双向 Buck/Boost 变换器

这个电路，从左向右看是一个同步BUCK电路，可以实现降压；从右向左看是一个同步BOOST电路，可以进行升压。所以，其可以实现双向能量流动。

左进右出时：QH​、QL​按 同步Buck 降压逻辑 PWM 控制，把电压降低；

右进左出时：QH​、QL​切换为同步Boost 升压控制逻辑，升高电压。

这就是充电宝的概念：

单芯片充电宝的充放电示意图如下：

Qi1与Q12是输入通路关断，隔离 Vin 充电口，防止电流倒灌损坏充电器。

以下图为例说明：

充电时：Qi1、Qi2 两只MOS都打开，Vin电压直通到Vbus，QH、QL按Buck时序PWM开关，把Vbus的5V降压给锂电池BAT充电；

放电时：Qi1、Qi2 全部关闭，隔离Vin充电口，锂电池 BAT电压，通过 L、QH、QL升压稳定到5V 输出到 Vbus。

在实际应用中，充电时，芯片闭环调节占空比，实现恒流恒压（CC/CV）充电控制逻辑：先恒流快充，电池到 4.2V 后转为恒压，充满自动停充，避免过充损坏电池；

放电升压时，芯片实时调节 PWM 占空比，无论电池电压从4.2V 降到3V，Vbus 始终稳压5V，满足USB规范。

工作动图如下：

现在单芯片移动电源经典架构就是共用一套 L/C 电感电容功率回路，一套 QH/QL 同步 MOS 管实现双向能量流动，集成输入隔离管Qi1/Qi2。

最简单的单芯片充电宝方案使用的类似IP5407等8脚芯片。

IP5407是英集芯移动电源管理SOC芯片支持2.1A充电和2.4A放电：

还有MP2636等

二、早期一些充电宝

最早的充电宝电路复杂，还有单片机支持，能做到10W左右很不错了，

后出现了一些单芯片方案10W（5V@2A）芯片，使充电宝的门槛低些。

（一）IP5407方案

IP5407是英集芯的2A充电，2.1A/2.4A放电，集成DCP功能的芯片，也集成了NTC功能来检测电池温度。

官方给出的的内部框图如下：

应用示意图如下：

两个管脚配合电源和地，控制4个LED指示电量

1、蓝途移动电源T203

两块10000mAh的刀片电池，接口丰富

标签表明是2025-09-05生产的

主板很寒酸

图中可见IP5407已经烧起包了。

电池保护由原来喜闻乐见的DW01+8205进化到单芯片的XB4908了。

电路图如下：

只有主板上的TYPEA母座（Output4）接了DCP充电协议,

其他三个输出口都是自带线的，是两线输出，并联使用的。

输入除了板上的MicroUSB口，还有一个自带线的USB公头，并联使用的。

看主板上的板号，主板似乎是2023年12月生产的。

2、Power Bank DK02

单块10000mAh的刀片电池。

主板中规中矩，

这个也是IP5407坏了，是7脚(SW)与9脚(GND)短路了。

电路图如下：

应该是2023年10月生产的。

3、一个不知名的充电宝

只剩主板了，

从主板标识可知，应该是2018年11月生产的，

电路如下：

无字的主控应该是IP5407，

电池保护还是经典的DW01+8205。

其实现在网商上的充电宝套件都是使用的IP5407的，

如下面这个，电池免焊接的。

（二）IP5306方案

这个主板原来是单块刀片电池，10000mA使用的，好像是疫情前，电池坏了，就留下了主板

主要元件

IP5306 是一款集成升压转换器、 锂电池充电管理、电池电量指示的多功能电源管理SOC，

2.1A充电、2.4A放电，为移动电源提供完整的电源解决方案。

XB8089D是一款专为单节锂离子聚合物电池设计的保护IC，

具有过充保护、过放保护、过电流保护等多重保护功能，采用SOP8-PP封装。

电路图如下：

Q1是给分压电阻供电的开关，

D-分压为2V；D+分压为2.7，应该2.1A输出的协议。

（三）T.World 充电宝 X-100Q

这个也是单片10000mAh电池的充电宝，比较早了，表面的类肤涂层已经粘手了，

主板情况

使用了MP5016方案，最大充电电流可达到2A，同步升压输出电流最大可达到2.4A。

电感的贴纸上依稀可见是2018年生产的。目前MP5016已经停产了。

MP5016功能图如下

应用电路如下

主板电路如下：

电池保护使用经典的DW01+8205.

（四）Power Bank DX280

很卡通的一款充电宝

内部使用了两节21700电池

主板

主要元件

主控是IP5506，一款集成升压转换器、 锂电池充电管理、

电池电量指示的多功能电源管理 SOC，为数码管显示移动电源提供完整的电源解决方案。

其16脚的封装，功能较前面的8脚封装的主控功能要多一些。

如可设定不同的按键方式、可设定电芯容量、可设定不同电池类型等等。

IP5506 内部系统框图

IP5506由于内置了14bit的ADC及库仑计算法，可精确测量电池电压和电流，

准确计算出电池电量信息。

充电电路径示意如下

IP5506 数码管应用的典型应用原理图

主板电路图如下：

似乎是2024年12月生产的。

值得注意的是：电路中IP5506的6脚与11脚似乎与手册中反了，但工作正常。

三、单芯片快充方案的充电宝拆解

（一）Benks邦克仕18W快充移动电源PBM01

参数

使用了刀片电池10000mAh 3.85V 38.5Wh，

主板

主要元件

丝印W332芯片，是英集芯的IP5332多合一SOC芯片。

可同时支持多个USB口，并且均支持多种快充协议，

集成双向PD功能，且支持多种电压电池，最大充电电流5A，

最大支持18W输出，同时内置电量计功能，内置功率管，

芯片支持锂电池NTC温度检测，确保使用安全。

丝印303A是锂电池保护芯片，

HYCON宏康的HY2116-OB6A，高压锂电池保护IC。

电池保护是HY2116+8205(3并）。

IP5332应用如下：

主板上的TYPEC口不支持PD快充

Lightning线接口接好线，使用PDO和PPS的快充头可以激活快充，

画了一下电路图

发现主板上的C口实际是芯片的Micro-B口；

Lightning线接口实际是芯片的TYPE-C口；

芯片的TYPE-A是没有使用的。

这就解释了上面的测试结果。

协议测试主板C口（实际是芯片的Micro-B口，只能充电）如下

主板的Lightning接口（实际是芯片的TYPE-C口，可以充放电）如下

这块板上可以引出TYPE-A口，支持QC快充的，没有拍照片。

（二）使用IP5356方案的快充充电宝

1、使用LED作电量指示的

IP5356 是一款集成 QC2.0 / QC3.0/SCP 输出快充协议、FCP/AFC/SFCP 输入输出快充协议、MTK PE+ 1.1&2.0 输出快充协议、USB C/PD2.0/PD3.0 输入输出协议、

USB C PD3.0 PPS 输出协议、兼容 BC1.2/苹果/三星手机、同步升/降压转换器、

锂电池充电管理、电池电量指示等多功能的电源管理 SOC，

为快充移动电源提供完整的电源解决方案。

IP5356的高集成度与丰富功能，只需一个电感实现降压与升压功能，

在应用时仅需极少的外围器件，有效减小整体方案的尺寸。

主板如下

C口支持协议

A口支持协议

内部功能框图如下

电路如下

电路没有使用NTC功能，

电池保护使用两个类XB4908并联。

2、使用188数码管作电量指示的

主板如下：

只有一个C口，协议如下：

纹波如下：

数码管指示情况

应用原理图如下：

从标有USB1的接口，引出带CC线的TYPEC头，进行测试

好像只能QC快充。

原理图如下：

（三）使用XPM6325方案的快充充电宝

XPM6325 是一款集成度高，性能卓越，应用灵活的电源管理芯片，

适用于锂离子电池和锂聚合物电池的充电管理和电源路径管理系统。

应用图如下：

主板如下：

C口协议

输出纹波

XPM6329 内置同步开关架构的锂电池充电管理系统。由5套独立的控制环路组成，

通过采样输入电压、输入电流、电池电压、电池充电电流和芯片温度共5 参数对功率开关管进行 PWM 调制，

从而形成高性能的充电系统。

开关充电系统工作在 500KHz 频率，采用电流模控制，具有快速的响应速度，此外还有逐周期过流过压保护功能。

XPM6325集成开关mos管，High-side/Low-side开关管采用20mΩ 通电阻NMOS，

00KHz工作频率的同步开关升压转换系统，采用电流模控制环路，

具有快速的响应速度和低输出电压纹波特性。转换效率保持89%以上。

电路图如下：

芯片资料的PDF，小心避坑。

充电宝电路图：

快充充电宝电路图：

2026年第9号台风“巴威”的中心已于11日23时20分前后在浙江台州玉环坎门登陆，
台风无情人有情，防汛防台共抗风。

谢谢观赏！！
祝坛友们天天开心！

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