ZS6300移动电源方案基本参数详解---致尚微电子原创

ZS6300移动电源方案基本参数详解

----致尚微电子原创

移动电源专用管理IC（PowerBank IC）

概述 ZS6300 是一款应用于移动电源，集成了锂电池开关充电管理，DC-DC升压限流恒流，电池电量显示，按

键控制及锂电保护为一体的便携式电源管理IC。ZS6300 是以开关非线性方式进行充电，集成了包括涓流充

电，恒流充电和恒压充电全过程的充电方式，浮充电压精度在全温度范围可达±1%，并且具有充电电流纹波

小，充电效率高，充电温度低等优点，配合适当的外围器件可以达到2A甚至更高的充电电流。

ZS6300 的DC-DC升压输出电压可达到±1%的精度，可以提供高达90%以上的升压转换效率，同时具有精

确的升压限流功能。ZS6300 配置了4个LED恒流驱动端口，智能显示电池电量，芯片内置逻辑锁定功能，防

止电量指示的状态不稳，同时集成了电池真实电压追踪技术，跟踪电芯内部真实电量，防止充放电造成的电

压偏差。

ZS6300 为电池充电时电量指示灯常亮，外部输入电源去掉时，电路会自动转为升压。如检测到移动电

源没有向外部供电流，则一段时间自动进入待机状态，待机电流为26uA，可有效延长电池静态放置时间。此

时，短按按键可启动升压同时点亮电量指示灯，指示灯可通过短按按键熄灭。ZS6300 具有多重保护设计，

包括负载过流保护，短路保护，软启动保护等，同时芯片端口设计了高性能的ESD保护电路，使得该款芯片

具有极高的可靠性。电池放电在2.9V时关断，有效保护和延长电池充放次数和寿命。芯片硬件PWM驱动信号

加入抖频技术，对产品安规认证完全无压力。ZS6300 提供了SOP-16封装。

主要特点

 高耐压输入电压10V和过压警示功能 待机电流26uA 电池2.9V 过放保护 电池过充电保护4.2V 软启动功能 涓流/恒流/恒压三段式充电 充电电流1A或2A 充电浮充电压精度±1% 按键边充边放功能 输入电源掉电电池自动升压供电 升压效率高达94%（1A）92%（2A） 输入输出高精度电流采样 升压限流输出功能，能兼容大电流设备 负载过流及短路保护，能及时保护电路 USB 输出过压保护 手电筒功能 输出空载检测关断省电功能 精确逻辑控制的四格电量显示 先进的电池真实电压追踪技术 电池低压LED警示功能 开关频率500K 独有抖频技术，安规认证无压力用途 移动电源 UPS IPAD,MID备用电源 MP3,MP4,游戏机,数码相机等其他移动电源

功能描述 充电管理1. 充电功能ZS6300 用开关方式对电池进行涓流/恒流/恒压三段式充电。当电池电压低于3V 时进行涓流充电；当电池电压高于3V 时进行恒流充电；当电池电压接近4.2V 时进行恒压充电，此时充电电流开始逐渐减小，当电流减小到恒流充电电流的1/10 时，4 个LED 灯全部常亮，指示电池已经充饱。充饱时，芯片可选择电流进一步减小到零，维持浮充电压；或者终止充电，等待电池电压降低到一定电压(VRECHG)时进行复充

(Recharge)。2. 充电电流设定对电池充电的电流大小由芯片的SNS 引脚和BAT 引脚之间的采样电阻RS 来设定。恒流充电电流ICharge由下式决定： ICHARGE=0.02/RS涓流充电电流为ICHARGE 的1/8，充饱判断电流为ICHARGE 的1/10。3. 充电软启动功能当电池直接进入恒流充电时，ZS6300 会控制充电电流逐渐增大到设定值，避免了瞬间大电流冲击引起的各种问题。4. 按键边充边放功能ZS6300 具有按键启动边充边放功能，保证了USB 端负载的优先供电。如果充电过程中，输出USB 同时接有负载要给负载供电，可通过按键激活边充边放，ZS6300 会控制系统给电池充电同时供电给负载；如果负载所需电流值超过VRCS>6.7mV，ZS6300 会控制系统优先供电给负载，同时逐渐减小充电电流直到不充电，让全部输入电流供给负载，同时达到了输入限流的效果，如果VRCS<6.2mV，芯片会控制恢复充电。当移动电源充电时，短按按键，芯片会控制关闭充电，检测是否有便携设备接在USB 口，如果有则优先对其供电，如果没有，经过16s 后恢复充电。 升压功能ZS6300 具有同步升压功能，可将单节锂电池2.9V 到4.2V 之间的电压升压到5V 输出，给负载供电。电池电压低于2.9V 时，芯片系统将判断为电池电量不足，停止升压。当VIN 电压低于3.3V 时，系统将判断为电源适配器掉电，并启动升压电路。1. 升压限流功能升压时， ZS6300 通过CS 和CSN 检测负载电流，如果负载电流逐渐增加，到达限流值时输出电压会下降，直到不升压（同步整流PMOS 常开）。限流值的计算：ILIM=0.024/RCS2. 放电过流保护和短路保护功能负载电流超过限流电流继续增大，当CS 与CSN 两端的压差超过26mV，且维持时间超过1S，则系统启动负载过流保护功能，ZS6300 将会关闭USB 的输出通路MOS 管，进入待机状态。过流值的计算公式：IOCP=0.026/RCS3. 升压软启动功能芯片有升压软启动功能，在启动升压时，电流会逐渐增加到最大值，保证系统工作的稳定。4. 空载检测功能当负载电流小于30mA±10mA 持续60s 时，芯片判断外部负载消失，关闭输出进入待机状态。 保护功能1. 充电USB 短路保护当充电时USB 发生短路，芯片会关闭USB 输出，熄灭电量指示灯，短路解除后，短按按键可以解除短路保护状态，USB 输出打开，电量指示灯亮起，16s 后恢复充电。2. 升压USB 短路保护当电池升压时，USB 发生短路，芯片会关闭升压，进入待机状态；短按按键可以解除短路保护状态。3. 二级短路保护在某些极限状态下发生USB 短路，芯片检测不到短路状态，但仍然可以关闭USB 输出，短路解除后会自动恢复原来状态，保护器件不被损坏，电池端也不会出现大电流，保护IC 不会损坏。4. USB 过压保护输入电压过高，超过6V 时（板端采电压），芯片会控制关闭USB 输出，防止接在USB 的便携设备因为过压而损坏，指示灯闪烁，提示输入电压异常。输入电压正常后状态解除。 电池电量智能显示功能ZS6300 可以恒流驱动4 路LED 灯，每路电流为2.5mA，LED 灯的亮灭变化表示电池电量。

 系统其他控制功能当一个灯以2Hz 频率开始闪烁时，表示系统内部电池电量不足（即电池电压已经低于3.4V），需要充电，当电池继续放电至2.9V，这时升压系统将自动关闭，LED 灯闪烁停止并灭掉，系统进入待机状态。在无电源的情况下，短按按键，启动5V 升压系统给负载供电，同时LED 灯显示当前电量，输出空载时维持时间约为60 秒钟，之后LED 灯8s 自动熄灭，60s 无负载关闭5V 升压输出，如果在60 秒钟内灯熄灭的时候再一次短按开关，电量会马上重新显示。

 电阻的选择RS 和RCS 的精度影响采样电流的精度，因此推荐使用1%精度的电阻；对于封装，请根据电阻实际的功率计算，也可以用两个并联的形式分散热量。例如：RS 在升压时流过电流最大为2A，则它最大功耗是2×2×0.04Ω=0.16W 电容的选择CBAT，CSYS，COUT 电容为大电流的滤波电容，要使用瓷片电容（ESR 要控制在0.1Ω 以内）、电解电容+瓷片电容组合或单独的瓷片电容，针对1A 系统推荐使用22uF 的容值，在成本允许的条件下，增大CSYS 会使系统更加稳定；如果对升压输出纹波要求不高，也可略微减小COUT；如果针对更大电流系统，推荐将电容相应增大。体积允许情况下可替换成相应或更大容值的电解电容。任何情况下，选择质量较差的电容都会引起整个系统性能下降甚至无法正常工作，所以请慎重选择电容。 U2(PMOS) ,Q1/Q2(NMOS)的选择：对于U2(PMOS)和Q1/Q2(NMOS)，因为他们工作在开关条件下，要考虑他们的导通电阻和寄生电容，导通电阻小，直流损耗小；寄生电容小，开关损耗小；然而这两个量恰恰是矛盾的，即导通电阻越小，往往寄生电容越大，因此要采取折中的办法选取。针对1A 的系统推荐使用导通电阻约为50mΩ 或更小，寄生电容小于500pF 的MOS 管。1A 使用单颗PMOS 和单颗NMOS 即可。请慎重选择MOS，因为它之间影响系统的性能和寿命。 U1,Q3 的选择：对于U1 和Q3，因为他们工作在直流条件下，因此只需考虑导通电阻足够小即可，推荐使用导通电阻小于40mΩ 的MOS 管。 电感L1 的选择：对于1A 充电1A 升压的系统，推荐使用2.2uH~3.3uH 的电感，如果针对更大的电流，如1.5A 或2A，可以使用1.8uH 或2.2uH 的电感。电感最好使用屏蔽电感，这样会对布板和生产的要求降低。非屏蔽的电感会产生电磁场，电感绕线的方向会改变磁场的方向，干扰芯片的环路。如果一定要使用非屏蔽电感，需要SNS 和BAT 走线尽量远离电感。 升压带载测试：因为芯片增加了两级短路保护和软启动，所以对升压带载测试时有一定要求：如果USB 接大电容负载（某些型号的负载仪电容非常大），有可能误判短路保护。用电压源模拟电池时，各种型号电源的瞬态响应不同，电源线的阻抗也可能比较大，在升压带CC 或CR 负载或者带载启动时，也有可能出现短路保护的情况，带CV 负载不会出现这种情况。实际应用时，由于接的是电池，CC 或CR 的情况会改善，CV 仍然不会有问题。一般手机或便携数码设备输入电容都比较小，同时它们会检测输入电压，如果输入电压不够时不会充电，因此表现的是类似CV 的特性，所以实际移动电源成品给手机或便携数码设备充电时不会出现误判短路的情况。如果确实需要带这种负载，可以在CTR 对PGND 接一电容改善带载情况，推荐取值10nF，取100nF 或1000nF 带载效果会更优，但是短路保护效果会变差，建议谨慎使用，更大的取值强烈不推荐。PCB 布板注意事项 大电流回路大电流回路指开关时走大电流的器件和走线，在此系统中由U1，U2，Q1，Q2，Q3，L1，RS，RCS，CBAT，

CSYS，COUT 及他们之间的连线构成，他们的布线要尽量宽和短，高频开关（电流不连续）通路千万不能过通孔，

及CBAT，CSYS，Q1，Q2，U2，L1，RS 尽量在PCB 的同一面，且要放在一起。 SYS 和PGNDZS6300 的SYS 和PGND 引脚分别是芯片驱动部分的电源和地，在开关工作时会有瞬间大电流流入和流出，因

此布板时CSYS 要尽量靠近芯片的SYS 和PGND 同时靠近U2，Q1，Q2 滤波续流，SYS 和PGND 分别单独抽头引线到CSYS

的正端和负端，中间不能穿过大电流回路，布线尽量宽和短，尽量不要过通孔。 SNS 和BATSNS 和BAT 采样充电电流，要从RS 正负端单独引线并行到芯片，中间不能引线到其它部分。SNS 和BAT 要

远离高频信号线或通过地线隔离，如PGATE，NGATE，SW 等。 CS 和CSNCS 和CSN 采样负载电流，要从RCS 单独引线，具体与SNS 和BAT 同理。 其它说明1. RLED 正端要从CSYS 正端节点引出2. 芯片整体部分以模拟信号为主，因此尽量远离开关节点，若无法远离，请以地线隔离为佳