任务介绍
我所选的任务是USB-C锂电池充电模块，要求设计一个支持USB-C接口的单节锂电池充电模块，具备充电状态指示LED，充电电流可调（100mA-1A），包含过充过放保护。
模块介绍
1.主要芯片选择与功能：模块核心采用充电管理+保护控制双芯片架构，确保充电过程安全可靠：
- TP4056：作为充电核心，支持单节锂电池恒流/恒压充电，最大充电电流由外部电阻（本设计中为10kΩ）设定为1A，具备充电状态指示（RED灯充电、GREEN灯充满）、过温保护、反接保护功能。其ESOP-8封装便于小型化布局，完美适配USB-5V输入场景。TP4056的DigiKey官网链接：https://www.digikey.cn/zh/products/detail/3peak/TPB4056A20-ES1R/22228644。
- DW01+SC8205A：DW01（控制芯片）实时监测电池电压、放电电流，当出现过充（＞4.35V）、过放（2.4V）、过流（＞3A）时，通过控制引脚驱动SC8205A（双N沟道MOS管）切断电池回路。SC8205A低导通电阻（典型8ｍΩ）的特性，确保大电流下的损耗可忽略，二者配合是锂电池保护电路的经典可靠方案。DW01的DigiKey官网链接：https://www.digikey.cn/zh/products/detail/shenzhen-slkormicro-semicon-co-ltd/DW01/26601036。
2.模块整体功能与应用：模块支持USB-C接口5V输入，可直接连接电脑、充电宝等设备；通过TP4056实现“恒流充电→恒压浮充”的自动化流程，同时由DW01全程守护电池安全；板载”充电（RED）、充满（GREEN）“LED指示灯，状态一目了然。
适用场景：小型便携电子设备的锂电池供电系统，也可作为电子设计竞赛、课程实验的电源模块原型。
原理图和PCB模块设计介绍
1.原理图设计
原理图电路逻辑分为四大功能模块，细节如下：
- USB-C供电接口：采用GT-USB-70028（USB1），仅保留VBUS（+5V）、GND引脚用于供电，CC引脚悬空以简化设计，VBUS直接连接TP4056的VIN引脚。
- TP4056充电控制：U4（TP4056）为核心，R3（可调电阻）设定充电电流为1A，D1（RED LED）指示充电状态，D2（GREEN LED）指示充满状态；C2（10μF）为输入滤波电容，稳定充电电压。
- DW01+SC8205A保护电路：U1（DW01）监测电池参数，R5（2.2kΩ）、C4（0.1μF）组成RC滤波电路；U3（SC8205A）作为功率开关，在DW01触发保护时切断电池回路；H1、H2为保护电路测试点，便于调试。
- 辅助测试接口：H3（+5V测试点）、H4（GND测试点）用于模块供电与接地的调试，可外接万用表或负载验证电路状态。
2.PCB设计
PCB设计遵循”小尺寸、易焊接、高可靠性“原则，布局与布线细节如下：
- 元件布局：TP4056（U4）居中布局，DW01（U1）、SC8205A（U3）紧邻BAT+/BAT-电池接口，缩短保护信号路径；USB-C接口（USB1）位于左上角，减少电源走线长度。
- 布线规则：VBUS（+5V）、BAT+/BAT-主回路走线宽度≥0.8ｍｍ，确保1A电流的载流能力；信号走线（如DW01控制引脚）宽度0.2ｍｍ，保证信号完整性；电源地采用大面积敷铜，增强抗干扰能力与散热性。
- 标识与可制造性：PCB底部明确标准BAT+、BAT-，便于电池接线；LED指示灯（D1、D2）旁标注”电源“”充满“，状态识别直观；板边预留焊接，支持排针扩展或固定安装。
模块主要性能指标和管脚定义
1.主要性能指标
指标类型 | 具体参数 |
|---|---|
输入参数 | 输入电压：5V（USB-C接口）；最大输入电流：1.2A（兼容USB-C供电能力） |
充电参数 | 充电电流：1A（由R3设定）；恒压充电电压：4.2V±1％ |
保护参数 | 过充保护：4.35V±25ｍＶ；过放保护：2.4V±100ｍＶ；过流保护：≥3A（由SC8205A导通电阻与DW01阈值决定） |
适用电池 | 单节锂离子/锂聚合物电池（3.7V标称，容量≤2000ｍＡｈ） |
板卡规格 | 板卡尺寸：约25ｍｍ×35ｍｍ；材质：FR-4；工作温度：-10℃～60℃ |
指示功能 | D1（RED）：充电中常亮；D2（GREEN）：充满常亮；保护触发时LED闪烁（异常状态提示） |
2. 管脚与接口定义
接口/管脚 | 名称 | 属性 | 功能描述 |
|---|---|---|---|
USB1 | USB-C | 输入 | 5V电源输入接口，VBUS接+5V，GND接地，实现USB-C供电适配 |
BAT+ | 电池正 | 输入/输出 | 锂电池正极连接端，为DW01、TP4056提供电池电压采样与充电回路 |
BAT- | 电池负 | 输入/输出 | 锂电池负极连接端，为保护电路与充电电路提供地参考 |
H1 | 保护测试 | 测试 | 测量DW01的DO引脚电平，判断过充/过流保护状态 |
H2 | 保护测试 | 测试 | 测量DW01的CO引脚电平，判断过放保护状态 |
H3 | +5V测试 | 测试 | 5V电源测试点，可外接小负载 |
H4 | GND测试 | 测试 | 模块地测试点，用于电路接地参考与调试 |
D1 | 充电指示 | 输出 | 红色LED，充电过程中常亮 |
D2 | 充满指示 | 输出 | 绿色LED，电池充满后常亮 |
ｅZ-PLM上新建物料和项目的截图
使用了eZ-PLM系统上传了自己的工程文件，方便保存记录各个版本，也可随时查阅，系统里查阅不到的物料也支持手动添加。
心得体会
通过参加这个活动，我认识了新的原理图和PCB设计工具，还了解了新的BOOM管理工具，非常感谢官方给予名额参加活动。通过这次对USB-C锂电池充电模块的设计，我对电池管理和电源管理的应用有了更深刻的理解和认识。
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