多功能充电宝

=====项目概述=====

       本项目是一款基于模块化设计理念的移动电源控制主板，专为可扩展、可定制的移动供电场景而设计。通过将电池模块与功能拓展模块分离，用户可自由搭配不同容量的电池与多种功能模块（如电筒、灯箱、风扇等），实现“一机多用”的灵活体验。主要是家里太多厂家不一样、容量不一样、内阻不一样的笔记本电脑18650电池，弃之可惜，故想此办法来物尽其用。核心控制部分采用高性能电源管理芯片组合，兼顾高效充放电与多场景适配能力。

       由于“智能硬件挑战赛”不支持多项目参加比赛，故使用多功能移动电源的控制板来参加比赛项目，其余的拓展模块链接如下：

       双节18650电池板&灯箱板&电筒板3in1

=====设计亮点=====

       本项目完全开源欢迎各位DIYer完善功能模块、开发新的模块。

        1.可更换电池模块

• • 支持不同容量、规格的锂电池组（如18650、21700等4.2V锂电池，目前已设计18650并联电池板），可根据续航需求自由更换，无需更换主控板即可实现续航升级，同时便于电池模块的单独充电、维护或更换，延长产品整体使用寿命。
  • 采用标准化接口，确保更换过程安全便捷。

       2.可开发的功能拓展模块

• • 已设计模块：

           电筒模块：引出IP5306芯片内置LED照明功能，直接驱动聚光型LED灯珠；

           灯箱模块：通过引出IP5306芯片内置的LED照明开关控制MOS管通断驱动灯箱的LED灯珠的5V供电，搭配3D打印个性化外壳，可作为桌面氛围灯或夜间小夜灯；。

• • 开放扩展性：

           开发者可基于此设计传感器模块、无线充电模块、风扇模块等，丰富应用场景。

=====设备接口=====

       USB-C连接器仅支持输入，CC1、CC2有下拉电阻。

       USB-A连接器支持设备接入自动开启升压。

       USB-C 充电输入     x1

       USB-A 输出5V         x2

       电池4Pin接口          x2

       扩展模块5pin接口 x1

=====芯片选择=====

       本项目采用IP5306+IP3005A 双芯片协同方案

       1.IP5306 核心特性

       作为一款集成度极高的移动电源专用管理芯片，IP5306 具备完整的充放电管理功能，支持 5V/2.1A 快充输入与输出，内置过压、过流、过温、短路等多重安全保护机制，能有效保障使用过程中的稳定性与安全性；同时芯片集成了 LED 电量指示、充电状态提示等实用功能，外围电路设计简洁，大幅降低 PCB 板布局难度，非常适合模块化产品的小型化设计需求。

       2.IP3005A 功能补充

       IP3005A 是英集芯推出的单节锂离子、锂聚合物电池专用保护IC，核心定位是为电池提供高精度、高可靠性的安全防护。作为专项保护芯片，IP3005A 的核心优势是检测精度高、保护范围全，能精准规避电池过充、过放、过流、短路等安全风险。通过监控内置 MOSFET 的电流实现过流检测，省去传统方案的采样电阻，减少 PCB 布局空间，降低 BOM 成本，契合模块化移动电源的小型化需求。当电池因长期闲置自放电至 0V 时，IP3005A 允许充电器直接启动充电（通过内部寄生二极管导通），解决 “废电池” 唤醒问题。

       3.协同工作机制

       IP5306 是高集成度电源管理 SOC（负责充放电控制、升压输出、电量显示），IP3005A 是专项电池保护 IC（负责电池端安全防护），两者分工明确、互补协同，构成 “管理 + 保护” 双重保障体系。

（1）核心分工：各司其职，覆盖 “电源 - 电池 - 负载” 全链路

功能模块	IP5306（电源管理 SOC）	IP3005A（电池保护 IC）
充放电控制	2.1A 充电输入、2.4A 放电输出；同步升压（效率 92%）	不直接控制充放电，仅监控电池状态，异常时切断回路
电量管理	4/3/2/1 颗 LED 电量显示；自动休眠（待机功耗 < 100μA）	无电量显示功能，仅输出保护信号
保护范围	输入过压、输出过流 / 短路、整机过温	电池过充、过放、过流、短路；0V 电池唤醒
保护精度	侧重系统级基础保护，精度中等	侧重电池端专项保护，精度更高（±50mV 电压误差）

（2）三大场景的协同逻辑

a.充电场景：“IP5306 控流 + IP3005A 限压”，避免电池过充

       正常充电：充电器通过 IP5306 的输入接口接入，IP5306 根据电池电压动态调节充电电流（从涓流→恒流→恒压），电流经 IP3005A 的内置 MOSFET 流向电池；

       过充保护触发：当电池电压升至 IP3005A 的过充阈值（如 4.28V）且持续时间超过保护延迟（240ms~400ms），IP3005A 立即关闭内置充电 MOSFET，切断充电回路；

       恢复充电：IP5306 检测到充电电流骤降为 0，判断充电回路断开，暂停充电输出；当电池电压自然降至 IP3005A 的过充恢复电压（如 4.1V），IP3005A 重新打开 MOSFET，IP5306 恢复充电，形成闭环控制。

b.放电场景：“IP5306 供电 + IP3005A 限流”，保护电池与负载

       正常放电：IP5306 将电池电压（3.7V 左右）同步升压至 5V，为移动设备或拓展模块（电筒、风扇）供电，放电电流经 IP3005A 的 MOSFET 回流至电池；

       过流 / 短路保护触发：若负载短路（如拓展模块接线错误）或放电电流超过 IP3005A 的阈值（如 4A），且持续时间超过保护延迟（5ms~15ms），IP3005A 立即关闭内置放电 MOSFET，切断放电回路；

       恢复放电：IP5306 检测到输出电压骤降，进入保护状态；用户断开故障负载后，IP3005A 检测到 VM 引脚电压降至 GND 附近，释放过流保护，重新打开 MOSFET，IP5306 恢复正常输出。

c.0V 电池唤醒场景：“IP3005A 允许 + IP5306 充电”，激活闲置电池

       当模块化移动电源的电池模块因长期闲置自放电至 0V 时，IP3005A 的 “0V 充电允许” 功能生效，允许充电器通过 IP5306 向电池供电；

       初始阶段，电流通过 IP3005A 的内置寄生二极管流向电池（小电流预充），IP5306 以涓流模式（约 100mA）充电；

       当电池电压回升至 IP3005A 的过放恢复电压（3.0V），IP3005A 打开 MOSFET，IP5306 切换至正常恒流充电模式（2.1A），完成电池唤醒。

=====组装及尺寸=====

在底壳上植入3粒3*4*5的热熔螺母，使用M3*8的螺丝将上盖、PCB、底壳连接固定在一起。

=====使用方法=====

       单击按钮开启USB-A升压输出，双击关闭升压及芯片内置LED照明，长按开启芯片内置LED照明。

       电量指示灯说明：

=====成果展示=====

=====3D文件=====

全套STL文件备用连接：makerworld、网盘下载