近几年的ROBOCON赛事都在江阴举行，作为一支在广州的队伍，出于搬运设备的方便与节约预算，我们一般会选择乘坐硬卧去到赛场。但这就引起了一个问题，在长达十几小时的火车的过程中我们的成员很难找到给手机和平板充电的方式。火车上的插座实在有限而大容量充电宝又很笨重。此外，在备场进行调试的时候很多成员经常要待上一整天，但备场的排插也是十分有限的，而且要优先向电脑、压缩机、烙铁等设备供电，这就导致很多队员在一天的工作结束后手机已经处于一种几乎没电的状态。但是，我们并不缺少电能，我们会常备好几块容量4200mAh的6S航模电池，换算成手机电池电压差不多是20000mAh的容量了。那么，我们能不能将闲置的航模电池利用起来给手机充电呢。

为了给手机充电，我们需要解决两个问题，一个是将6S电池24V的电压降到手机需要的5V或12V电压，其次是让充电器与手机实现握手。第一个问题，考虑到大家的手机至少也有5V/2A的充电功率，这种时候如果使用线性稳压器的能量浪费会达到惊人的40W，先不论节能环保问题，光是发热就足够我们苦恼的了，所以这种时候使用BUCK拓扑的开关稳压器是最好的选择。关于第二个问题，我们可以在选型的时候选择自带协议的电源管理芯片，这样能够最大程度的帮我们简化设计，同时也能使得输出更加精准。在漫长的选型之后，我们最终选择使用IP6538AC芯片进行设计。

IP6538AC芯片是一款集成了MOS管同步整流的快充输出SOC，可以进行一路USB-A口和一路USB-C口的输出，其中A口的QC协议最高可达12V/3.5A，C口支持的PD协议最高可达11V/3A。芯片内部自带电压调节，同时外围器件的整体架构与一般的开关电源类似，容易上手。除此之外，芯片自带一个快充指示灯，在没有调动快充协议时指示灯呈呼吸灯状态，在使用了快充协议时，指示灯敞亮。然而美中不足的就是芯片开关频率只有150KHz，这导致在为了更好的纹波表现，我们需要选择更大的电感和输出电容，同时芯片的输入电容要求使用固态电容，这使得物料成本难以降低。下图是我们根据芯片数据手册绘制的原理图。

在绘制原理图时，有几个注意点。一是C口和A口的连接芯片的位置一定时A口连1，C口连2，不可调换。第二点是C口的DN对应芯片上的DM，这个是不同表述习惯导致的，第三就是芯片有4个VIN，其中的两个是连接输入固态电容，另外两个连接100nf电容即可。此外要说明的是，这个芯片外围电路所用到的MOS管只起到控制输出与否的左右，不会高频开关，所以不需要过多的考虑开关速度等问题，直接将栅极连接到对应的芯片引脚即可。

这颗芯片的layout并不复杂，按照一般的开关电源布板原则布板基本上不会有问题，如果对电流采样有高要求建议在采样线上使用差分对布来提高精度。以下是我选择的layout方式，可供参考。

在设计工作完成后，就可以打版测试了。由于这颗芯片采用了QFN封装，在焊接时务必耐心谨慎。下图是样板的实物图。

在测试时，为保证人身及财产安全，我们应在将充电器用于充电前检查USB口的VCC是否正常输出5V，需要注意的是，芯片的C口自带插入监测，在插入USB线之前，控制C口电源的MOS管处于关闭状态，C口无输出电压。在这之后，我们可以使用一个USB电流表来配合快充指示灯来对充电器工作状态进行监测。本次测试使用了一个带QC协议的充电宝进行测试。在插入设备后，充电器会先进入5V/1A的普通充电模式，此时快充指示灯呈呼吸灯状态，一段时间后电压上升到12V，电流上升到3.5A，如下图所示。使用示波器测量此时纹波仅有40mV左右，远远低于国标的200mV上限。至此，这个充电器的设计完成了基本要求。