鑒于目前網(wǎng)絡(luò)上移動(dòng)電源方案知識(shí)甚少，而移動(dòng)電源最核心的技術(shù)恰恰就在方案，故今天特別從在移動(dòng)電源網(wǎng)開(kāi)設(shè)移動(dòng)電源方案技術(shù)，對(duì)目前市面主流品牌，暢銷產(chǎn)品等移動(dòng)電源方案一一深度剖析，與移動(dòng)電源設(shè)計(jì)師和技術(shù)迷們一起分享！我們首款產(chǎn)品就選目前最熱門的小米10400mAh移動(dòng)電源吧。

 

研究移動(dòng)電源很久，各種方案滿天飛，有感而發(fā)寫一些東西和大家分享。這篇文章獻(xiàn)給移動(dòng)電源行業(yè)中的設(shè)計(jì)師朋友和一些技術(shù)迷。希望借這篇文章可以引發(fā)移動(dòng)電源行業(yè)對(duì)技術(shù)方案的重新思考。先從小米開(kāi)刀吧。小米移動(dòng)電源自面市以來(lái)，以低廉的價(jià)格、良好的做工以及品牌效應(yīng)受到市場(chǎng)的追捧。但在火熱的表象下卻需要一些冷靜的思考。這里假設(shè)大家對(duì)小米稍微有些認(rèn)識(shí)，不討論非技術(shù)性問(wèn)題，如外觀等。下面是小米電源板的正反面照片：
 

 

先看下小米的方案： BQ24195充放電集成芯片。

小米希望減小面積，所以選擇了充放電集成的方案。同時(shí)小米認(rèn)為TI的芯片會(huì)帶來(lái)更好的效率和可靠性。但實(shí)際上TI的芯片顯然不適合移動(dòng)電源使用。暫不說(shuō)2.8美金的售價(jià)。該芯片主要特征：

 

1、采用高壓工藝；

 

2、內(nèi)部集成了4顆MOS，其中一顆用于路徑管理，支持同時(shí)充放電，一顆用于檢測(cè)充電電流，剩下2顆N管組成雙N結(jié)構(gòu)；

 

3、1.5MHz開(kāi)關(guān)頻率這是為了使用小尺寸電感，因此電感DCR也小，在大電流輸出時(shí)效率會(huì)更好；

 

4、其中采用QFN24封裝尺寸小，但外圍還需要搭配很多器件。 電池充電電壓精度20mV這個(gè)指標(biāo)很一般。優(yōu)秀的指標(biāo)是2mV；

 

5、2A充放電效率在88%以上，但實(shí)際上移動(dòng)電源設(shè)計(jì)中需要外加電感、電流檢測(cè)電阻、鋰電保護(hù)等，所以整體效率在3.3V轉(zhuǎn)5V時(shí)僅有81%。2.4A時(shí)發(fā)熱達(dá)到100度，達(dá)到芯片極限。優(yōu)秀的芯片可以保證3V轉(zhuǎn)5V在2A時(shí)有90%以上的效率，溫度在50度以內(nèi)；

 

6、帶I2C接口調(diào)節(jié)各種閾值，但精度不夠。

 

 

1、 無(wú)法做輸出短路保護(hù)，是個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。外部短路保護(hù)性能必然不如芯片內(nèi)部保護(hù)。這是保險(xiǎn)公司需要考慮的問(wèn)題。

 

2、 無(wú)法實(shí)現(xiàn)電量檢測(cè)，需要外部電路?？傊琓I的該款芯片不是移動(dòng)電源最合適的芯片。

 

3、 ABOV單片機(jī)的選擇很多，無(wú)非是速度、字長(zhǎng)、指令集、存儲(chǔ)空間、外部資源等的區(qū)別。移動(dòng)電源中，單片機(jī)主要做狀態(tài)控制、顯示、按鍵響應(yīng)、電流電壓檢測(cè)、空載檢測(cè)、過(guò)溫保護(hù)等等。但注意的是單片機(jī)絕對(duì)不能做電源反饋環(huán)路控制。在這點(diǎn)上小米有清醒的認(rèn)識(shí)。但國(guó)內(nèi)諸多移動(dòng)電源的小公司仍然在鋌而走險(xiǎn)為降低成本采用所謂的MCU多合一方案。這里只需要說(shuō)明一點(diǎn)，但由于設(shè)計(jì)欠考慮，在早期的小米移動(dòng)電源中發(fā)生了無(wú)法檢測(cè)輸出空載的情況，在后面會(huì)談到。這都是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的ADC實(shí)際上是無(wú)法執(zhí)行微小電壓檢測(cè)的，失調(diào)電壓高達(dá)幾毫伏。

10mOhm sense電阻做放電電流采樣。但這個(gè)電阻后來(lái)在13年10月底緊急又改為100mOhm。小米的空載檢測(cè)和其他公司不太一樣。100mOhm電阻并沒(méi)有串聯(lián)在輸出通路，而只流過(guò)幾百毫安的電流，損耗100mW。空載檢測(cè)是行業(yè)難題。檢測(cè)電阻一般在50mOhm，4A電流下會(huì)產(chǎn)生800mW損耗，成為損耗的大戶。而且空載檢測(cè)的精度也只能做到50mA，也就是2.5mV。目前業(yè)界最好的水平是10mOhm檢測(cè)電阻，檢測(cè)30mA電流。

 

小米移動(dòng)電源10400mAh采用TI的tps2514芯片，很多人誤以為這是顆MOS，實(shí)際是用于手機(jī)智能識(shí)別的小芯片。目前移動(dòng)電源大多數(shù)不能智能識(shí)別手機(jī)類型，只是固定地將D D-短接或接到2V和2.7V。

 

過(guò)溫保護(hù)是很多廠家為省成本省掉的。小米算是比較有良心的公司。移動(dòng)電源雖然便宜，但揣在身上是個(gè)炸彈。任何的保護(hù)都不為過(guò)。

 

小米10400mAh移動(dòng)電源在用料上還是舍得花錢的，要知道每顆MOS需要幾毛錢人民幣。

 

小米10400mAh移動(dòng)電源采用了1顆鋰電保護(hù)芯片、2顆MOS和一個(gè)10mOhm熔絲做保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)的電池保護(hù)方式。這也是因?yàn)樾∶走x用的TI芯片不能做完善的電池保護(hù)所致。優(yōu)秀的芯片是可以對(duì)電池進(jìn)行全方位防護(hù)的，甚至不需要再另加電池保護(hù)。

 

9、 LG電芯小米采用的是傳統(tǒng)的鋰電池電芯，而非更好的聚合物電芯。當(dāng)然是成本的考慮。他們也是需要在成本和用戶體驗(yàn)上權(quán)衡的。畢竟LG愿意貼給小米。

 

10、 鋁外殼小米是個(gè)懂得營(yíng)銷的公司。時(shí)尚不時(shí)尚，長(zhǎng)得時(shí)尚最重要。當(dāng)然散熱也絕對(duì)是一個(gè)重要的考慮。

 

小米10400mAh移動(dòng)電源的電量顯示確實(shí)不上檔次。這和成本預(yù)算應(yīng)該有關(guān)系。另外想把板子做小，加個(gè)液晶屏也不合適。但四顆LED燈確實(shí)又不符合小米想體現(xiàn)的科技感。面積、成本和用戶體驗(yàn)是個(gè)艱難的平衡過(guò)程。真正致命的不是寒磣的問(wèn)題，小米對(duì)于電量檢測(cè)采用的是最簡(jiǎn)單的電池電壓檢測(cè)。如果瞬間插入適配器或手機(jī)可能會(huì)導(dǎo)致燈來(lái)回跳。目前小米產(chǎn)品的顯示方式還在改進(jìn)。

 

沒(méi)有這塊小小的散熱片，產(chǎn)品會(huì)非常燙。即使如此，小米也只敢讓電池工作到3.3V就停止放電。要知道再進(jìn)一步下降到3V甚至2.8V時(shí)，小米和保險(xiǎn)公司都會(huì)不自信。那其他移動(dòng)電源公司就更不用講了。

 

手機(jī)電阻用在移動(dòng)電源上就是為了讓板子看起來(lái)小。實(shí)際上小米采用的元件顆數(shù)并不少，差點(diǎn)就擺不下去了。優(yōu)秀的方案只需要10幾個(gè)元件。

 

總結(jié)：小米10400mAh移動(dòng)電源顯然想用TI的芯片、LG的電芯、Abov的MCU告訴用戶這是個(gè)很好的產(chǎn)品，并使用手機(jī)用的電阻等方式刻意做小PCB面積，樹(shù)立高大上的形象。然而這顯然不是最好的方案，無(wú)論從性能、元件個(gè)數(shù)或PCB面積，很多細(xì)節(jié)還沒(méi)有處理很好。下面列舉我們發(fā)現(xiàn)的一些問(wèn)題，實(shí)際很多問(wèn)題是選擇芯片方案所帶來(lái)的。

 

 

1、空載檢測(cè)問(wèn)題：手機(jī)充滿電后，移動(dòng)電源沒(méi)有待機(jī)，還在一直放電的狀態(tài)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)將10mOhm電阻換成100mOhm電阻。這涉及到空載檢測(cè)的問(wèn)題，前面有分析。

 

2、小米10400mAh移動(dòng)電源不能同時(shí)充放電：移動(dòng)電源同時(shí)插適配器和蘋果手機(jī)，手機(jī)顯示不能充電。這個(gè)涉及到同時(shí)充放的負(fù)面問(wèn)題。同時(shí)充放電時(shí)，輸入和輸出直接連接，當(dāng)適配器電流能力不能支持后面充電手機(jī)時(shí)就會(huì)拉死掉適配器。這是很危險(xiǎn)的事情。實(shí)際上這時(shí)手機(jī)原本可以檢查移動(dòng)電源D D-端口來(lái)判斷充電能力的，現(xiàn)在一旦和輸入連接，由適配器直接連接到手機(jī)充電，就無(wú)法知道適配器的帶載能力。最好的方式是不要同時(shí)充放電，先由電池給手機(jī)充滿，然后再用適配器給電池充滿。

 

3、效率問(wèn)題：實(shí)際放電6893.9mAh。效率為6893.9mAh/10400mAh=66.3%這不只是TI芯片及板上損耗的問(wèn)題，還有電池欠壓閾值過(guò)低的問(wèn)題。小米在電池電壓低于3.3V時(shí)就不再工作，可能出于防止過(guò)熱的考慮，也可能希望移動(dòng)電源不工作在預(yù)充電階段，節(jié)約充電時(shí)間。優(yōu)秀的移動(dòng)電源可以放出接近8000mAh。另外目前關(guān)于移動(dòng)電源效率的計(jì)算五花八門。本質(zhì)原因是效率很低，不敢給消費(fèi)者看。其實(shí)消費(fèi)者最關(guān)心的就是能充多少次手機(jī)。這里的公式是最客觀的。

 

4、電量顯示精度問(wèn)題，插手機(jī)時(shí)電量顯示燈會(huì)變。電量顯示問(wèn)題是一個(gè)行業(yè)問(wèn)題。很多時(shí)候廠家都是通過(guò)“欺騙”消費(fèi)者眼睛的方式回避了電量測(cè)試不準(zhǔn)的問(wèn)題。電量顯示一般可以由電流積分或電壓來(lái)判定。但每個(gè)電池電量和電壓關(guān)系都不同。電池內(nèi)阻會(huì)導(dǎo)致電池電流變化時(shí)檢測(cè)到的電壓會(huì)突變，造成指示燈來(lái)回跳。這就像開(kāi)電動(dòng)車的瞬間電量會(huì)突然掉下去一樣，是個(gè)電量計(jì)量的假象。目前電量檢測(cè)一般在30%精度，優(yōu)秀的方案可以做到1%。

 

5、 3.25V就不能對(duì)外輸出電流。沒(méi)有電池內(nèi)阻補(bǔ)償計(jì)算電池電壓，所以2A時(shí)在3.3V就不對(duì)外輸出了。這樣充手機(jī)的次數(shù)非常有限。這屬于嚴(yán)重問(wèn)題。小米可能有如下幾個(gè)考慮：低電池電壓時(shí)TI芯片發(fā)熱過(guò)大；低電池電壓時(shí)要經(jīng)過(guò)預(yù)充電階段，充電時(shí)間長(zhǎng)。

 

6、充滿電的時(shí)間比理論時(shí)間長(zhǎng)。這是普遍問(wèn)題。小米直接避過(guò)預(yù)充電階段進(jìn)入快速充電階段。但仍然無(wú)法避免恒壓充電階段。目前業(yè)界最先進(jìn)的方式是最大限度省掉恒壓充電時(shí)間，盡量恒流充電到底。

 

7、散熱問(wèn)題：工作溫度3.3V可以支持2A充電，芯片表面溫度65度，內(nèi)部溫度可能在80度，如果沒(méi)有加散熱片，熱量是可想而知的。如果帶2.4A負(fù)載，溫度高達(dá)100度。很多公司其實(shí)無(wú)法做到3V轉(zhuǎn)5V全部實(shí)現(xiàn)2A充電。目前優(yōu)秀的芯片可以做到3V轉(zhuǎn)5V達(dá)到2.4A電流，溫度在60度。

 

8、只有一個(gè)輸出口，沒(méi)辦法同時(shí)給手機(jī)和平板充電。

 

9、除充放電外，只有手電功能。

 

10、沒(méi)有用聚合物電芯，比較重。

 

整體來(lái)說(shuō)，小米的方案從技術(shù)上沒(méi)有太多新意，指標(biāo)平庸，但可靠性和商業(yè)上考慮比較多。移動(dòng)電源看似一個(gè)配件，但電源本身是極其復(fù)雜的一門學(xué)問(wèn)，需要沉下心來(lái)細(xì)細(xì)思考和優(yōu)化。而小米到底怎樣？需要行業(yè)去評(píng)判，也需要用戶去反饋。不過(guò)總的來(lái)說(shuō)，小米要走的路還很長(zhǎng)。