移動(dòng)電源保護(hù)電路的設(shè)計(jì)與產(chǎn)品的選擇技巧

來源：中國測(cè)控網(wǎng)  作者：2014年10月01日 20:37

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[導(dǎo)讀] 如今智能手機(jī)耗電量越來越大，大部分的智能手機(jī)電池都不可拆卸，一款容量大攜帶方便的移動(dòng)電源就成了人們出門旅行必備的電子產(chǎn)品。但最近移動(dòng)電源安全事故頻出，讓消費(fèi)者與工程師不得不重新審視移動(dòng)電源的設(shè)計(jì)與研發(fā)。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)電源保護(hù)電路

　　如今智能手機(jī)耗電量越來越大，大部分的智能手機(jī)電池都不可拆卸，一款容量大攜帶方便的移動(dòng)電源就成了人們出門旅行必備的電子產(chǎn)品。但最近移動(dòng)電源安全事故頻出，讓消費(fèi)者與工程師不得不重新審視移動(dòng)電源的設(shè)計(jì)與研發(fā)，而對(duì)于移動(dòng)電源的內(nèi)部構(gòu)造，你又了解多少呢？

　　一個(gè)移動(dòng)電源通常由外殼、電芯和電路板組成。外殼主要是產(chǎn)品封裝，以及實(shí)現(xiàn)造型美觀、保護(hù)等作用，常見為塑膠和金屬，一些叫好的產(chǎn)品往往塑膠也是用的防 火材料。電路板主要用于實(shí)現(xiàn)電壓、電流控制、輸入和輸出控制，以及其他各項(xiàng)功能。電芯是移動(dòng)電源中成本最高的組成部分，18650電芯和聚合物電芯是最常 見的兩種。 除開電芯，移動(dòng)電源中的電路板也非常重要。對(duì)于充電電池，規(guī)格書都有安全的充電截止電壓和安全放電截止電壓，有標(biāo)定 的額定最大工作電流。移動(dòng)電源的設(shè)計(jì)，首先要安全的給聚合物電池充電，因?yàn)殡姵爻?本比較高，而且為了系統(tǒng)的安全可靠工作，要有一個(gè)充電管理系統(tǒng)。當(dāng)需要給便攜式設(shè)備充電時(shí)，聚合物電池對(duì)外放電，因?yàn)楸銛y式設(shè)備普遍輸入電壓為5V，所以 有一個(gè)升壓5V的系統(tǒng)。不論是充電管理系統(tǒng)還是升壓系統(tǒng)，都需要電路板來提供，所以移動(dòng)電源內(nèi)部電路板設(shè)計(jì)得好壞決定了產(chǎn)品的智能與否。

　　1. 過充保護(hù) 鋰電池過充保護(hù)是用電源管理芯片去檢測(cè)電壓實(shí)現(xiàn)的，芯片內(nèi)部在基準(zhǔn)設(shè)置狀態(tài)下（手機(jī)鋰電池一般為3.5V）。當(dāng)基準(zhǔn)慢慢上升，當(dāng)上升到VSS-VDD設(shè) 計(jì)值時(shí)，這時(shí)的電壓就是保護(hù)過充關(guān)斷電壓，通過邏輯關(guān)系輸出低或者高電平來控制外部控制電路來實(shí)現(xiàn)過充保護(hù)。當(dāng)電壓緩慢下降時(shí)設(shè)置VSS-VDD電壓值來 取基準(zhǔn)值當(dāng)基準(zhǔn)檢測(cè)到在設(shè)置以下時(shí)，這是邏輯關(guān)系解除過充保護(hù)。

　　2. 過放保護(hù) 過放保護(hù)電壓是指放電過渡時(shí)保護(hù)電池的最低電壓，放電到這個(gè)電壓點(diǎn)時(shí)，保護(hù)電路切斷電路，達(dá)到保護(hù)電池的目的。根據(jù)電池壽命與放電深度的關(guān)系及電池電壓 與放電率和放電深度關(guān)系，結(jié)合設(shè)備實(shí)際負(fù)荷，確定電池放電終止電壓，設(shè)計(jì)電池放電防護(hù)電路。

　　3.短路保護(hù) 短路造成的回路電流一般在額定工作電流的10倍以上，而過電流保護(hù)需要延遲約幾十毫秒，直接短路導(dǎo)致的數(shù)十倍額定電流在幾十毫秒內(nèi)也會(huì)對(duì)電池組的性能產(chǎn) 生影響。現(xiàn)有的保護(hù)方式有PPTC法，該方法是通過電流產(chǎn)生的熱切斷回路，也需要毫秒級(jí)的反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)增加了回路中的阻抗。也有專用于電池組的短路集成 芯片，此芯片應(yīng)用范圍窄、成本高。

　　4.PTC介紹  PTC正溫度系數(shù)熱敏電阻又稱 polyswitch，聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲（polymer resettable fuse）聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲由聚合物基體及使其導(dǎo)電的碳黑粒子組成。由于聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲為導(dǎo)體，其上會(huì)有電流通過。當(dāng)有過電流通過聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲時(shí)， 產(chǎn)生的熱量（為I2R）將使其膨脹。從而碳黑粒子將分開、聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲的電阻將上升。這將促使聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲更快的產(chǎn)生熱、膨脹得更大，進(jìn)一步使電 阻升高。當(dāng)溫度達(dá)到125°C時(shí)，電阻變化顯著，從而使電流明顯減小。此時(shí)流過聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲的小電流足以使其保持在這個(gè)溫度和處于高阻狀態(tài)。當(dāng)故障清 除后，聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲收縮至原來的形狀重新將碳黑粒子聯(lián)結(jié)起來，從而降低電阻至具有規(guī)定的保持電流這個(gè)水平。

　　了解了移動(dòng)電源內(nèi)部主要構(gòu)件，那我們?cè)撊绾芜x擇一款優(yōu)質(zhì)的移動(dòng)電源呢？

　　1.電芯 雖然我在前面寫的文章中都曾屢次的介紹過電芯，但是未必用戶明白，故在此我再描述一下，目前市場(chǎng)上常見的移動(dòng)電源是采用18650和軟包鋰電池。 18650是一種液態(tài)的鋰電池，外面一層厚厚的鋼殼包著，也有鋁殼的，圓柱形。另一種是糊狀的鋰電池，行業(yè)人士都稱為軟包，可以自定義各種各樣的形狀。 16850的優(yōu)點(diǎn)是：工藝成熟，容量大，據(jù)說最大的一個(gè)可以做到3000mAh，如果單純以電芯來論，那么18650是存在一定的安全性隱患，前幾年的筆記本電池爆炸就是案例。（注明：概率是很低的，同時(shí)保護(hù)板選好，是可以有效的降低安全性的） 軟包鋰電池是根據(jù)長寬厚以一定的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算容量的！最大的特點(diǎn)就是可以任意形狀，這樣可以凸顯個(gè)性。目前市場(chǎng)非常有個(gè)性的移動(dòng)電源基本上都是軟包 做的。他的優(yōu)點(diǎn)目前來說，和18650相比，安全性隱患更低，就是18650可能會(huì)爆，但是軟包最大的問題就是漲包，燃燒。 其實(shí)那個(gè)好，從長遠(yuǎn)來看，還是軟包好！當(dāng)然在此我不是說排擠16850，畢竟這種產(chǎn)品用了十來年了，技術(shù)是相當(dāng)?shù)某墒臁?附加：16850做得比較好的，是三洋，松下。軟包鋰電池比較出名的有ATL，比克，邦凱，比亞迪等等。其他的還有朗達(dá)，力神，華粵寶，億偉，豪鵬，曙鵬，美拜，海太陽，耀安等（注明，這是我還能記起來廠家名稱的，并不代表全部，只供參考）。

　　2.保護(hù)板 PCBA 保護(hù)板主要是干幾件事情，過充過放自動(dòng)調(diào)節(jié)。我們用這樣的一個(gè)比喻來說，一個(gè)人不吃飯餓過份了，和吃得太飽，是對(duì)身體沒有好處的。因此為了保證移動(dòng)電源 的電芯不至于到兩種極端，所以保護(hù)板在設(shè)計(jì)上做一個(gè)保護(hù)措施，避免對(duì)電芯的傷害。比如移動(dòng)電源充滿了，則自動(dòng)關(guān)閉沖電，其實(shí)和手機(jī)那個(gè)充電器保護(hù)是一樣一 樣的。 此外保護(hù)板還有一個(gè)重要的功能，就是轉(zhuǎn)換率。比如電芯標(biāo)稱的5000mAh給用戶的設(shè)備充電的時(shí)候，并不是完全100%轉(zhuǎn)換的。 你1500mAh的手機(jī)電池，用5000mAh的移動(dòng)電源充，理論上充三次多，但是實(shí)際上未必能充滿。這就是因?yàn)殡娦疽约霸谶@個(gè)充電過程中的物體是有電阻 的，這要消耗一部份。因此保護(hù)板充當(dāng)了這個(gè)角色，盡可能的減少內(nèi)阻以及優(yōu)化的IC線路設(shè)計(jì)可以讓性能得到提高。具體的細(xì)節(jié)，這個(gè)需要IC或電子方面的知 識(shí)。 一個(gè)好的保護(hù)板，根據(jù)行業(yè)人士的介紹，好可以做到90%以上，而普通的則在80-85%左右。差的估計(jì)只有70%左右了。

　　3.重量差距 移動(dòng)電源的外觀和重量是不少用戶選購時(shí)候首要考慮因素之一。漂亮?xí)r尚的外觀不僅賞心悅目，也為日常使用增添了不少的色彩。小巧的機(jī)身重量也相對(duì)較輕，便攜性得到提升，用戶在日常活動(dòng)中就可以非常方便的進(jìn)行攜帶，增加實(shí)用性。 目前市面上的主流移動(dòng)電源產(chǎn)品外殼材質(zhì)有兩種，分別是塑膠或防火材料ABS+PC等塑料材質(zhì)、全鋁或鋁合金的金屬材質(zhì)。塑料材質(zhì)外殼一般都會(huì)經(jīng)過鋼琴烤 漆工藝處理來增加美觀度和舒適度，重量相對(duì)較輕;金屬材質(zhì)外殼一般會(huì)進(jìn)行拉絲工藝或磨砂工藝處理，增加了金屬質(zhì)感，也提升了機(jī)身美感和手感，重量相對(duì)會(huì)略 沉。 一般說來，移動(dòng)電源機(jī)身的體積重量與其電芯容量都是成正比的，體積越大則容量越大體積也越重，反之則越輕。大眾用戶選擇 5000mAh左右電芯容量的移動(dòng)電源基本能夠保證為手機(jī)進(jìn)行充電續(xù)航，而且體積較小，攜帶也比較輕便；10000mAh以上電芯容量的移動(dòng)電源體積和重 量就相對(duì)比較大了，用戶在在外出攜帶時(shí)可以放在包中，適合平板電腦用戶們選用;筆記本電腦用戶一般都要選擇20000mAh左右的移動(dòng)電源才能確保為設(shè)備 提供較為持久的電力支持，當(dāng)然上述只是一個(gè)參考建議，在實(shí)際使用中，用戶們的設(shè)備、充電次數(shù)和使用方法不盡相同，大家還是要結(jié)合自己的實(shí)際情況來選擇移動(dòng)電源的容量。

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