移動電源內(nèi)部電路保護(hù)設(shè)計揭秘

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電源就成了人們出門旅行必備的電子產(chǎn)品。但最近移動電源安全事故頻出，讓消費者與工程師不得不重新審視移動電源的設(shè)計與研發(fā)，而對于移動電源的內(nèi)部構(gòu)造，你又了解多少呢? 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電源就成了人們出門旅行必備的電子產(chǎn)品。但最近移動電源安全事故頻出，讓消費者與工程師不得不重新審視移動電源的設(shè)計與研發(fā)，而對于移動電源的內(nèi)部構(gòu)造，你又了解多少呢？ 一個移動電源通常由外殼、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。電路板主要用于實現(xiàn)電壓、電流控制、輸入和輸出控制，以及其他各項功能。電芯是移動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，移動電源中的電路板也非常重要。對于充電電池，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。移動電源的設(shè)計，首先要安全的給聚合物電池充電，因為電池成 本比較高，而且為了系統(tǒng)的安全可靠工作，要有一個充電管理系統(tǒng)。當(dāng)需要給便攜式設(shè)備充電時，聚合物電池對外放電，因為便攜式設(shè)備普遍輸入電壓為5V，所以 有一個升壓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，所以移動電源內(nèi)部電路板設(shè)計得好壞決定了產(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電壓實現(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) 計值時，這時的電壓就是保護(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現(xiàn)過充保護(hù)。當(dāng)電壓緩慢下降時設(shè)置VSS-VDD電壓值來 取基準(zhǔn)值當(dāng)基準(zhǔn)檢測到在設(shè)置以下時，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保護(hù)電池的最低電壓，放電到這個電壓點時，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)備實際負(fù)荷，確定電池放電終止電壓，設(shè)計電池放電防護(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)也會對電池組的性能產(chǎn) 生影響?，F(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，也需要毫秒級的反應(yīng)時間，同時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)保險絲(polymer resettable fuse)聚合物自復(fù)保險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)保險絲為導(dǎo)體，其上會有電流通過。當(dāng)有過電流通過聚合物自復(fù)保險絲時， 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)保險絲的電阻將上升。這將促使聚合物自復(fù)保險絲更快的產(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，電阻變化顯著，從而使電流明顯減小。此時流過聚合物自復(fù)保險絲的小電流足以使其保持在這個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)定的保持電流這個水平。 了解了移動電源內(nèi)部主要構(gòu)件，那我們該如何選擇一款優(yōu)質(zhì)的移動電源呢？　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，目前市場上常見的移動電源是采用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)點是：工藝成熟，容量大，據(jù)說最大的一個可以做到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)行計算容量的!最大的特點就是可以任意形狀，這樣可以凸顯個性。目前市場非常有個性的移動電源基本上都是軟包 做的。他的優(yōu)點目前來說，和18650相比，安全性隱患更低，就是18650可能會爆，但是軟包最大的問題就是漲包，燃燒。 其實那個好，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，過充過放自動調(diào)節(jié)。我們用這樣的一個比喻來說，一個人不吃飯餓過份了，和吃得太飽，是對身體沒有好處的。因此為了保證移動電源 的電芯不至于到兩種極端，所以保護(hù)板在設(shè)計上做一個保護(hù)措施，避免對電芯的傷害。比如移動電源充滿了，則自動關(guān)閉沖電，其實和手機(jī)那個充電器保護(hù)是一樣一 樣的。 此外保護(hù)板還有一個重要的功能，就是轉(zhuǎn)換率。比如電芯標(biāo)稱的5000mAh給用戶的設(shè)備充電的時候，并不是完全100%轉(zhuǎn)換的。 你1500mAh的手機(jī)電池，用5000mAh的移動電源充，理論上充三次多，但是實際上未必能充滿。這就是因為電芯以及在這個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)了這個角色，盡可能的減少內(nèi)阻以及優(yōu)化的IC線路設(shè)計可以讓性能得到提高。具體的細(xì)節(jié)，這個需要IC或電子方面的知 識。 一個好的保護(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。差的估計只有70%左右了。

　　3.重量差距移動電源的外觀和重量是不少用戶選購時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)身重量也相對較輕，便攜性得到提升，用戶在日?；顒又芯涂梢苑浅７奖愕倪M(jìn)行攜帶，增加實用性。 目前市面上的主流移動電源產(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，重量相對較輕;金屬材質(zhì)外殼一般會進(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，重量相對會略 沉。 一般說來，移動電源機(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電源體積和重 量就相對比較大了，用戶在在外出攜帶時可以放在包中，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)然上述只是一個參考建議，在實際使用中，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)合自己的實際情況來選擇移動電源的容量。