移動電源方案技術(shù)深度剖析連載一：小米10400

　　引言：

　　鑒于目前網(wǎng)絡(luò)上移動電源方案知識甚少，而移動電源最核心的技術(shù)恰恰就在方案，從今開始特在移動電源網(wǎng)開設(shè)移動電源方案技術(shù)篇連載，對目前市面主流品牌，暢銷產(chǎn)品等移動電源方案一一深度剖析，與移動電源設(shè)計師和技術(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移動電源吧。

　　正文：

　　移動電源網(wǎng)獨家撰稿，轉(zhuǎn)載請保留出處鏈接。

　　大家好!我是來福，移動電源資深技術(shù)愛好者，鑒于目前網(wǎng)絡(luò)上移動電源方案知識甚少，而移動電源最核心的技術(shù)恰恰就在方案，從今開始特在移動電源網(wǎng)開設(shè)移動電源方案技術(shù)篇連載，對目前市面主流品牌，暢銷產(chǎn)品等移動電源方案一一深度剖析，與移動電源設(shè)計師和技術(shù)迷們一起分享!以下僅代表個人觀點，歡迎批評指正。

　　研究移動電源很久，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)給移動電源行業(yè)中的設(shè)計師朋友和一些技術(shù)迷。希望借這篇文章可以引發(fā)移動電源行業(yè)對技術(shù)方案的重新思考。先從小米開刀吧。小米移動電源自面市以來，以低廉的價格、良好的做工以及品牌效應(yīng)受到市場的追捧。但在火熱的表象下卻需要一些冷靜的思考。這里假設(shè)大家對小米稍微有些認(rèn)識，不討論非技術(shù)性問題，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。同時小米認(rèn)為TI的芯片會帶來更好的效率和可靠性。但實際上TI的芯片顯然不適合移動電源使用。暫不說2.8美金的售價。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，支持同時充放電，一顆用于檢測充電電流，剩下2顆N管組成雙N結(jié)構(gòu);

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

　　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，但實際上移動電源設(shè)計中需要外加電感、電流檢測電阻、鋰電保護等，所以整體效率在3.3V轉(zhuǎn)5V時僅有81%。2.4A時發(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。

　　我對這樣的芯片方案會有以下幾個問題：

　　1、 無法做輸出短路保護，是個嚴(yán)重的問題。外部短路保護性能必然不如芯片內(nèi)部保護。這是保險公司需要考慮的問題。

　　2、 無法實現(xiàn)電量檢測，需要外部電路總之，TI的該款芯片不是移動電源最合適的芯片。

　　3、 ABOV單片機單片機的選擇很多，無非是速度、字長、指令集、存儲空間、外部資源等的區(qū)別。移動電源中，單片機主要做狀態(tài)控制、顯示、按鍵響應(yīng)、電流電壓檢測、空載檢測、過溫保護等等。但注意的是單片機絕對不能做電源反饋環(huán)路控制。在這點上小米有清醒的認(rèn)識。但國內(nèi)諸多移動電源的小公司仍然在鋌而走險為降低成本采用所謂的MCU多合一方案。這里只需要說明一點，但由于設(shè)計欠考慮，在早期的小米移動電源中發(fā)生了無法檢測輸出空載的情況，在后面會談到。這都是因為單片機的ADC實際上是無法執(zhí)行微小電壓檢測的，失調(diào)電壓高達(dá)幾毫伏。

　　4、 空載檢測

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

　　5、 手機智能識別

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

　　6、 過溫保護

　　過溫保護是很多廠家為省成本省掉的。小米算是比較有良心的公司。移動電源雖然便宜，但揣在身上是個炸彈。任何的保護都不為過。

　　7、 采用了4顆6mOhm的MOS

　　小米10400mAh移動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。

　　8、 電池保護

　　小米10400mAh移動電源采用了1顆鋰電保護芯片、2顆MOS和一個10mOhm熔絲做保護。標(biāo)準(zhǔn)的電池保護方式。這也是因為小米選用的TI芯片不能做完善的電池保護所致。優(yōu)秀的芯片是可以對電池進行全方位防護的，甚至不需要再另加電池保護。

　　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上權(quán)衡的。畢竟LG愿意貼給小米。

　　10、 鋁外殼小米是個懂得營銷的公司。時尚不時尚，長得時尚最重要。當(dāng)然散熱也絕對是一個重要的考慮。

　　11、 4顆LED燈顯示電量

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

　　12、0402電阻

　　手機電阻用在移動電源上就是為了讓板子看起來小。實際上小米采用的元件顆數(shù)并不少，差點就擺不下去了。優(yōu)秀的方案只需要10幾個元件。

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

　　下面列舉幾個大家使用過小米10400mAh移動電源后的反饋，主要總結(jié)一些和技術(shù)相關(guān)的反饋：

　　1、空載檢測問題：手機充滿電后，移動電源沒有待機，還在一直放電的狀態(tài)。后來發(fā)現(xiàn)將10mOhm電阻換成100mOhm電阻。這涉及到空載檢測的問題，前面有分析。

　　2、小米10400mAh移動電源不能同時充放電：移動電源同時插適配器和蘋果手機，手機顯示不能充電。這個涉及到同時充放的負(fù)面問題。同時充放電時，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時就會拉死掉適配器。這是很危險的事情。實際上這時手機原本可以檢查移動電源D D-端口來判斷充電能力的，現(xiàn)在一旦和輸入連接，由適配器直接連接到手機充電，就無法知道適配器的帶載能力。最好的方式是不要同時充放電，先由電池給手機充滿，然后再用適配器給電池充滿。

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

　　4、電量顯示精度問題，插手機時電量顯示燈會變。電量顯示問題是一個行業(yè)問題。很多時候廠家都是通過“欺騙”消費者眼睛的方式回避了電量測試不準(zhǔn)的問題。電量顯示一般可以由電流積分或電壓來判定。但每個電池電量和電壓關(guān)系都不同。電池內(nèi)阻會導(dǎo)致電池電流變化時檢測到的電壓會突變，造成指示燈來回跳。這就像開電動車的瞬間電量會突然掉下去一樣，是個電量計量的假象。目前電量檢測一般在30%精度，優(yōu)秀的方案可以做到1%。

　　5、 3.25V就不能對外輸出電流。沒有電池內(nèi)阻補償計算電池電壓，所以2A時在3.3V就不對外輸出了。這樣充手機的次數(shù)非常有限。這屬于嚴(yán)重問題。小米可能有如下幾個考慮：低電池電壓時TI芯片發(fā)熱過大;低電池電壓時要經(jīng)過預(yù)充電階段，充電時間長。

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

　　7、散熱問題：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。很多公司其實無法做到3V轉(zhuǎn)5V全部實現(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、只有一個輸出口，沒辦法同時給手機和平板充電。小米以后肯定會改進。

　　9、除充放電外，只有手電功能。小米以后肯定會改進。

　　10、沒有用聚合物電芯，比較重。小米以后肯定會改進。 整體來說，小米的方案從技術(shù)上沒有太多新意，指標(biāo)平庸，但可靠性和商業(yè)上考慮比較多。移動電源看似一個配件，但電源本身是極其復(fù)雜的一門學(xué)問，需要沉下心來細(xì)細(xì)思考和優(yōu)化。中國電子工業(yè)需要升級，而不能再走低質(zhì)低價的老路。目前市面上方案非常多，但確實都多少有問題，沒有行業(yè)公認(rèn)比較好的解決方案。