揭秘移動電源內部保護電路設計
發布時間:2019-05-28 責任編輯:lina
【導讀】rujinzhinengshoujihaodianliangyuelaiyueda,dabufendezhinengshoujidianchidoubukechaixie,yikuanrongliangdaxiedaifangbiandeyidongdianyuanjiuchenglerenmenchumenlvxingbibeidedianzichanpin。danzuijinyidongdianyuananquanshigupinchu,rangxiaofeizheyugongchengshibudebuzhongxinshenshiyidongdianyuandeshejiyuyanfa,erduiyuyidongdianyuandeneibugouzao,niyoulejieduoshaone?
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一個移動電源通常由外殼、電芯和電路板組成。外殼主要是產品封裝,以及實現造型美觀、保護等作用,常見為塑膠和金屬,一些叫好的產品往往塑膠也是用的防 火材料。電路板主要用於實現電壓、電流控製、輸入和輸出控製,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。
對於充電電池,規格書都有安全的充電截止電壓和安全放電截止電壓,有標定 的額定最大工作電流。移動電源的設計,首先要安全的給聚合物電池充電,因為電池成 benbijiaogao,erqieweilexitongdeanquankekaogongzuo,yaoyouyigechongdianguanlixitong。dangxuyaogeibianxieshishebeichongdianshi,juhewudianchiduiwaifangdian,yinweibianxieshishebeipubianshurudianyawei5V,所以 有一個升壓5V的係統。不論是充電管理係統還是升壓係統,都需要電路板來提供,所以移動電源內部電路板設計得好壞決定了產品的智能與否。
1. 過充保護
鋰電池過充保護是用電源管理芯片去檢測電壓實現的,芯片內部在基準設置狀態下(手機鋰電池一般為3.5V)。當基準慢慢上升,當上升到VSS-VDD設 計ji值zhi時shi,這zhe時shi的de電dian壓ya就jiu是shi保bao護hu過guo充chong關guan斷duan電dian壓ya,通tong過guo邏luo輯ji關guan係xi輸shu出chu低di或huo者zhe高gao電dian平ping來lai控kong製zhi外wai部bu控kong製zhi電dian路lu來lai實shi現xian過guo充chong保bao護hu。當dang電dian壓ya緩huan慢man下xia降jiang時shi設she置zhiVSS-VDD電壓值來 取基準值當基準檢測到在設置以下時,這是邏輯關係解除過充保護。
2. 過放保護
過(guo)放(fang)保(bao)護(hu)電(dian)壓(ya)是(shi)指(zhi)放(fang)電(dian)過(guo)渡(du)時(shi)保(bao)護(hu)電(dian)池(chi)的(de)最(zui)低(di)電(dian)壓(ya),放(fang)電(dian)到(dao)這(zhe)個(ge)電(dian)壓(ya)點(dian)時(shi),保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)切(qie)斷(duan)電(dian)路(lu),達(da)到(dao)保(bao)護(hu)電(dian)池(chi)的(de)目(mu)的(de)。根(gen)據(ju)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)與(yu)放(fang)電(dian)深(shen)度(du)的(de)關(guan)係(xi)及(ji)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya) 與放電率和放電深度關係,結合設備實際負荷,確定電池放電終止電壓,設計電池放電防護電路。
3.短路保護
短路造成的回路電流一般在額定工作電流的10倍以上,而過電流保護需要延遲約幾十毫秒,直接短路導致的數十倍額定電流在幾十毫秒內也會對電池組的性能產 生影響。現有的保護方式有PPTC法,該方法是通過電流產生的熱切斷回路,也需要毫秒級的反應時間,同時增加了回路中的阻抗。也有專用於電池組的短路集成 芯片,此芯片應用範圍窄、成本高。
4.PTC介紹
PTC正溫度係數熱敏電阻又稱 polyswitch,聚合物自複保險絲(polymer resettable fuse)聚合物自複保險絲由聚合物基體及使其導電的碳黑粒子組成。由於聚合物自複保險絲為導體,其上會有電流通過。
當有過電流通過聚合物自複保險絲時, 產生的熱量(為I2R)將使其膨脹。從而碳黑粒子將分開、聚合物自複保險絲的電阻將上升。這將促使聚合物自複保險絲更快的產生熱、膨脹得更大,進一步使電 阻升高。當溫度達到125°C時,電阻變化顯著,從而使電流明顯減小。
此時流過聚合物自複保險絲的小電流足以使其保持在這個溫度和處於高阻狀態。當故障清 除後,聚合物自複保險絲收縮至原來的形狀重新將碳黑粒子聯結起來,從而降低電阻至具有規定的保持電流這個水平。 了解了移動電源內部主要構件,那我們該如何選擇一款優質的移動電源呢?
5.電芯
雖然我在前麵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shi一yi種zhong液ye態tai的de鋰li電dian池chi,外wai麵mian一yi層ceng厚hou厚hou的de鋼gang殼ke包bao著zhe,也ye有you鋁lv殼ke的de,圓yuan柱zhu形xing。另ling一yi種zhong是shi糊hu狀zhuang的de鋰li電dian池chi,行xing業ye人ren士shi都dou稱cheng為wei軟ruan包bao,可ke以yi自zi定ding義yi各ge種zhong各ge樣yang的de形xing狀zhuang。
16850的優點是:工藝成熟,容量大,據說最大的一個可以做到3000mAh,如果單純以電芯來論,那麼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,同時保護板選好,是可以有效的降低安全性的) 軟包鋰電池是根據長寬厚以一定的數學公式進行計算容量的!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,從長遠來看,還是軟包好!當然在此我不是說排擠16850,畢竟這種產品用了十來年了,技術是相當的成熟。
6.保護板PCBA
保(bao)護(hu)板(ban)主(zhu)要(yao)是(shi)幹(gan)幾(ji)件(jian)事(shi)情(qing),過(guo)充(chong)過(guo)放(fang)自(zi)動(dong)調(tiao)節(jie)。我(wo)們(men)用(yong)這(zhe)樣(yang)的(de)一(yi)個(ge)比(bi)喻(yu)來(lai)說(shuo),一(yi)個(ge)人(ren)不(bu)吃(chi)飯(fan)餓(e)過(guo)份(fen)了(le),和(he)吃(chi)得(de)太(tai)飽(bao),是(shi)對(dui)身(shen)體(ti)沒(mei)有(you)好(hao)處(chu)的(de)。因(yin)此(ci)為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)移(yi)動(dong)電(dian)源(yuan) 的(de)電(dian)芯(xin)不(bu)至(zhi)於(yu)到(dao)兩(liang)種(zhong)極(ji)端(duan),所(suo)以(yi)保(bao)護(hu)板(ban)在(zai)設(she)計(ji)上(shang)做(zuo)一(yi)個(ge)保(bao)護(hu)措(cuo)施(shi),避(bi)免(mian)對(dui)電(dian)芯(xin)的(de)傷(shang)害(hai)。比(bi)如(ru)移(yi)動(dong)電(dian)源(yuan)充(chong)滿(man)了(le),則(ze)自(zi)動(dong)關(guan)閉(bi)衝(chong)電(dian),其(qi)實(shi)和(he)手(shou)機(ji)那(na)個(ge)充(chong)電(dian)器(qi)保(bao)護(hu)是(shi)一(yi)樣(yang)一(yi) 樣的。
此外保護板還有一個重要的功能,就是轉換率。比如電芯標稱的5000mAh給用戶的設備充電的時候,並不是完全100%轉換的。 你1500mAh的手機電池,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。
因此保護板充當了這個角色,盡可能的減少內阻以及優化的IC線路設計可以讓性能得到提高。具體的細節,這個需要IC或電子方麵的知 識。 一個好的保護板,根據行業人士的介紹,好可以做到90%以上,而普通的則在80-85%左右。差的估計隻有70%左右了。
7.重量差距
yidongdianyuandewaiguanhezhongliangshibushaoyonghuxuangoushihoushouyaokaolvyinsuzhiyi。piaoliangshishangdewaiguanbujinshangxinyuemu,yeweirichangshiyongzengtianlebushaodesecai。xiaoqiaodejishenzhongliangyexiangduijiaoqing,bianxiexingdedaotisheng,yonghuzairichanghuodongzhongjiukeyifeichangfangbiandejinxingxiedai,zengjiashiyongxing。
目前市麵上的主流移動電源產品外殼材質有兩種,分別是塑膠或防火材料ABS+PC等塑料材質、全鋁或鋁合金的金屬材質。塑料材質外殼一般都會經過鋼琴烤 漆工藝處理來增加美觀度和舒適度,重量相對較輕;金屬材質外殼 一般會進行拉絲工藝或磨砂工藝處理,增加了金屬質感,也提升了機身美感和手感,重量相對會略沉。
一般說來,移動電源機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進行充電續航,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備 提供較為持久的電力支持,當然上述隻是一個參考建議,在實際使用中,用戶們的設備、充電次數和使用方法不盡相同,大家還是要結合自己的實際情況來選擇移動電源的容量。
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