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标题: 移动电源保护电路的设计与产品的选择技巧 [打印本页]

作者: forsuccess 时间: 2014-11-15 19:39 标题: 移动电源保护电路的设计与产品的选择技巧

如今智能手机耗电量越来越大，大部分的智能手机电池都不可拆卸，一款容量大携带方便的移动电源就成了人们出门旅行必备的电子产品。但最近移动电源安全事故频出，让消费者与工程师不得不重新审视移动电源的设计与研发，而对于移动电源的内部构造，你又了解多少呢？
　　一个移动电源通常由外壳、电芯和电路板组成。外壳主要是产品封装，以及实现造型美观、保护等作用，常见为塑胶和金属，一些叫好的产品往往塑胶也是用的防火材料。电路板主要用于实现电压、电流控制、输入和输出控制，以及其他各项功能。电芯是移动电源中成本最高的组成部分，18650电芯和聚合物电芯是最常见的两种。除开电芯，移动电源中的电路板也非常重要。对于充电电池，规格书都有安全的充电截止电压和安全放电截止电压，有标定的额定最大工作电流。移动电源的设计，首先要安全的给聚合物电池充电，因为电池成本比较高，而且为了系统的安全可靠工作，要有一个充电管理系统。当需要给便携式设备充电时，聚合物电池对外放电，因为便携式设备普遍输入电压为5V，所以有一个升压5V的系统。不论是充电管理系统还是升压系统，都需要电路板来提供，所以移动电源内部电路板设计得好坏决定了产品的智能与否。
　　1. 过充保护 锂电池过充保护是用电源管理芯片去检测电压实现的，芯片内部在基准设置状态下（手机锂电池一般为3.5V）。当基准慢慢上升，当上升到VSS-VDD设计值时，这时的电压就是保护过充关断电压，通过逻辑关系输出低或者高电平来控制外部控制电路来实现过充保护。当电压缓慢下降时设置VSS-VDD电压值来取基准值当基准检测到在设置以下时，这是逻辑关系解除过充保护。
　　2. 过放保护 过放保护电压是指放电过渡时保护电池的最低电压，放电到这个电压点时，保护电路切断电路，达到保护电池的目的。根据电池寿命与放电深度的关系及电池电压与放电率和放电深度关系，结合设备实际负荷，确定电池放电终止电压，设计电池放电防护电路。
　　3.短路保护 短路造成的回路电流一般在额定工作电流的10倍以上，而过电流保护需要延迟约几十毫秒，直接短路导致的数十倍额定电流在几十毫秒内也会对电池组的性能产生影响。现有的保护方式有PPTC法，该方法是通过电流产生的热切断回路，也需要毫秒级的反应时间，同时增加了回路中的阻抗。也有专用于电池组的短路集成芯片，此芯片应用范围窄、成本高。
　　4.PTC介绍 PTC正温度系数热敏电阻又称 polyswitch，聚合物自复保险丝（polymer resettable fuse）聚合物自复保险丝由聚合物基体及使其导电的碳黑粒子组成。由于聚合物自复保险丝为导体，其上会有电流通过。当有过电流通过聚合物自复保险丝时，产生的热量（为I2R）将使其膨胀。从而碳黑粒子将分开、聚合物自复保险丝的电阻将上升。这将促使聚合物自复保险丝更快的产生热、膨胀得更大，进一步使电阻升高。当温度达到125°C时，电阻变化显著，从而使电流明显减小。此时流过聚合物自复保险丝的小电流足以使其保持在这个温度和处于高阻状态。当故障清除后，聚合物自复保险丝收缩至原来的形状重新将碳黑粒子联结起来，从而降低电阻至具有规定的保持电流这个水平。
　　了解了移动电源内部主要构件，那我们该如何选择一款优质的移动电源呢？
　　1.电芯 虽然我在前面写的文章中都曾屡次的介绍过电芯，但是未必用户明白，故在此我再描述一下，目前市场上常见的移动电源是采用18650和软包锂电池。 18650是一种液态的锂电池，外面一层厚厚的钢壳包着，也有铝壳的，圆柱形。另一种是糊状的锂电池，行业人士都称为软包，可以自定义各种各样的形状。 16850的优点是：工艺成熟，容量大，据说最大的一个可以做到3000mAh，如果单纯以电芯来论，那么18650是存在一定的安全性隐患，前几年的笔记本电池爆炸就是案例。（注明：概率是很低的，同时保护板选好，是可以有效的降低安全性的）软包锂电池是根据长宽厚以一定的数学公式进行计算容量的！最大的特点就是可以任意形状，这样可以凸显个性。目前市场非常有个性的移动电源基本上都是软包做的。他的优点目前来说，和18650相比，安全性隐患更低，就是18650可能会爆，但是软包最大的问题就是涨包，燃烧。其实那个好，从长远来看，还是软包好！当然在此我不是说排挤16850，毕竟这种产品用了十来年了，技术是相当的成熟。附加：16850做得比较好的，是三洋，松下。软包锂电池比较出名的有ATL，比克，邦凯，比亚迪等等。其他的还有朗达，力神，华粤宝，亿伟，豪鹏，曙鹏，美拜，海太阳，耀安等（注明，这是我还能记起来厂家名称的，并不代表全部，只供参考）。
　　2.保护板 PCBA 保护板主要是干几件事情，过充过放自动调节。我们用这样的一个比喻来说，一个人不吃饭饿过份了，和吃得太饱，是对身体没有好处的。因此为了保证移动电源的电芯不至于到两种极端，所以保护板在设计上做一个保护措施，避免对电芯的伤害。比如移动电源充满了，则自动关闭冲电，其实和手机那个充电器保护是一样一样的。此外保护板还有一个重要的功能，就是转换率。比如电芯标称的5000mAh给用户的设备充电的时候，并不是完全100%转换的。你1500mAh的手机电池，用5000mAh的移动电源充，理论上充三次多，但是实际上未必能充满。这就是因为电芯以及在这个充电过程中的物体是有电阻的，这要消耗一部份。因此保护板充当了这个角色，尽可能的减少内阻以及优化的IC线路设计可以让性能得到提高。具体的细节，这个需要IC或电子方面的知识。一个好的保护板，根据行业人士的介绍，好可以做到90%以上，而普通的则在80-85%左右。差的估计只有70%左右了。
　　3.重量差距 移动电源的外观和重量是不少用户选购时候首要考虑因素之一。漂亮时尚的外观不仅赏心悦目，也为日常使用增添了不少的色彩。小巧的机身重量也相对较轻，便携性得到提升，用户在日常活动中就可以非常方便的进行携带，增加实用性。目前市面上的主流移动电源产品外壳材质有两种，分别是塑胶或防火材料ABS+PC等塑料材质、全铝或铝合金的金属材质。塑料材质外壳一般都会经过钢琴烤漆工艺处理来增加美观度和舒适度，重量相对较轻;金属材质外壳一般会进行拉丝工艺或磨砂工艺处理，增加了金属质感，也提升了机身美感和手感，重量相对会略沉。一般说来，移动电源机身的体积重量与其电芯容量都是成正比的，体积越大则容量越大体积也越重，反之则越轻。大众用户选择 5000mAh左右电芯容量的移动电源基本能够保证为手机进行充电续航，而且体积较小，携带也比较轻便；10000mAh以上电芯容量的移动电源体积和重量就相对比较大了，用户在在外出携带时可以放在包中，适合平板电脑用户们选用;笔记本电脑用户一般都要选择20000mAh左右的移动电源才能确保为设备提供较为持久的电力支持，当然上述只是一个参考建议，在实际使用中，用户们的设备、充电次数和使用方法不尽相同，大家还是要结合自己的实际情况来选择移动电源的容量。

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