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移動電源電子電路設計開發內部電路保護設計解析
- 2019-09-25-

移動電源電子電路設計開發內部電路保護設計解析

如今智能手機耗電量越來越大,大部分的智能手機電池都不可拆卸,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品。但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計與研發,而對于移動電源的內部構造,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。電路板主要用于實現電壓、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高的組成部分,18650電芯和聚合物電芯是常見的兩種。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,因為電池成本比較高,而且為了系統的安全可靠工作,要有一個充電管理系統。當需要給便攜式設備充電時,聚合物電池對外放電,因為便攜式設備普遍輸入電壓為5V,所以有一個升壓5V的系統。不論是充電管理系統還是升壓系統,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設計值時,這時的電壓就是保護過充關斷電壓,通過邏輯關系輸出低或者高電平來控制外部控制電路來實現過充保護。當電壓緩慢下降時設置VSS-VDD電壓值來取基準值當基準檢測到在設置以下時,這是邏輯關系解除過充保護。
  2. 過放保護過放保護電壓是指放電過渡時保護電池的低電壓,放電到這個電壓點時,保護電路切斷電路,達到保護電池的目的。根據電池壽命與放電深度的關系及電池電壓與放電率和放電深度關系,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?,F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。也有專用于電池組的短路集成芯片,此芯片應用范圍窄、成本高。
  4.PTC介紹 PTC正溫度系數熱敏電阻又稱 polyswitch,聚合物自復保險絲(polymer resettable fuse)聚合物自復保險絲由聚合物基體及使其導電的碳黑粒子組成。由于聚合物自復保險絲為導體,其上會有電流通過。當有過電流通過聚合物自復保險絲時,產生的熱量(為I2R)將使其膨脹。從而碳黑粒子將分開、聚合物自復保險絲的電阻將上升。這將促使聚合物自復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。此時流過聚合物自復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。當故障清除后,聚合物自復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?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,行業人士都稱為軟包,可以自定義各種各樣的形狀。16850的優點是:工藝成熟,容量大,據說大的一個可以做到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!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。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,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.保護板PCBA 保護板主要是干幾件事情,過充過放自動調節。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,所以保護板在設計上做一個保護措施,避免對電芯的傷害。比如移動電源充滿了,則自動關閉沖電,其實和手機那個充電器保護是一樣一樣的。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,并不是完全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或電子方面的知識。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。漂亮時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行攜帶,增加實用性。目前市面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,當然上述只是一個參考建議,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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