移動電源保護電路的設(shè)計與產(chǎn)品的選擇技巧

來源：中國測控網(wǎng)  作者：2014年10月01日 20:37

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[導(dǎo)讀] 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(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)。

關(guān)鍵詞：移動電源保護電路

　　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(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 鋰電池過充保護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。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。

　　2. 過放保護 過放保護電壓是指放電過渡時保護電池的最低電壓，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(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(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。現(xiàn)有的保護方式有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，進一步使電 阻升高。當(dāng)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(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，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(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，所以保護板在設(shè)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(guān)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(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(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。小巧的機身重量也相對較輕，便攜性得到提升，用戶在日常活動中就可以非常方便的進行攜帶，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(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。

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