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深度揭曉,小米移動(dòng)電源設(shè)計(jì)的真正內(nèi)幕

發(fā)布時(shí)間:2014-04-08 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】現(xiàn)在移動(dòng)電源的設(shè)計(jì)方案真的是到處都是,但是質(zhì)量層出不窮。先前本站從拆解的角度揭示了小米移動(dòng)電源的內(nèi)幕,本文就目前較火的小米旗下的移動(dòng)電源來做些較深層次的設(shè)計(jì)分析。文章會(huì)從移動(dòng)電源設(shè)計(jì)與用戶反饋兩個(gè)方面深度剖析小米移動(dòng)電源設(shè)計(jì)的真正內(nèi)幕。到底如何,下文將為大家揭曉!
 
鑒于目前網(wǎng)絡(luò)上移動(dòng)電源方案知識(shí)甚少,而移動(dòng)電源最核心的技術(shù)恰恰就在方案,故今天特別從在移動(dòng)電源網(wǎng)開設(shè)移動(dòng)電源方案技術(shù),對(duì)目前市面主流品牌,暢銷產(chǎn)品等移動(dòng)電源方案一一深度剖析,與移動(dòng)電源設(shè)計(jì)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(dòng)電源吧。
 
研究移動(dòng)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(dòng)電源行業(yè)中的設(shè)計(jì)師朋友和一些技術(shù)迷。希望借這篇文章可以引發(fā)移動(dòng)電源行業(yè)對(duì)技術(shù)方案的重新思考。先從小米開刀吧。小米移動(dòng)電源自面市以來,以低廉的價(jià)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(duì)小米稍微有些認(rèn)識(shí),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:
 
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。
BQ24195充放電集成芯片
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小米希望減小面積,所以選擇了充放電集成的方案。同時(shí)小米認(rèn)為TI的芯片會(huì)帶來更好的效率和可靠性。但實(shí)際上TI的芯片顯然不適合移動(dòng)電源使用。暫不說2.8美金的售價(jià)。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(shí)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(shí)效率會(huì)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(gè)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(shí)際上移動(dòng)電源設(shè)計(jì)中需要外加電感、電流檢測電阻、鋰電保護(hù)等,所以整體效率在3.3V轉(zhuǎn)5V時(shí)僅有81%。2.4A時(shí)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(shí)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。
 
對(duì)這樣的芯片方案會(huì)發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問題:
 
1、 無法做輸出短路保護(hù),是個(gè)嚴(yán)重的問題。外部短路保護(hù)性能必然不如芯片內(nèi)部保護(hù)。這是保險(xiǎn)公司需要考慮的問題。
 
2、 無法實(shí)現(xiàn)電量檢測,需要外部電路??傊?,TI的該款芯片不是移動(dòng)電源最合適的芯片。
 
3、 ABOV單片機(jī)的選擇很多,無非是速度、字長、指令集、存儲(chǔ)空間、外部資源等的區(qū)別。移動(dòng)電源中,單片機(jī)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(hù)等等。但注意的是單片機(jī)絕對(duì)不能做電源反饋環(huán)路控制。在這點(diǎn)上小米有清醒的認(rèn)識(shí)。但國內(nèi)諸多移動(dòng)電源的小公司仍然在鋌而走險(xiǎn)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(diǎn),但由于設(shè)計(jì)欠考慮,在早期的小米移動(dòng)電源中發(fā)生了無法檢測輸出空載的情況,在后面會(huì)談到。這都是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的ADC實(shí)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。
BQ24195充放電集成芯片
4、 空載檢測
空載檢測
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10mOhm sense電阻做放電電流采樣。但這個(gè)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??蛰d檢測是行業(yè)難題。檢測電阻一般在50mOhm,4A電流下會(huì)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(jī)智能識(shí)別
手機(jī)智能識(shí)別
小米移動(dòng)電源10400mAh采用TI的tps2514芯片,很多人誤以為這是顆MOS,實(shí)際是用于手機(jī)智能識(shí)別的小芯片。目前移動(dòng)電源大多數(shù)不能智能識(shí)別手機(jī)類型,只是固定地將D D-短接或接到2V和2.7V。
 
6、 過溫保護(hù)
 過溫保護(hù)
過溫保護(hù)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(dòng)電源雖然便宜,但揣在身上是個(gè)炸彈。任何的保護(hù)都不為過。
 
7、 采用了4顆6mOhm的MOS
采用了4顆6mOhm的MOS
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小米10400mAh移動(dòng)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(hù)
電池保護(hù)
小米10400mAh移動(dòng)電源采用了1顆鋰電保護(hù)芯片、2顆MOS和一個(gè)10mOhm熔絲做保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)的電池保護(hù)方式。這也是因?yàn)樾∶走x用的TI芯片不能做完善的電池保護(hù)所致。優(yōu)秀的芯片是可以對(duì)電池進(jìn)行全方位防護(hù)的,甚至不需要再另加電池保護(hù)。
 
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(yàn)上權(quán)衡的。畢竟LG愿意貼給小米。
 
10、 鋁外殼小米是個(gè)懂得營銷的公司。時(shí)尚不時(shí)尚,長得時(shí)尚最重要。當(dāng)然散熱也絕對(duì)是一個(gè)重要的考慮。
 
11、 4顆LED燈顯示電量
4顆LED燈顯示電量
小米10400mAh移動(dòng)電源的電量顯示確實(shí)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(gè)液晶屏也不合適。但四顆LED燈確實(shí)又不符合小米想體現(xiàn)的科技感。面積、成本和用戶體驗(yàn)是個(gè)艱難的平衡過程。真正致命的不是寒磣的問題,小米對(duì)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(jī)可能會(huì)導(dǎo)致燈來回跳。目前小米產(chǎn)品的顯示方式還在改進(jìn)。
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12、散熱片
散熱片
沒有這塊小小的散熱片,產(chǎn)品會(huì)非常燙。即使如此,小米也只敢讓電池工作到3.3V就停止放電。要知道再進(jìn)一步下降到3V甚至2.8V時(shí),小米和保險(xiǎn)公司都會(huì)不自信。那其他移動(dòng)電源公司就更不用講了。
 
13、0402電阻
0402電阻
手機(jī)電阻用在移動(dòng)電源上就是為了讓板子看起來小。實(shí)際上小米采用的元件顆數(shù)并不少,差點(diǎn)就擺不下去了。優(yōu)秀的方案只需要10幾個(gè)元件。
 
總結(jié):小米10400mAh移動(dòng)電源顯然想用TI的芯片、LG的電芯、Abov的MCU告訴用戶這是個(gè)很好的產(chǎn)品,并使用手機(jī)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(gè)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(shí)際很多問題是選擇芯片方案所帶來的。
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下面列舉幾個(gè)大家使用過小米10400mAh移動(dòng)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(jī)充滿電后,移動(dòng)電源沒有待機(jī),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(dòng)電源不能同時(shí)充放電:移動(dòng)電源同時(shí)插適配器和蘋果手機(jī),手機(jī)顯示不能充電。這個(gè)涉及到同時(shí)充放的負(fù)面問題。同時(shí)充放電時(shí),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(jī)時(shí)就會(huì)拉死掉適配器。這是很危險(xiǎn)的事情。實(shí)際上這時(shí)手機(jī)原本可以檢查移動(dòng)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(jī)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(shí)充放電,先由電池給手機(jī)充滿,然后再用適配器給電池充滿。
 
3、效率問題:實(shí)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(shí)就不再工作,可能出于防止過熱的考慮,也可能希望移動(dòng)電源不工作在預(yù)充電階段,節(jié)約充電時(shí)間。優(yōu)秀的移動(dòng)電源可以放出接近8000mAh。另外目前關(guān)于移動(dòng)電源效率的計(jì)算五花八門。本質(zhì)原因是效率很低,不敢給消費(fèi)者看。其實(shí)消費(fèi)者最關(guān)心的就是能充多少次手機(jī)。這里的公式是最客觀的。
 
4、電量顯示精度問題,插手機(jī)時(shí)電量顯示燈會(huì)變。電量顯示問題是一個(gè)行業(yè)問題。很多時(shí)候廠家都是通過“欺騙”消費(fèi)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(gè)電池電量和電壓關(guān)系都不同。電池內(nèi)阻會(huì)導(dǎo)致電池電流變化時(shí)檢測到的電壓會(huì)突變,造成指示燈來回跳。這就像開電動(dòng)車的瞬間電量會(huì)突然掉下去一樣,是個(gè)電量計(jì)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(duì)外輸出電流。沒有電池內(nèi)阻補(bǔ)償計(jì)算電池電壓,所以2A時(shí)在3.3V就不對(duì)外輸出了。這樣充手機(jī)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(gè)考慮:低電池電壓時(shí)TI芯片發(fā)熱過大;低電池電壓時(shí)要經(jīng)過預(yù)充電階段,充電時(shí)間長。
 
6、充滿電的時(shí)間比理論時(shí)間長。這是普遍問題。小米直接避過預(yù)充電階段進(jìn)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(jìn)的方式是最大限度省掉恒壓充電時(shí)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(shí)無法做到3V轉(zhuǎn)5V全部實(shí)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(gè)輸出口,沒辦法同時(shí)給手機(jī)和平板充電。
 
9、除充放電外,只有手電功能。
 
10、沒有用聚合物電芯,比較重。
 
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(dòng)電源看似一個(gè)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。而小米到底怎樣?需要行業(yè)去評(píng)判,也需要用戶去反饋。不過總的來說,小米要走的路還很長。
 
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