小米的一款 10400mAh 的移動(dòng)電源，那這款移動(dòng)電源究竟怎么樣呢？
相信大家在選購一款移動(dòng)電源時(shí)，放在首位的應(yīng)該是這款電源的電池容量了。當(dāng)我們在外面使得電子設(shè)備時(shí)，都希望隨身攜帶的移動(dòng)電源可以為我們提供充足的后備電源。小米移動(dòng)電源的容量為：10400mAh，這個(gè)容量對于同類產(chǎn)品來說，算得上是中規(guī)中矩吧。
從官方宣稱的信息來看，列舉了可以為我們?nèi)粘Ｊ褂玫囊恍┦謾C(jī)的充電次數(shù)。如小米手機(jī)可以充電2.5次，iPhone 5s 可以充電4.5次，對于平板電腦來說，又比如 iPad mini 可以充電1.5次。從這些信息上來看，對于手機(jī)來說，這款電源所能提供的電能，還是可以讓我們在外面支撐一陣了。
選目前最熱門的小米10400mAh移動(dòng)電源。
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：
先看下小米的方案：1 、BQ24195充放電集成芯片： 
bq24195L，bq24195 是高集成開關(guān)模式電池充電管理和系統(tǒng)電源路徑管理器件，此類器件用于廣泛的移動(dòng)電源，平板電腦和其它便攜式器件的單節(jié)鋰離子和鋰聚合物電池。 它的低阻抗電源路徑對開關(guān)模式運(yùn)行效率進(jìn)行了優(yōu)化、減少了電池充電時(shí)間并延長了放電階段的電池壽命。 具有充電和系統(tǒng)設(shè)置的 I2C 串行接口使得此器件成為一個(gè)真正地靈活解決方案。
電源路徑管理將系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)到稍微高于電池電壓的水平，但是不會(huì)下降到低于 3.5V 最小系統(tǒng)電壓（可編程）。 借助于這個(gè)特性，即使在電池電量完全耗盡或者電池被拆除時(shí)，系統(tǒng)也能保持運(yùn)行。
當(dāng)達(dá)到輸入電流限值或電壓限值時(shí)，電源路徑管理自動(dòng)將充電電流減少為 0。 隨著系統(tǒng)負(fù)載持續(xù)增加，電源路徑在滿足系統(tǒng)電源需求之前將電池放電。 這個(gè)補(bǔ)充模式運(yùn)行防止輸入源過載。
在無需軟件控制情況下啟動(dòng)并完成一個(gè)充電周期。 它自動(dòng)檢測電池電壓并通過三個(gè)階段為電池充電：預(yù)充電、恒定電流和恒定電壓。 在充電周期的末尾，當(dāng)充電電流低于在恒定電壓階段中預(yù)設(shè)定的限值時(shí)，充電器自動(dòng)終止。 當(dāng)整個(gè)電池下降到低于再充電閥值時(shí)，充電器將自動(dòng)啟動(dòng)另外一個(gè)充電周期。
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：
采用高壓工藝；
.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)；
.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。
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。
. 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)。
.帶I2C接口調(diào)節(jié)各種閾值；但精度不夠。
對這樣的方案會(huì)有幾個(gè)問題：
.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。
.無法實(shí)現(xiàn)空載檢測，需要外置電流檢測電阻并采樣判斷。
.無法實(shí)現(xiàn)電量檢測，需要外部電路總之，TI的該款芯片不是移動(dòng)電源最合適的芯片。
2、ABOV單片機(jī)：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。 
3、空載檢測：
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。空載檢測是行業(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。
4、手機(jī)智能識(shí)別：
小米采用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。
TPS2513 和 TPS2514 是 USB 專用充電端口 (DCP) 控制器。 一個(gè)自動(dòng)檢測特性監(jiān)控 USB 數(shù)據(jù)線路電壓，并且自動(dòng)在數(shù)據(jù)線路上提供正確的電氣特征，來在下列專用充電系統(tǒng)配置中為兼容器件充電：分壓器 1 DCP，被要求在 D+ 和 D- 線路上分別施加 2V 和 2.7V 電壓 分壓器 2 DCP，被要求在 D+ 和 D- 線路上分別施加 2.7V 和 2V 電壓BC1.2 DCP，被要求將 D+ 線路短接至 D- 線路中國電信標(biāo)準(zhǔn) YD/T 1591-2009 短接模式，被要求將 D+ 線路短接至 D- 線路D+ 和 D- 線路上的電壓均為 1.2V
5、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。
6、采用了4顆 6mOhm 的MOS：
小米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。
7、電池保護(hù)：
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)。
8、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。
9、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)然散熱也絕對是一個(gè)重要的考慮。
10 、4顆LED燈顯示電量
小米的電量顯示確實(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)。
11、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。
12、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。
下面列舉幾個(gè)大家使用過小米后的反饋，主要總結(jié)一些和技術(shù)相關(guān)的反饋：
1 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 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 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，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 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。小米以后肯定會(huì)改進(jìn)。
9 除充放電外，只有手電功能。小米以后肯定會(huì)改進(jìn)。
10 沒有用聚合物電芯，比較重。小米以后肯定會(huì)改進(jìn)。
由于采用了美國德州儀器的最新USB智能控制芯片和充放電芯片，使得這款移動(dòng)電源具有多重保護(hù)功能，如溫度保護(hù)，短路保護(hù)，輸入過壓保護(hù)，輸入防反保護(hù)等。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。中國電子工業(yè)需要升級，而不能再走低質(zhì)低價(jià)的老路。目前市面上方案非常多，但確實(shí)都多少有問題，沒有行業(yè)公認(rèn)比較好的解決方案。
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