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自己动手,设计高品质移动电源以及移动电源的常见误区

信息来源:本站 日期:2015-08-27 

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在生活中,我们常常需要用到移动电源,但是不幸的是,市场上大多数移动电源质量较差,虚标严重,有的还存在安全隐患,因此,自己制作一个高品质、高效率、不虚标而又安全的移动电源成为当务之急。

目前淘宝等网站上有大量移动电源的DIY套件,通过这些套件,我们可以很方便的制作一个移动电源,但是,这些移动电源的套件同样质量低劣,电池虚标,没有什么实质性的改善,要真正得到一个优质的移动电源,我们需要从头开始设计,自己制板、焊接、安装。当然,如果你嫌麻烦的话,那么我还是建议你去买淘宝的套件,不用再继续看本文了。

言归正传,要从最基本的步骤开始,我们就必须知道移动电源的基本原理。最简单的移动电源只有3个部分:充电、保护、输出。充电部分负责将充电器的电压转换成电池可以接受的电压;保护部分用于防止电池的过充、过放、过流及短路等;输出部分负责将电池的电压转换成受电设备(主要是手机、平板等)可以接受的电压。深圳蓝牙音箱厂家

在开始设计之前,我们要大致进行一个规划:我们需要一个多大容量的移动电源,这么大容量的移动电源有多重,还有需要多少个输出,每个输出最大需要多少电流等等。首先,我们要选择电池。常见的可充电电池有镍氢、镍镉、铅酸、锂离子、聚合物锂电池等,目前,镍氢和镍镉已基本淘汰,铅酸电池电压太高且重,不适合移动电源,锂离子和聚合物锂电池是常见的选择。目前,我们买到的商品移动电源一般使用的是锂离子电池,也就是我们常说的18650电池。这种电池非常便宜,而且方便量产,但是其质量和寿命较差。我们的目的是要一个高品质的移动电源,所以当然不能用这种电池,那么就只剩下一种了:聚合物锂电池。这种电池也是我们手机中常常使用的电池,相比于锂离子电池,它的容量、寿命、输出功率和安全性都较高,我们在选择电池的时候一定要选择这种电池。目前,聚合物电池的正极材料有很多种,其中比较好的一种是叫锂镍钴锰(又叫三元)的材料,容量可以根据自己的需要选择。在选择电池的时候,我们还要注意一点,就是电池的最大持续放电电流,一般用C来做单位,对于一个1000mAH的电池来说,1C就表示这个电池的最大放电电流是1000mA。我们要确保所选的电池的最大持续放电电流大于我们需要的输出电流的2倍(要有一定裕度),建议选择动力电池(就是电动车、汽车上面用的那种),不但输出电流大,而且内阻小,效率更高。蓝牙音箱厂家

选择了电池之后,我们就需要设计保护电路了。一般的移动电源都有不止一块电池,这些电池一般都是并联的,容量和最大输出电流等于所有电池之和,电压不变。当然,串联也是可以的,但是要用不同的方案。本文下面所说的都是电池并联的方案。对于并联的电池,本质上和单节电池没有差别,无非是容量和输出电流大了一些,所以我们仍然是使用单节电池的方案。保护电路,必须要使用成熟的方案,推荐使用DW01+FS8205A的方案,其电路图如下:

图中的BAT和BAT-分别接电池的正极和负极,GND是电路的地。当短路等情况发生时,DW01会关闭MOS管,将电池负极和地断开。注意,正常情况下,图中的R5应该接在CS脚和地之间,这里考虑到输出电流较大,可能触发过流保护,所以接在了D12上,这个引脚是2个MOS管之间,所以保护电流增加了一倍。

设计完保护电路,就该设计充电电路了。由于充电时并不需要特别在意电路的转换效率,所以我们可以使用一些低成本、高可靠性的方案,如TP4056。电路图如下:

充电器的5V电压经过一个SS34肖特基二极管再输入到芯片的电源引脚,这样可以分担一部分芯片的热量,变相加快充电速度。通过更改电阻R1的大小可以更改充电速度,具体请查看芯片手册,这里的电阻对应的充电电流是1A。红灯D2和绿灯D3分别用于指示正在充电和充电完成。BAT直接连接到电池正极。该芯片是线性充电芯片,其原理是将多余的电能转换为热能耗散掉,所以充电过程中会产生大量的热量,建议安装的时候加装一个散热片,防止因过热保护而降低充电速度。蓝牙音箱定制

最后就是核心部分:输出电路。它是一个BOOST结构的DC-DC升压电路,该电路的方案很多,作为一个移动电源,最主要考虑的因素是效率,因此最好采用同步升压芯片(同步升压资料较多,请自行百度,本文不做介绍)。这里推荐使用TI的TPS61032,集成了MOS管和反馈,电路简单可靠,可以达到最大3A的输出,且1A负载时效率可达92%(一般我们买到的移动电源效率在80%左右)。详细电路如下图所示:

电路的左半边是升压部分,其中,R40和D20构成负载指示电路(负载越大,灯越亮),R9和R10用于设定低压警告门限,这里是3V(LBI引脚电压为0.5V时对应的电池电压),当电池电压低于该值时,LBO引脚接地,点亮D9。电路的右半边是识别电阻,如果要为苹果设备充电,则R16和R17一般不接任何器件,成开路,R12-R15按图中标示的电阻连接,那么苹果设备将把该输出口当成ipad充电器的输出口;如果要给其他手机充电,可以按对应的识别电阻电路进行修改(具体手机的识别电阻请百度,已知三星部分机型和苹果的识别电阻不兼容)。经实测,ipad的识别电阻可以用于绝大多数的手机和平板。

电路设计完了,接下来就是画PCB板和焊接了。这两步推荐有相关知识的人做,因为电路板的设计和焊接需要一定的经验和技术,本文就不过多介绍了。非相关专业人士可以淘宝购买上述三个模块(输出部分一定要加上“TPS61032”才能确保是该芯片)和电池,进行简单的焊接和安装,就可以完成一个移动电源了。


下面说下人们对移动电源的几个误区,如果你打算制作或购买移动电源,请务必注意:

1、18650电池使用最多,所以这种电池寿命长、质量好。前面已经说过,18650是锂离子电池,主要是用于手电筒等产品上的,他的使用寿命(以完全充放电次数计)不如聚合物锂电池,性能也是比不上锂电池的,之所以使用得多是因为它便宜。

2、我们经常在某宝上看到什么什么20000毫安时移动电源仅69或仅89等信息,其实都是扯淡的。一般移动电源都是使用的18650电池,该电池长65毫米,直径18毫米,其标称容量一般来说国产的2000毫安时,进口的最大不超过3000毫安时,价格上国产的15一节,大家可以直接根据移动电源的大小估算一下用了几块电池,容量和价格是多少。我拆过很多标称20000毫安时的移动电源,里面就是6节18650电池,算上国产电池本身的虚标,实际容量也就12000毫安时左右,成本光电池就要90,加上电路和其他成本也快100了,就算量产成本低,考虑到商家一般有50%左右的利润,价格也不会低到69、89。那么卖这么低的价格就只有一种可能:用的旧电池或很差的电池……我见过标称20000毫安时的移动电源用1A的充电器从没电开始充,6小时就充满了……

3、1A的手机要用1A的充电口充电,否则会充爆。这是我见过的最搞笑的结论了,不知道是哪位大神得出的。无论我们用什么给手机充电,手机在本质上就相当于一个电阻,或者是一个可变电阻,只要你的电压是一定的,电流就是一定的。比如你的手机配的充电器是5V1A的,那么你的手机在充电的时候就相当于一个5欧的电阻,只要充电电压是5V,充电电流就是1A,跟输出电路的额定电流没有任何关系,这个额定电流只是这个输出电路的最大输出电流!也就是说,我们可以用输出电流为2A的充电器给1A的手机充电,这个时候,实际的电流只有1A;我们也可以用1A的充电器给2A的手机充电,这个时候,虽然手机相当于一个2.5欧的电阻,但是由于输出电路的最大电流只有1A,所以电路中的实际电流仍然为1A,注意,这种情况下的输出电压会小于5V。现在市场上很多移动电源都做了2个口,一个1A,一个2.1A,其实都是欺骗消费者的,我拆过很多这种移动电源,里面的电路完全一样,没有任何差别。还有一些移动电源说什么自适应(更有甚者说什么智能识别)输出,都是扯淡的,跟一般电路没有差别,普通的输出本来就具有这种“自适应”的特点。

4、智能检测、智能运算什么的……这些都是欺骗消费者的。一个移动电源需要4核芯片么?数显的那种一个几毛钱的单片机就搞定了。自动匹配充电电流?搞笑吧,充电电流本来就是自适应的。智能识别充电设备?要通过USB识别充电设备要加USB芯片的,那可不便宜,也没有必要,你觉得有那个厂家会加这个芯片吗?自动学习电量电流检测?不就是2个AD吗,而且10位的AD足够,一般几毛钱的单片机都会集成这玩意,加个屏幕就是所谓的“智能数显”了。

5、快速充电技术。这个也比较扯,要想充1分钟用10分钟,那你充电的速度必须是用电速度的10倍,假如用电设备是1A的,那么充电电流就要是10A,现在手机平板的充电器撑死也不会超过3A,快速充电一说从何而来?

6、智能锁电技术。这个技术就是你不用的时候就进入休眠模式,实际上没什么用。普通的移动电源,充电芯片在没有输入的时候就是休眠模式,输出芯片在空载的时候功耗也是很小的,根本不需要再加个单片机控制。很多说什么智能技术的,实际上里面什么都没有。

7、移动电源边充边用会损坏电池。根本没这回事。通过前面的介绍大家应该知道,在充电的时候,充电电路将输入的能量存入电池中;输出的时候,输出电路将电池中的能量传输给用电器。如果边充边用,当充电速度大于用电速度时,,多余的电能就储存在电池中,当充电速度小于用电速度时,不够的电就从电池里面取。打个比方,一个水池,有一个注水口和一个放水口,注水口就相当于充电电路,放水口就相当于输出电路,水池里面的水就相当于电池中储存的电量,你说能不能同时注水和放水呢?

8、软件控制比硬件控制好。不知道什么时候开始,某宝上有卖软件实现的移动电源,其实说白了就是把原来DC-DC的反馈和PWM波调制的部分用单片机的软件来实现了,这样可以同时做数显等“高端”功能,为了宣传,商家就说软件控制比硬件好。稍微有点电脑常识的人都知道视频的软件解码速度是远远比不上硬件解码速度的,硬件电路里面可能一个周期就调控好的东西,软件要几个甚至几十个周期才能调整,因此,软件的性能和稳定性都是不如硬件的,千万不要被JS给忽悠了。

…………移动电源的误区还有很多,篇幅所限,就不一一叙述了,总之一点,不要被JS的花言巧语所忽悠,自己分析一下某个功能有没有必要,实现起来成本多少,往往就能得出结论。

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