领先技术 硕一保护手机的移动电源解密

    此次香港国际电子展上，硕一科技旗下众多独特新产品，在业内引起了强烈关注，在展会上也吸引了众多客商。硕一移动电源更是以“移动电源新概念，保护您手机的移动电源”为理念，经过其研发团队近300多个日夜的研发、试验及技术攻关，终于将移动电源技术提升到了一个前所未有的新高度。

硕一保护手机的移动电源展位吸引了众多客商

技术领先，内外兼修的硕一移动电源

    下面，我们就一起了粗浅了解下“硕一保护您手机的移动电源”的技术秘密：

    技术秘笈之一：电压稳定

    电压纹波是一个直流电压中的交流成分，通常用Peak-Peak值表示，也可以用相对量百分比来表示。任何直流电压都存在纹波，只是大小的区别。电压纹波可以用示波器监测，会看到电压上下轻微波动，就像水纹一样，所以形象地称做纹波。硕一移动电源电压稳定是指输出电压纹波小，相同条件下测试，苹果原装充电器纹波电压为100mV，硕一移动电源纹波电压为45mV。

电压纹波

    1、电压纹波的产生；

    2、电压纹波的产生包括两个部分：

    a、电压转换产生：直流电压一般是通过交流电压整流、续流、滤波后得来的，由于滤波有固定的频率限制，一定会有剩余的交流成分叠在直流电压上，形成纹波，它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波，或者是宽度很窄的脉冲波。

    b、负载的变化产生：负载在消耗电流时，不存在理想的一成不变的情形，负载电流的变化会导致供电电压产生纹波。比如移动电源在给手机充电时，从整个充电过程来看，充电电流会随着电池电压的升高而变化，从充电的某个微观状态来看，充电电流会随着手机充电电路的整流频率呈周期性变化，这些都会导致移动电源输出电压产生纹波。即使采用电池供电也会因电流的变化在电池内阻上产生波纹。

开关整流导致电压纹波产生   

    1、移动电源纹波电压的危害

    a、容易在给手机充电时产生高次的谐波，而谐波会产生较多的危害。

    b、降低电源转换的效率，产生更多的发热。

    c、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致损伤手机器件。

    d、会干扰手机数字电路的逻辑信号，影响其正常工作。

    e、会带来噪音干扰，使手机显示、喇叭不能正常工作。

    2、硕一移动电源怎么降低电压纹波？

    a、抑制高频纹波：增加电感L值，减小电感内的电流波动。加大输出高频滤波器，使用2*22uf+0.1uf瓷片电容，抑制输出高频纹波；

    b、寄生参数引起的共模纹波噪声：由于电路功率器件与外壳和USB接口之间的寄生电容，导线存在的寄生电感，因此当矩形波电压作用于功率器件时，移动电源输出会产生共模纹波噪声。硕一移动电源抑制共模纹波噪声的措施，设计专门的尖峰吸收电路；主动降低主开关管驱动斜率：随着开关管的工作频率升高，开关管电压、电流的切换速度加快，其传导干扰和辐射干扰也随之增加。为此硕一移动电源特意降低驱动电压上升和下降斜率，以避免过大的电磁震荡；

驱动波形

    c、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声，硕一移动电源超高频谐振噪声主要来源于同步整流MOS管集成二极管高频整流反向恢复时二极管结电容、以及MOS管本身开关时结电容与线路寄生电感的谐振：硕一移动电源在参数设计时尽量实现ZVS，以降低二极管反向恢复损耗；

    d、开关电源的分布参数是多数干扰的内在因素，分布及寄生参数引起的开关电源噪声也是一个主要的噪声源。硕一移动电源选用高质量屏蔽电感、电源走线分布0.1uf电容，以降低寄生参数噪声。同时，PCB布线时做如下处理：

    d1、从输入到输出按顺序走线；

    d2、电感底下和附近不走取样电路，保护电路，主芯片及振荡相关电路的线路；

    d3、控制芯片及驱动芯片采用单点接地；

    d4、驱动信号到同步整流开关管走线尽可能短尽可能的粗；

 尽量短的驱动走线

    e、闭环调节控制引起的纹波噪声，硕一移动电源控制芯片内部进行环路补偿，抑制调节器自激引起的纹波增大。环路参数通过反复调试，已经使环路相位余量超过45°。在反馈采用中增加超前补偿环节，使反馈环路提前调解PWM输出，以增加闭环调节的快速性和及时性，抑制输出电压纹波。

    通过以上措施，硕一移动电源输出电压极其稳定，能大幅降低手机充电发热和保护手机器件，性能远超苹果原装充电器，限于核心技术保密，这里不能再进一步阐述硕一移动电源的构架与参数设计对纹波的抑制。

    技术秘笈之二：电流强劲

    很多消费者都有这个疑问：我的移动电源输出2A，而我的手机充电电流是1A，会不会充坏手机？或者大家用iPad的充电器给iPhone充电，心里都不踏实，甚至干脆不敢充。用iPad的充电器充iPhone会不会把iPhone充坏？

　　果粉们可能关注过，果网上明确表示IPAD和IPHONE的充电器可以混用，这也是体现苹果的人性化设计。实际上从功率的角度来考虑，用IPAD的充电器充IPHONE，比用IPHONE的充电器给IPHON充电效果更好。

　　首先我们来了解手机充电的过程，分三个步骤：

　　1、外部电源，包括充电器或移动电源，提供5V电压给手机充电口；

　　2、手机内部充电电路把5V电压转换成电池电压，并通过限制电流的方式给手机电池充电。这里需要明白两个概念：

　　a、5V电压是不能给手机电池直接充电的，需要经过转换到和电池电压匹配的电压，比如电池初始电压本来是3.3V，5V在手机内部就被转换成3.3V充电，经过一段时间充电手机电池电压到4.0V，则需要把5V转换成4.0V充电。

　　b、限制电流是指手机内部充电电路会限制给手机电池充电的电流大小，这个电流值由手机出厂前的充电IC硬件设置好，不能更改；这个概念非常重要，是理解移动电源大电流输出给手机充电会不会充坏的关键。

　　3、手机电池储存从手机充电电路获得的电流，电压升高，储能增加，充电示意图如下：

手机充电示意图

　　既然移动电源或充电器只提供5V电压，那它们标识输出1A或者2A是什么意义？

　　1、5V/1A表示，这个移动电源或充电器输出5V，能提供给手机的最大电流是1A。

　　2、5V/1A还表示，如果手机充电电流大于1A，则它们5V电压就无法稳定，会大幅震荡，5V/2A也是这样理解。

　　结论是，移动电源或充电器的输出电流是指它们能提供的最大充电电流，而不是指只要在充电时就提供这么大的电流。

　　可以这样理解：一辆时速可以达到500公里的车，开起来是不是比最高时速150公里的车危险？显然不是，虽然它能达到500公里/小时，但只是说明其动力强大，并不是说你车就一定这么快，速度由开车的司机决定。移动电源是车，手机是司机，移动电源的标识指能提供多大的电流，但实际充电电流由手机决定。

    充电器或移动电源5V电压不稳、大幅震荡会有什么后果？

　　1、充电时间会变很长。有人会问到：“我的手机用2A的移动电源一个半小时充饱，是不是用1A的移动电源三小时充饱？”这里非常明确告诉你，实际充电时间会远超过3小时；

　　2、充电会非常发热，手机或移动电源都发热。

　　结论：给手机充电，用输出电流越大的充电器或移动电源越好。

　　聪明的读者可能意识到，iPad的充电电流是大于iPhone充电器的输出电流的，那iPhone充电器为什么能给iPad充电？这是苹果的高明之处，苹果产品会检测充电器的型号，iPad如果检测到是iPhone充电器在给自己充电，则只设定1A的充电电流。如果有尝试又足够细心的果粉会发现，用iPhone充电器给iPad充电，充电时间刚好比用iPad充电器多一倍。硕一全系列移动电源输出电流标配为3A，动力强劲，能充分保护手机。

    另外补充一句，大家不要觉得苹果充电器能兼容的这个设计神乎其神，其实非常简单，硕一移动电源在设计上全面超越苹果充电设计水平，当然不要误会，硕一超越的只是苹果的充电设计水平，不是指其他。

　　技术秘笈之三：充电曲线

　　1、充电曲线现状

　　我们先看一下现在市面上大部分移动电源充电曲线图形：

有缺陷的充电曲线1

有缺陷的充电曲线2

　　图1所示充电曲线用恒定的充电电流充电，存在以下问题：

　　a、损伤电芯，多次充电后电芯容量会急剧下降，一般充电循环50次电芯容量会下降超过一半；

　　b、电芯充不饱，一般最多只能充饱到90%，既10000mAh的电芯，只能提供9000mAh的有效容量；

　　c、存在安全风险，很容易将电芯充过压，导致电芯爆裂。

　　图2所示充电曲线用逐步减小的充电电流充电，也存在以下问题：

　　a、在电芯低电压时大电流充电，会损伤电芯；

　　b、当电芯电压过放时，无法充电；

　　c、充电时间非常长。

　　2、充电曲线分析

　　充电曲线分为两个层面：

　　a、电池本身的充电曲线：不同材质的电芯，具备唯一最优的充电曲线，既电芯电压为某一个值时，对应最匹配的充电电流也是一个固定的值，这个值跟很多因素有关，包括电芯容量、电芯内阻、电芯化学成分等。这个曲线可以定义为电芯的充电曲线；

　　b、充电电路的充电曲线：充电电路通过采样电池电压和系统反馈控制，通过调节电路输出电压，给电池一个充电电流。这个曲线可以认为是充电电路强加给电池的充电曲线。

　　怎么判断充电曲线的优劣？

　　理想状态是充电电路的充电曲线与电池本身的充电曲线重合，这种条件下充电对电芯的损耗为零，理论上如果不考虑电芯的自损，能使用无限次。实际上充电过程达不到这种理想状态。

　　3、充电曲线设计

　　实际应用时充电曲线怎么设计？人类通过多年的探索和积累，逐渐摸清楚锂电池的属性，可以将两个充电曲线尽量靠近，并形成一定的规律，既将锂电池充电分成三个部分：

　　a、预充电，又称涓流充电；

　　b、恒流充电；

　　c、恒压充电。

合适的充电曲线

　　a、预充电：人们使用手机时可能见过这种现象，手机长时间不用或者受潮，发现充电充不进，也开不了机，这是因为手机电池过放电了，电压低于1.2V，锂电池已经不能唤醒，报废了。这个时候就需要长时间预充电，以唤醒激活电芯的锂离子，这也说明手机充电电路不行，因为不存在不能唤醒的锂电池。预充电就是在电池电压过低时唤醒电池，把电池电压激活到能正常充电的电。

　　b、恒流充电：电池电压进入正常范围后，既可以开始恒流充电，需要充电电压稳定，电流恒流，这段时间是电池主要的储能过程，这段时间的充电特征是充电电流大，电芯能量急速增加，电池电压波动范围为3.3V~4.2V，其中大部分充电储能集中在3.7V。

　　c、恒压充电：充电锂电池电压在达到4.2V时，充电转为恒压，既电压基本不变，电流降低，这阶段充电能把锂电池充饱和，不浪费容量。

　　目前锂电池最合适的充电模式就是分这三个阶段充电，但涉及到以下问题：

　　a、预充电电流的选取；

　　b、预充电到恒流充电的转变点；

　　c、恒流充电到恒压充电的转变点；

　　d、恒压充电电流下降速率；

    e、恒压充电在什么时候结束。

    这些关键充电参数设置的不同，充电效果也有巨大的差异，硕一移动电源的充电在这5点上精心设计、反复调试，基本上充电对电芯的损伤可以忽略，达到国际顶尖水平。而在移动电源这个行业，硕一移动电源的充电更是达到行业目前所无法想象的层次。

    4、充电曲线的意义

    经过上文分析，我们能发现做好充电曲线的意义：

    a、不损伤电芯，移动电源反复循环充电，容量下降小；

    b、充电安全，电芯充电时没有过充风险；

    c、充电速度快；

    d、能给已经过放、普通模式无法激活的电芯充电。

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