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作者：來福 大家好！我是來福。上一次和大家分享了小米移動電源方案的一些拙見。很多朋友給出了各不相同的反饋。我對技術(shù)方案有明確的意見，但對品牌沒有任何傾向。能挑選出來評價(jià)的都是主流品牌和經(jīng)典設(shè)計(jì)。有朋友反饋說批評小米方案的問題，是否能做出更好的方案。這可以在QQ里交流。這一次我想說下品能的爆款產(chǎn)品PN913。以下僅代表個(gè)人觀點(diǎn)，歡迎批評指正，技術(shù)交流請加QQ:2952043800 品能的PN913是一個(gè)追求性價(jià)比的產(chǎn)品：10000mAh容量，2.1A/1A兩路輸出，1A輸入，帶液晶屏，售價(jià)69元�？磥硎且托∶谆鹌磧r(jià)格。為什么這么便宜？我們進(jìn)入產(chǎn)品一探究竟。 下面是PN913的正反面照片： 
正面
反面 先看下PN913的方案： 1. MCU軟件控制方式 MCU方案是中國人創(chuàng)造出來的，完全沒有開關(guān)電源知識的愚蠢方案。但凡正規(guī)電源IC企業(yè)都不可能杜撰出MCU方案來。長時(shí)間所謂MCU多合一低成本方案把移動電源廠商折騰的死去活來。但既然品能當(dāng)初用了MCU方案，就只有一條道走到黑，但PN913命中注定也只能成為低成本方案，而無法登大雅之堂了。我在這里第一次總結(jié)下MCU方案的主要問題及背后的原因： 1 MCU是軟件控制方式，無法并行處理很多事件。所以在處理保護(hù)、按鍵、充放電環(huán)路控制、顯示、電量計(jì)算、電流電壓檢測的實(shí)時(shí)性是無法保證的。同時(shí)一個(gè)動作的執(zhí)行需要分解成很多的指令，比如要執(zhí)行一次PWM運(yùn)算都需要幾十個(gè)微秒，試想1微秒的開關(guān)周期條件下，幾十個(gè)周期都無法計(jì)算，一旦發(fā)生負(fù)載變化，或短路，后果不堪設(shè)想。 2 MCU計(jì)算能力極差，過去只是用于小家電的控制，應(yīng)用環(huán)境非常簡單�，F(xiàn)在很多賣到1塊錢的MCU都是幾MHz的頻率，配上8位甚至4位的運(yùn)算，顯然無法做電源的控制。 3 MCU由于運(yùn)算速度太低，所以一般MCU方案的典型特點(diǎn)是開關(guān)頻率很低。筆者親眼見到禮品板上的MCU方案只有20kHz的頻率。很多人問我為什么很多移動電源會發(fā)出響聲。這么低的頻率，電流紋波大的嚇?biāo)廊�，怎么可能不響。所以必定會配�?a href="http://m.qingdxww.cn/keyword/%E7%94%B5%E6%84%9F" target="_blank">電感，體積大，內(nèi)阻高，最后又造成效率低… 4 MCU是通用器件，根本不是為移動電源應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。當(dāng)初采用這種方案，完全是因?yàn)樽非蟮统杀�，并且MCU畢竟具有靈活性，適合各種顯示方式。 5 MCU外圍資源非常有限，一般配有12位低速ADC。這個(gè)ADC要分時(shí)復(fù)用處理多個(gè)電流采樣，電壓采樣，本身頻率又低，所以完全無法做電源控制。另外大部分公司用集成的ADC做空載電流檢測和充電結(jié)束電流檢測，結(jié)果因?yàn)闊o法做到微伏級的失調(diào)而告失敗。 6 MCU直接驅(qū)動MOS或加三級管驅(qū)動MOS。由于驅(qū)動能力有限，所以開關(guān)損耗很大。 7 電源調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率會比較差。大電流放電時(shí)輸出電壓低。PN913在帶2A輸出時(shí)，輸出電壓只有4.4V。試想電池電壓就有4.2V，有的甚至是4.35V。這種性能極其危險(xiǎn)！ 8 MCU方案輸出相應(yīng)速度極差。PN913測試出來在0.1A到1.5A切換時(shí)下沖0.8V，200ms都無法恢復(fù)。這在正規(guī)電源芯片中是不可能發(fā)生的。 9 MCU保護(hù)速度非常慢。經(jīng)常需要幾個(gè)毫秒才能對短路進(jìn)行保護(hù)。
2. 充電 充電開關(guān)頻率200kHz，充電路徑上串聯(lián)了肖特基、50mOhm電阻、40mOhm 電感，所以效率自然很糟糕，1A充電效率87%。目前很多公司可以做到94%的充電效率。換句話說，PN913的充電損耗是好方案的2倍。 充電無法做到適配器自適應(yīng)。也就是如果適配器是500mA輸出，這個(gè)移動電源會直接將適配器輸出拉死。 當(dāng)然1A的充電能力對于10000mAh的電池容量來說，只能一聲嘆息，讓子彈飛了。目前已經(jīng)出現(xiàn)了快速充電方案，讓充電時(shí)間縮短一半。 3. 放電 MCU方案幾個(gè)明顯的現(xiàn)象：MOS輸入信號上升下降沿時(shí)間長達(dá)100ns－200ns，所以開關(guān)損耗非常大。開關(guān)頻率200kHz，因?yàn)镸CU硬件處理能力太差，甚至無法在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)完成一次采樣和運(yùn)算。稍有信號分析和開關(guān)電源知識的人都知道這會帶來的災(zāi)難性的結(jié)果。在加2A輸出電流時(shí)，輸出電壓掉到了4.4V，非常接近電池電壓4.2V。這是極其危險(xiǎn)的事情！我們看如下的響應(yīng)波形：
PN913測試出來在0.1A到1.5A切換時(shí)下沖0.8V，200ms都無法恢復(fù)。 我們再看看實(shí)際測試的效率：
我們可以看出幾個(gè)明顯的問題： 效率不高，在3.2V電池電壓時(shí)效率連79%都不到。效率損失大部分來自于，功率路徑上電流檢測電阻50mOhm和20mOhm電感寄生電阻。PN913選擇的是同步的方案。在P/NMOS上還分別并聯(lián)了肖特基二極管提高續(xù)流能力，名義上是同步方案，卻因?yàn)椴捎昧薓CU方案使得MOS上還需要并聯(lián)肖特基，成本反而高了。從效率上講，MCU方案使得本應(yīng)該在90%以上效率的情況下只做到了80%的效率。 另一方面，電池電壓在３Ｖ左右停止對外輸出。 4. 輸入輸出電流檢測及空載檢測 2A的輸出路徑上串聯(lián)了兩顆并聯(lián)的100mOhm電阻檢測輸出電流。1A的輸出路徑上串聯(lián)了一顆100mOhm的電阻檢測輸出電流。輸入路徑上串聯(lián)了１顆50mOhm的電阻檢測輸入電流。有人問為什么大電流升壓效率不高。50mOhm的檢測電阻就能帶來2%的效率損失。之所以選擇這么大的電流檢測電阻，原因還在于MCU的ADC失調(diào)過大。目前能做到的最好水平是10mOhm檢測電阻檢測出10mA電流。
5. 手機(jī)智能識別 目前實(shí)現(xiàn)智能識別功能的產(chǎn)品還不是很多。這是一些品牌用來宣傳的功能。大概有１０％的手機(jī)或平板充電會有問題。追求性價(jià)比的方案當(dāng)然不需要這個(gè)功能。 6. 過溫保護(hù) 沒有。很多廠家認(rèn)為電池不會過溫。但畢竟過溫保護(hù)是要花成本的，對于追求性價(jià)比的方案而言省掉過溫保護(hù)功能。 7. 采用了P/NMOS雙管集成芯片 品能PN913是同步方案，選的是外置P/NMOS。但是沒有外置驅(qū)動電路，很可能是MCU直接就驅(qū)動了，當(dāng)然是為了省成本，但其實(shí)還必須并聯(lián)兩個(gè)肖特基，所以得不償失。
8. 電池保護(hù) 采用了1顆鋰電保護(hù)芯片、2顆MOS做保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)的電池保護(hù)方式。
9. 同時(shí)充放電 一顆肖特基管串聯(lián)在輸入和輸出端，用來做充放電自動路徑分配。但是就如大多數(shù)廠家的同時(shí)充放電功能的問題一樣，存在插入手機(jī)可能把適配器拉死的可能性。這就是產(chǎn)品的細(xì)節(jié)。另外肖特基串聯(lián)在充電路徑上使得充電效率變得很糟糕。一顆50mOhm檢測電阻使得效率進(jìn)一步下降。再加上20mOhm的電感寄生電阻，使得充電效率極低。 10. LCD屏和LED片顯示電量 LCD是目前提升移動電源檔次的重要手段。把成本花在這里，確實(shí)是討好消費(fèi)者。但是問題是電量測量非常不準(zhǔn)。消費(fèi)者長時(shí)間觀察就可以看到。實(shí)際上目前是有方案可以精確測量電量的。如果用LCD顯示屏顯示電量百分比的，那顯示精度絕對要好的。目前已經(jīng)可以做到16位精度的顯示了。
11. 散熱片 無。當(dāng)然對于MOS外置的方案，散熱要求會比較低，所以有很多廠家沒有加散熱片。 12. 10uH電感 大部分廠家采用的是10uH電感。原因是MCU處理速度太低，沒辦法采用高的開關(guān)頻率（TI采用的是1.5MHz的開關(guān)頻率）。所以電感值和耐電流值都會很大，成本也會相應(yīng)顯著提高。同時(shí)大電感會帶來更大的DCR，會嚴(yán)重降低產(chǎn)品效率最高達(dá)2.5%。這是很多用MCU方案的廠家所完全沒有考慮到的問題。
13. 保護(hù) 由于時(shí)間有限。我們僅做了下短路測試。
短路電流響應(yīng)波形 高達(dá)10A的電流，維持3ms時(shí)間。正常的保護(hù)速度是ns級的。直接跨了幾個(gè)數(shù)量級了。 總結(jié)：作為一個(gè)拼性價(jià)比的方案，PN913采用了MCU軟件方案，使得整個(gè)方案效率較低，成本也沒有減少，有些配置省掉以節(jié)約成本。但MCU軟件方案畢竟只是中國出現(xiàn)的特例，已經(jīng)被正規(guī)的公司所放棄，目前僅存在于禮品移動電源市場。抱著對消費(fèi)者負(fù)責(zé)的態(tài)度，相信品能未來會采用真正優(yōu)異的硬件方案，PN913會成為品能最后一款MCU方案的移動電源產(chǎn)品。 來源：移動電源網(wǎng) |
