作者：來福

　　上篇：小米移動電源技術方案深度剖析

　　下篇：

　　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。能挑選出來評價的都是主流品牌和經典設計。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品PN913。以下僅代表個人觀點，歡迎批評指正，技術交流請加QQ:2952043800

　　品能的PN913是一個追求性價比的產品：10000mAh容量，2.1A/1A兩路輸出，1A輸入，帶液晶屏，售價69元。看來是要和小米火拼價格。為什么這么便宜？我們進入產品一探究竟。

　　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方案是中國人創造出來的，完全沒有開關電源知識的愚蠢方案。但凡正規電源IC企業都不可能杜撰出MCU方案來。長時間所謂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、按鍵、充放電環路控制、顯示、電量計算、電流電壓檢測的實時性是無法保證的。同時一個動作的執行需要分解成很多的指令，比如要執行一次PWM運算都需要幾十個微秒，試想1微秒的開關周期條件下，幾十個周期都無法計算，一旦發生負載變化，或短路，后果不堪設想。

　　2 MCU計算能力極差，過去只是用于小家電的控制，應用環境非常簡單。現在很多賣到1塊錢的MCU都是幾MHz的頻率，配上8位甚至4位的運算，顯然無法做電源的控制。

　　3 MCU由于運算速度太低，所以一般MCU方案的典型特點是開關頻率很低。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出響聲。這么低的頻率，電流紋波大的嚇死人，怎么可能不響。所以必定會配大電感，體積大，內阻高，最后又造成效率低…

　　4MCU是通用器件，根本不是為移動電源應用而設計的。當初采用這種方案，完全是因為追求低成本，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ADC要分時復用處理多個電流采樣，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束電流檢測，結果因為無法做到微伏級的失調而告失敗。

　　6MCU直接驅動MOS或加三級管驅動MOS。由于驅動能力有限，所以開關損耗很大。

　　7 電源調整率和負載調整率會比較差。大電流放電時輸出電壓低。PN913在帶2A輸出時，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！

　　8 MCU方案輸出相應速度極差。PN913測試出來在0.1A到1.5A切換時下沖0.8V，200ms都無法恢復。這在正規電源芯片中是不可能發生的。

　　9 MCU保護速度非常慢。經常需要幾個毫秒才能對短路進行保護。

　　2.充電

　　充電開關頻率200kHz，充電路徑上串聯了肖特基、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。也就是如果適配器是500mA輸出，這個移動電源會直接將適配器輸出拉死。

　　當然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。目前已經出現了快速充電方案，讓充電時間縮短一半。

　　3.放電

　　MCU方案幾個明顯的現象：MOS輸入信號上升下降沿時間長達100ns－200ns，所以開關損耗非常大。開關頻率200kHz，因為MCU硬件處理能力太差，甚至無法在一個開關周期內完成一次采樣和運算。稍有信號分析和開關電源知識的人都知道這會帶來的災難性的結果。在加2A輸出電流時，輸出電壓掉到了4.4V，非常接近電池電壓4.2V。這是極其危險的事情！我們看如下的響應波形：

　　PN913測試出來在0.1A到1.5A切換時下沖0.8V，200ms都無法恢復。

　　我們再看看實際測試的效率：

　　我們可以看出幾個明顯的問題：

　　效率不高，在3.2V電池電壓時效率連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上還分別并聯了肖特基二極管提高續流能力，名義上是同步方案，卻因為采用了MCU方案使得MOS上還需要并聯肖特基，成本反而高了。從效率上講，MCU方案使得本應該在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的輸出路徑上串聯了兩顆并聯的100mOhm電阻檢測輸出電流。1A的輸出路徑上串聯了一顆100mOhm的電阻檢測輸出電流。輸入路徑上串聯了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.手機智能識別

　　目前實現智能識別功能的產品還不是很多。這是一些品牌用來宣傳的功能。大概有１０％的手機或平板充電會有問題。追求性價比的方案當然不需要這個功能。

　　6.過溫保護

　　沒有。很多廠家認為電池不會過溫。但畢竟過溫保護是要花成本的，對于追求性價比的方案而言省掉過溫保護功能。

　　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。但是沒有外置驅動電路，很可能是MCU直接就驅動了，當然是為了省成本，但其實還必須并聯兩個肖特基，所以得不償失。

　　8.電池保護

　　采用了1顆鋰電保護芯片、2顆MOS做保護。標準的電池保護方式。

　　9.同時充放電

　　一顆肖特基管串聯在輸入和輸出端，用來做充放電自動路徑分配。但是就如大多數廠家的同時充放電功能的問題一樣，存在插入手機可能把適配器拉死的可能性。這就是產品的細節。另外肖特基串聯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，確實是討好消費者。但是問題是電量測量非常不準。消費者長時間觀察就可以看到。實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。目前已經可以做到16位精度的顯示了。

　　11.散熱片

　　無。當然對于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頻率（TI采用的是1.5MHz的開關頻率）。所以電感值和耐電流值都會很大，成本也會相應顯著提高。同時大電感會帶來更大的DCR，會嚴重降低產品效率最高達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

　　由于時間有限。我們僅做了下短路測試。

　　短路電流響應波形

　　高達10A的電流，維持3ms時間。正常的保護速度是ns級的。直接跨了幾個數量級了。

　　總結：作為一個拼性價比的方案，PN913采用了MCU軟件方案，使得整個方案效率較低，成本也沒有減少，有些配置省掉以節約成本。但MCU軟件方案畢竟只是中國出現的特例，已經被正規的公司所放棄，目前僅存在于禮品移動電源市場。抱著對消費者負責的態度，相信品能未來會采用真正優異的硬件方案，PN913會成為品能最后一款MCU方案的移動電源產品。（本文轉載自移動電源網）