小米的一款 10400mAh 的移動電源，那這款移動電源究竟怎么樣呢？

     相信大家在選購一款移動電源時，放在首位的應該是這款電源的電池容量了。當我們在外面使得電子設備時，都希望隨身攜帶的移動電源可以為我們提供充足的后備電源。小米移動電源的容量為：10400mAh，這個容量對于同類產(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的充電次數(shù)。如小米手機可以充電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移動電源。

       研究移動電源很久，各種方案滿天飛，有感而發(fā)寫一些東西和大家分享。這篇文章獻給移動電源行業(yè)中的設計師朋友和一些技術(shù)迷。希望借這篇文章可以引發(fā)移動電源行業(yè)對技術(shù)方案的重新思考。先從小米開刀吧。小米移動電源自面市以來，以低廉的價格、良好的做工以及品牌效應受到市場的追捧。但在火熱的表象下卻需要一些冷靜的思考。這里假設大家對小米稍微有些認識，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)模式運行效率進行了優(yōu)化、減少了電池充電時間并延長了放電階段的電池壽命。 具有充電和系統(tǒng)設置的 I2C 串行接口使得此器件成為一個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，但是不會下降到低于 3.5V 最小系統(tǒng)電壓（可編程）。 借助于這個特性，即使在電池電量完全耗盡或者電池被拆除時，系統(tǒng)也能保持運行。

     當達到輸入電流限值或電壓限值時，電源路徑管理自動將充電電流減少為 0。 隨著系統(tǒng)負載持續(xù)增加，電源路徑在滿足系統(tǒng)電源需求之前將電池放電。 這個補充模式運行防止輸入源過載。

      在無需軟件控制情況下啟動并完成一個充電周期。 它自動檢測電池電壓并通過三個階段為電池充電：預充電、恒定電流和恒定電壓。 在充電周期的末尾，當充電電流低于在恒定電壓階段中預設定的限值時，充電器自動終止。 當整個電池下降到低于再充電閥值時，充電器將自動啟動另外一個充電周期。


         小米希望減小面積，所以選擇了充放電集成的方案。同時小米認為TI的芯片會帶來更好的效率和可靠性。但實際上TI的芯片顯然不適合移動電源使用。暫不說2.8美金的售價。

  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，在大電流輸出時效率會更好。

  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：這個指標很一般。優(yōu)秀的指標是±2mV。

. 2A充放電效率在88%以上：但實際上移動電源設計中需要外加電感、電流檢測電阻、鋰電保護等，所以整體效率在3.3V轉(zhuǎn)5V時僅有   81%。2.4A時發(fā)熱達到100度，達到芯片極限。優(yōu)秀的芯片可以保證3V轉(zhuǎn)5V在2A時有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。

  對這樣的方案會有幾個問題：

.無法做輸出短路保護，是個嚴重的問題。外部短路保護性能必然不如芯片內(nèi)部保護。這是保險公司需要考慮的問題。

.無法實現(xiàn)空載檢測，需要外置電流檢測電阻并采樣判斷。

.無法實現(xiàn)電量檢測，需要外部電路總之，TI的該款芯片不是移動電源最合適的芯片。

2、ABOV單片機：單片機的選擇很多，無非是速度、字長、指令集、存儲空間、外部資源等的區(qū)別。移動電源中，單片機主要做狀態(tài)控制、顯示、按鍵響應、電流電壓檢測、空載檢測、過溫保護等等。但注意的是單片機絕對不能做電源反饋環(huán)路控制。在這點上小米有清醒的認識。但國內(nèi)諸多移動電源的小公司仍然在鋌而走險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，但由于設計欠考慮，在早期的小米移動電源中發(fā)生了無法檢測輸出空載的情況，在后面會談到。這都是因為單片機的ADC實際上是無法執(zhí)行微小電壓檢測的，失調(diào)電壓高達幾毫伏。

3、空載檢測：

       10mOhm sense電阻做放電電流采樣。但這個電阻后來在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、手機智能識別：

小米采用TI 的tps2514芯片，很多人誤以為這是顆MOS，實際是用于手機智能識別的小芯片。目前移動電源大多數(shù)不能智能識別手機類型，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。 一個自動檢測特性監(jiān)控 USB 數(shù)據(jù)線路電壓，并且自動在數(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- 線路中國電信標準 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：

過溫保護是很多廠家為省成本省掉的。小米算是比較有良心的公司。移動電源雖然便宜，但揣在身上是個炸彈。任何的保護都不為過。

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：

采用了1顆鋰電保護芯片、2顆MOS和一個10mOhm熔絲做保護。標準的電池保護方式。這也是因為小米選用的TI芯片不能做完善的電池保護所致。優(yōu)秀的芯片是可以對電池進行全方位防護的，甚至不需要再另加電池保護。

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。當然是成本的考慮。他們也是需要在成本和用戶體驗上權(quán)衡的。畢竟LG愿意貼給小米。

9、鋁外殼：小米是個懂得營銷的公司。時尚不時尚，長得時尚最重要。當然散熱也絕對是一個重要的考慮。

10 、4顆LED燈顯示電量

小米的電量顯示確實不上檔次。這和成本預算應該有關(guān)系。另外想把板子做小，加個液晶屏也不合適。但四顆LED燈確實又不符合小米想體現(xiàn)的科技感。面積、成本和用戶體驗是個艱難的平衡過程。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可能會導致燈來回跳。目前小米產(chǎn)品的顯示方式還在改進。

11、散熱片

沒有這塊小小的散熱片，產(chǎn)品會非常燙。即使如此，小米也只敢讓電池工作到3.3V就停止放電。要知道再進一步下降到3V甚至2.8V時，小米和保險公司都會不自信。那其他移動電源公司就更不用講了。

12、0402電阻

      手機電阻用在移動電源上就是為了讓板子看起來小。實際上小米采用的元件顆數(shù)并不少，差點就擺不下去了。優(yōu)秀的方案只需要10幾個元件。 總結(jié)：小米顯然想用TI的芯片、LG的電芯、Abov的MCU告訴用戶這是個很好的產(chǎn)品，并使用手機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、元件個數(shù)或PCB面積，很多細節(jié)還沒有處理很好。下面列舉我們發(fā)現(xiàn)的一些問題，實際很多問題是選擇芯片方案所帶來的。

下面列舉幾個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 手機充滿電后，移動電源沒有待機，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 移動電源同時插適配器和蘋果手機，手機顯示不能充電。這個涉及到同時充放的負面問題。同時充放電時，輸入和輸出直接連接，當適配器電流能力不能支持后面充電手機時就會拉死掉適配器。這是很危險的事情。實際上這時手機原本可以檢查移動電源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充放電，先由電池給手機充滿，然后再用適配器給電池充滿。

3 實際放電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時就不再工作，可能出于防止過熱的考慮，也可能希望移動電源不工作在預充電階段，節(jié)約充電時間。優(yōu)秀的移動電源可以放出接近8000mAh。另外目前關(guān)于移動電源效率的計算五花八門。本質(zhì)原因是效率很低，不敢給消費者看。其實消費者最關(guān)心的就是能充多少次手機。這里的公式是最客觀的。

4 電量顯示精度，插手機時電量顯示燈會變。電量顯示問題是一個行業(yè)問題。很多時候廠家都是通過“欺騙”消費者眼睛的方式回避了電量測試不準的問題。電量顯示一般可以由電流積分或電壓來判定。但每個電池電量和電壓關(guān)系都不同。電池內(nèi)阻會導致電池電流變化時檢測到的電壓會突變，造成指示燈來回跳。這就像開電動車的瞬間電量會突然掉下去一樣，是個電量計量的假象。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)阻補償計算電池電壓，所以2A時在3.3V就不對外輸出了。這樣充手機的次數(shù)非常有限。這屬于嚴重問題。小米可能有如下幾個考慮：低電池電壓時TI芯片發(fā)熱過大；低電池電壓時要經(jīng)過預充電階段，充電時間長。

6 充滿電的時間比理論時間長。這是普遍問題。小米直接避過預充電階段進入快速充電階段。但仍然無法避免恒壓充電階段。目前業(yè)界最先進的方式是最大限度省掉恒壓充電時間，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負載，溫度高達100度。很多公司其實無法做到3V轉(zhuǎn)5V全部實現(xiàn)2A充電。目前優(yōu)秀的芯片可以做到3V轉(zhuǎn)5V達到2.4A電流，溫度在60度。

8 只有一個輸出口，沒辦法同時給手機和平板充電。小米以后肯定會改進。

9 除充放電外，只有手電功能。小米以后肯定會改進。

10 沒有用聚合物電芯，比較重。小米以后肯定會改進。

     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，使得這款移動電源具有多重保護功能，如溫度保護，短路保護，輸入過壓保護，輸入防反保護等。整體來說，小米的方案從技術(shù)上沒有太多新意，指標平庸，但可靠性和商業(yè)上考慮比較多。

      移動電源看似一個配件，但電源本身是極其復雜的一門學問，需要沉下心來細細思考和優(yōu)化。中國電子工業(yè)需要升級，而不能再走低質(zhì)低價的老路。目前市面上方案非常多，但確實都多少有問題，沒有行業(yè)公認比較好的解決方案。