品能PN913是一款性?xún)r(jià)比高的產(chǎn)品：10000毫安時(shí)容量，2.1A/1A雙向輸出，1A輸入，帶液晶屏，售價(jià)69元。這似乎是與小米火的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)。為什么這么便宜?讓我們探索一下產(chǎn)品。
先看看PN913程序：
1、單片機(jī)軟件控制模式
mcu方案是中國(guó)人發(fā)明的一種方案，完全不懂開(kāi)關(guān)電源。然而，對(duì)于正規(guī)的電力集成電路公司來(lái)說(shuō)，發(fā)明mcu解決方案是不可能的。長(zhǎng)期以來(lái)，所謂的mcu多合一低成本解決方案給移動(dòng)電源制造商帶來(lái)了生機(jī)。但由于品能采用了單片機(jī)方案，只有一條路可以走到黑色，但PN913注定會(huì)成為一款低成本的解決方案，而且不能雅致堂堂。在這里，我第一次總結(jié)了mcu方案背后的主要問(wèn)題和原因。
單片機(jī)是一種軟件控制方式，不能并行處理多個(gè)事件。因此，在處理保護(hù)、按鍵、充放電回路控制、顯示、功率計(jì)算、電流電壓檢測(cè)等方面的實(shí)時(shí)性能無(wú)法得到保證。同時(shí)，一個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行需要分解成許多指令。例如，執(zhí)行一個(gè)pwm操作需要幾十微秒。假設(shè)在一個(gè)微秒開(kāi)關(guān)周期的條件下，幾十個(gè)周期是無(wú)法計(jì)算的。一旦負(fù)荷發(fā)生變化或短路，后果不堪設(shè)想。
單片機(jī)運(yùn)算能力很差。過(guò)去，它只用于控制小家電。應(yīng)用程序環(huán)境非常簡(jiǎn)單?，F(xiàn)在很多售價(jià)1元的MCU都是幾兆赫的頻率，有8位甚至4位的工作，顯然無(wú)法做功率控制。
由于單片機(jī)運(yùn)行速度慢，一般單片機(jī)方案的典型特點(diǎn)是開(kāi)關(guān)頻率很低。筆者親眼看到，禮品板上的單片機(jī)方案只有20khz的頻率。很多人問(wèn)我為什么許多移動(dòng)電源會(huì)發(fā)出噪音。在如此低的頻率下，電流紋波是如此可怕，以至于它不能安靜。因此，它必須配備大電感、大體積、高內(nèi)阻，最終導(dǎo)致效率低下。
MCU是一種通用設(shè)備，根本不是為移動(dòng)電源應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。這種方案的最初使用完全是出于對(duì)低成本的追求，而mcu畢竟是靈活的，適合各種顯示模式。
單片機(jī)外圍資源非常有限，通常配備12位低速ADC。該adc需要分時(shí)復(fù)用來(lái)處理多個(gè)電流采樣、電壓采樣，且自身頻率較低，完全無(wú)法進(jìn)行功率控制。此外，大多數(shù)公司使用集成adc進(jìn)行空載電流檢測(cè)和充電端電流檢測(cè)，但由于未能實(shí)現(xiàn)微電壓電平失調(diào)而導(dǎo)致檢測(cè)失敗。
單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)mos或三級(jí)晶體管驅(qū)動(dòng)mos。由于驅(qū)動(dòng)能力有限，開(kāi)關(guān)損耗很大。
電力和負(fù)荷調(diào)整率將更差。大電流放電時(shí)輸出電壓低。帶有2A的PN913的輸出電壓只有4.4V。想象一下電池電壓為4.2V，甚至4.35V。這種性能是非常危險(xiǎn)的!
單片機(jī)方案的輸出速度很差。PN913測(cè)試表明，當(dāng)0.1a至1.5a電壓降到0.8v時(shí)，200ms不能恢復(fù)。這在普通的電源芯片中是不可能的。
單片機(jī)保護(hù)速度很慢。保護(hù)短路通常需要幾毫秒。
2.充電
充電開(kāi)關(guān)頻率為200kHz。肖特基、50mohm電阻和40mohm電感在充電路徑上串聯(lián)，效率自然很低。1a的充電效率為87%。目前，許多企業(yè)的充電效率可以達(dá)到94%。換言之，pn913的充電損耗是好方案的兩倍。
適配器無(wú)法適應(yīng)充電。也就是說(shuō)，如果適配器是500毫安輸出，移動(dòng)電源會(huì)直接將適配器輸出拉死。
當(dāng)然，1a的充電容量為10000毫安時(shí)的電池容量，只是一聲嘆息，讓子彈飛了起來(lái)。目前有一種快速充電方案，可以將充電時(shí)間縮短一半。
3、放電
mcu方案中存在幾個(gè)明顯的現(xiàn)象：mos輸入信號(hào)的上升和下降時(shí)間長(zhǎng)達(dá)100ns-200ns，開(kāi)關(guān)損耗很大。切換頻率為200khz，因?yàn)閙cu硬件處理能力太差，無(wú)法在切換周期內(nèi)完成采樣和操作。任何對(duì)信號(hào)分析和開(kāi)關(guān)電源稍有了解的人都知道災(zāi)難性的后果。輸出電壓降到4.4v，當(dāng)輸出電流為2a時(shí)，非常接近電池電壓4.2v。這太危險(xiǎn)了!讓我們看看以下響應(yīng)波形：
PN913測(cè)試表明，當(dāng)0.1a至1.5a電壓降到0.8v時(shí)，200ms不能恢復(fù)。
他的效率不高，3.2v電池的電壓效率小于79%。效率損失主要來(lái)源于功率路徑上50mohm的電流檢測(cè)電阻和20mohm的電感寄生電阻。pn913選擇同步方案。在p/nmos中，肖特基二極管并聯(lián)以提高連續(xù)電流能力，這是一種名義上的同步方案。然而，由于采用mcu結(jié)構(gòu)，肖特基二極管需要在mos上并聯(lián)，因此成本較高。在效率方面，mcu方案使效率在90%以上時(shí)僅能達(dá)到80%的效率。
另一方面，電池電壓停止在3V左右。
4、輸入輸出電流檢測(cè)及空載檢測(cè)
在2a的輸出路徑上串聯(lián)兩個(gè)并聯(lián)的100 mohm電阻，檢測(cè)輸出電流。一個(gè)100兆歐的電阻串聯(lián)到1A的輸出通路上以檢測(cè)輸出電流。在輸入路徑上串聯(lián)一個(gè)50 mohm的電阻以檢測(cè)輸入電流。有人問(wèn)為什么大電流的升壓效率不高。50ohm的檢測(cè)電阻可以帶來(lái)2%的效率損失。選擇這么大的電流檢測(cè)電阻是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的adc偏移量太大。目前，能達(dá)到的最佳水平是檢測(cè)10ma電流的10mohm檢測(cè)電阻。
5、移動(dòng)智能識(shí)別
目前，實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別功能的產(chǎn)品并不多。這些是一些品牌用來(lái)宣傳的功能。大約有10%的手機(jī)或平板電腦充電有問(wèn)題。經(jīng)濟(jì)有效的解決方案當(dāng)然不需要這個(gè)功能。
6、過(guò)熱保護(hù)
許多制造商相信電池不會(huì)過(guò)熱。但畢竟，過(guò)溫保護(hù)的成本很高，而且為了經(jīng)濟(jì)有效的方案，忽略了過(guò)溫保護(hù)功能。
7、采用p/nmos雙管集成芯片
pinneng pn913是一種同步方案，采用外部p/nmos。但如果沒(méi)有外部驅(qū)動(dòng)電路，很可能是單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，為了節(jié)省成本，但事實(shí)上，它必須并行兩個(gè)肖特基，所以不值得損失。
8、電池保護(hù)
采用一塊鋰離子保護(hù)芯片和兩塊mos進(jìn)行保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)電池保護(hù)。
9、同時(shí)充放電
肖特基管串聯(lián)在輸入輸出端，用于自動(dòng)分配充放電路徑。但就像大多數(shù)同時(shí)具備充電和放電功能的制造商一樣，適配器也有可能被插入手機(jī)而拉死。這是產(chǎn)品的細(xì)節(jié)。另外，充電路徑上的肖特基系列使得充電效率很低。一個(gè)50兆歐的電阻進(jìn)一步降低了效率。附加20毫微米寄生電感電阻，充電效率極低。
10、液晶屏和LED顯示電源
液晶顯示器是移動(dòng)電源升級(jí)的重要手段。在這里消費(fèi)成本確實(shí)是取悅消費(fèi)者的一種方式。但問(wèn)題是電量測(cè)量非常不準(zhǔn)確。消費(fèi)者可以在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)看到它。事實(shí)上，有一些精確測(cè)量電能的方案。如果用液晶顯示器顯示電的百分比，顯示精度絕對(duì)是好的。目前已實(shí)現(xiàn)16位精度顯示。
11、散熱器
當(dāng)然不會(huì)。對(duì)于mos的外部方案，散熱要求會(huì)比較低，所以很多廠家都不加散熱片。
12、10UH感應(yīng)器
大多數(shù)制造商使用10UH感應(yīng)器。原因是單片機(jī)處理速度太低，不能采用高開(kāi)關(guān)頻率(TI采用1.5MHz開(kāi)關(guān)頻率)。因此，電感值和電流電阻值會(huì)非常大，成本也會(huì)相應(yīng)的大幅增加。同時(shí)，大電感會(huì)帶來(lái)較大的直流電阻，嚴(yán)重降低產(chǎn)品效率，可達(dá)2.5%。這是許多使用mcu解決方案的制造商根本沒(méi)有考慮到的問(wèn)題。
13、保護(hù)
因?yàn)闀r(shí)間有限。我們只做了短路測(cè)試。
短路電流響應(yīng)波形
電流高達(dá)10A，維持3ms，正常保護(hù)速度ns級(jí)。它在幾個(gè)數(shù)量級(jí)上都很簡(jiǎn)單。
小結(jié)：PN913作為一種性?xún)r(jià)比較高的方案，采用了單片機(jī)軟件方案，使得整個(gè)方案效率低、性?xún)r(jià)比高，為了節(jié)省成本，省略了一些配置。但畢竟mcu軟件解決方案在我國(guó)只是一個(gè)特例，已經(jīng)被正規(guī)企業(yè)拋棄，只存在于禮品手機(jī)電力市場(chǎng)。
