移动电源原理释疑

3.15我们在行动

作者介绍:电子发烧友,5年软件工程师。自幼酷爱无线电, 16岁就自己组装了跨国通信的无线电报系统。

随着智能手机、平板电脑等移动互联网终端的CPU增强、屏幕的扩大、存储容量的增加,同时对便携性的要求也日益提高,其续航能力已经达不到消费者的需求。移动电源产品应运而生,但是移动电源产品组装工序简单、行业门槛低,造成了这类产品良莠不齐,今天笔者就带领大家来全面地了解一下移动电源的方方面面。

移动电源要符合各国标准

国家质量监督检验检疫总局或其指定代理机构对3C进行认证。通常在安全、电磁兼容性、环保这三个方面进行检验。安全第一,检测产品在规定的温度范围内,规定的充放电功率和循环次数内不发生爆炸、漏液等安全事故。再者电磁兼容性有两层含义:一方面是在正常工作中的电磁辐射不会对其他符合标准的电器产生干扰,特别是一些无线电通信或音频设备;另一方面是不会受到其他符合标准的电器的干扰。

最后就是环保方面的要求。这类产品具体的需要符合的标准有《GB 8898-2001音频、视频及类似电子设备安全要求》、《GB-T 18287-2000 蜂窝电话用锂离子电池总规范》,前者是强制标准,后者是推荐标准。后者对电池的诸多性能提出了要求底线,例如-20℃到55℃高低温性能、不低于300次的循环寿命、过充放电保护、抗冲击性等,但是对消费者比较关心的续航性能只有一个很低的要求,现在市场上的产品已经远远超过这个水平了。

移动电源的原理及结构

移动电源从电气原理上分,由四部分组成:充电电路、电池、直流变换电路和输出接口电路。

充电电路的性能直接影响着充电的速度、充电时的发热量等,充电电路最常见的问题就是对电池的过充电和充不满现象,锂电池在这方面比较脆弱,前者会严重降低电池的循环寿命,后者会降低电池应有的续航能力。

电池呢,最常见的要数锂电池了,其分为两种电芯材料:锂离子电池和锂离子聚合物电池,后者是前者的改进型产品,更为安全,相应的体积容量也更大。锂电池有容量大、质量轻、无记忆效应等很多优点,但在外形标准化方面有所欠缺,这也导致了各厂家锂电池不兼容、循环寿命到了以后更换难度大等问题。在这方面有优势的是AA电池,经过长时间的生产改进,三洋制造出了2500mAh大容量、1500次循环寿命、低自放电量的eneloop系列AA电池,而且价格也相对适中。

直流变换电路,是将锂电池的电压(单节锂电池电压为3.7V)转换为各移动终端的充电电压(通常为5V 的USB充电接口),这个电路最重要的指标就是高效,高效的电路工作时发热量小,同样的电池容量效率高的变换电路可以给移动终端提供更长的续航时间,通常这个电路的转换效率应该达到80%,优质的产品可以达到90%以上,消费者在选购的过程中通过使用移动电源给移动终端供电10分钟左右后,触摸感觉外壳没有温升为宜。

输出接口电路,通常使用USB-A型插座的比较多,也就是台式电脑上的USB接口,这种兼容性也是最好的。我国早在2007年就颁布了手机充电器国家标准,并在国内市场强制实施。虽然各大手机厂商的产品都将充电器改为USB-A型插座输出,但是笔者在使用中发现还是有不兼容的情况,例如用iPhone的电源适配器就无法通过数据线给micro-USB的诺基亚手机充电,究其原因是各厂商还是在自家的充电器接口中设计了识别电路,识别是自家的充电器,才开始充电。USB接口通常是4个引脚,其中两个作为电源的正负输出,另外两个作为数据端口,充电器的的识别电路就藏在数据端口后面,下面给出常用的苹果和诺基亚的原装USB充电器的接口识别电路:

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苹果充电器USB接口识别电路
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诺基亚充电器USB接口识别电路

所以在选购时最好选择有多种转换接口的转接头产品,以适应不同的移动终端。