[心得] 漢美光電降壓式高效率行動電源簡介及測試

作者: wolflsi (港都狼仔)   2014-06-02 17:55:11
狼窩好讀版:
http://wolflsi.pixnet.net/blog/post/57611013
大部分的行動電源,為了能夠透過USB 5V充電,所以多採用單顆鋰電池、多顆並聯方式來
組成所需容量,再透過升壓轉換電路(Step-up DC-DC)來將電池電壓提升為5V,以供應USB
裝置所需,但是在放電過程中,電池電壓會隨之降低,而為了維持相同的輸出,電池端的
電流必須要增大,當電池放電電流越高時,可用的放電容量也就越小,這也是大多數行動
電源在放電電流越高時,可用Wh會明顯下降的緣故
為了改善此狀況,有的行動電源主打以"降壓"(Step-down DC-DC)轉換電路來把電池電壓
轉換成5V,主要特點就是看中在電池放電電流低可放電容量較大、降壓轉換電路效率較高
上,不過因為電池電壓提高,想由USB充電困難度加大,且電池也因為串聯的緣故,必須
要進行匹配,挑選放電特性一致的電池來搭配,增加電池更換時需注意的因素
這次要介紹及測試的是由漢美光電所推出,採用四顆2600mAh 18650鋰電池版本的降壓式
行動電源(其中還有採用3100mAh及3400mAh的款式)
行動電源外觀正面,使用電子材料店中販售的18650四顆裝塑膠外殼套件組裝而成,兩顆
固定螺絲用來固定電池盒蓋
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行動電源上方從左至右分別是充電指示燈、充電輸入口、USB輸出插座、DC圓孔插座(目前
無作用)、運作指示燈、電源開關,當行動電源進行充電時左側的充電指示燈會亮起,一
開始充電中為紫色,充飽後會顯示藍色,當充飽後仍繼續插著電,超過九小時後會自動熄

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打開電源開關,運作指示燈發起藍色亮光,表示USB開始輸出5V,當放到電池的低電壓點
後,藍色燈光會自己熄滅,表示輸出已關閉
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側面三個孔透出的藍光是電量指示燈,依照內部電池電壓決定點亮的LED數,三顆全亮表
示75~100%,亮兩顆是50~75%,亮一顆是25~50%,都沒亮是25%以下
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因為內部電池採兩串兩並組合,無法使用USB 5V輸入充電,所以附上一顆DVE生產的12V
1.5A電源適配器,型號為DSA-20P-10
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與同樣裝四顆18650的小米10400比較高度
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與同樣裝四顆18650的小米10400比較寬度與厚度
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隨產品附贈一組硬式攜帶包
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行動電源安置在攜帶包內部的樣子,可惜空間不夠,沒有辦法把電源適配器一起裝進去
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內部結構圖,四顆SONY US18650GH2 18650鋰電池採用兩串兩並(2S2P)方式配置,第二顆
電池上黏貼一白色的溫度開關,作為電池組過溫度保護機制
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電路板上方電路布局,主要由圖中所標示的三大方塊(充電輸入、降壓輸出、鋰電保護)所
構成,另外還有電量指示電路元件
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鋰電池充電部分是由MPS MP2618EV(編號U10) 2-3串交換式鋰電池充電IC,最大充電電流
可達2A(不過在此電路中最大充電電流設定在1A),電路周邊採用日本Nippon Chemi-con
PS系列固態電容
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降壓電路部分採用MPS MP28258DD(編號U3,印刷AAA)QFN12封裝高效率同步降壓轉換IC,
最大輸出為3A,其採用Constant-On-Time(COT)控制技術,提供快速暫態反映及良好的穩
定性,具備短路(SCP)、過電流(OCP)、過電壓(OVP)、欠電壓(UVP)及IC本體過熱關閉保護
降壓轉換IC下方是啟動開關,當拆裝過電池,需要重新按下此開關來啟動內部鎖住的保護
電路,來恢復正常作業
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在鋰電池端的保護部分,由精工S-8232(編號U11)系列2串(2S)鋰電池保護IC + AO4854(位
於電路板背面,編號U29)雙包裝N通道MOSFET(30V 8A)構成鋰電池過充電/過放電/過電流
保護迴路
鋰電保護IC的旁邊是電量指示電路,可以透過三顆半固定可變電阻來調整三個指示燈動作
時的電壓點
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電路板背面印上Handmade漢美光電字樣,紅框內AP393A雙包裝低功率運算放大器(編號
U30/U33)用來組成電壓比較器,用於電量指示電路上,藍框部分編號U29就是鋰電池保護
電路的控制用MOSFET,J7/J2線路則是兩鋰電池相串點的電壓返回線路,提供鋰電池保護
電路使用
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電池端導體板透過直立排針與電路板焊接在一起
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電池保護用溫度開關為60度動作,當達到此溫度後會切斷電池組與電路間的導通路徑,溫
度開關使用膠固定在電池上
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接下來是0.5A/1A/1.5A/2A放電測試,這裡特別注意的是雖然容量仍寫10400mAh,不過實
際上應以7.4V(兩顆電池串聯)乘以5200mAh(兩組電池並聯)=38.48Wh來計算電池能量,充
電Wh紅字部分是採用其充電輸入12V來計算
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0.5A/1A/1.5A均有93%/92%/90%可用Wh,2A可用Wh也有88%,不會有很大的差異,降壓式的
優點(高效率、輸出電流即使加大落差也小)在這裡表現得十分明顯
0.5A放電圖表,平均電壓在5.22V
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1A放電圖表,平均電壓在5.21V
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1.5A放電圖表,平均電壓在5.19V
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2A放電圖表,平均電壓在5.17V
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輸出埠負載測試,輸出達3.5A後關閉,如果以IC本身額定3A輸出下,其過電流保護點為
117%,過電流保護合理,其電壓範圍為5.22V(0.1A)~5.13V(3.4A),最高與最低壓差僅有
0.09V(90mV),表現相當不錯
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輸出埠於1A負載下漣波測試,漣波Vp-p為82mV
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結論:
優點:
1.採用電池串聯及降壓輸出,使得USB 0.5A~2A輸出下可用Wh落差小,加上採用高效率IC
,0.5A~1.5A輸出可用Wh均在90%以上,即使在2A輸出下仍有88%可用Wh
2.採用大廠MPS的充電IC及大電流降壓轉換IC,也選用了SEIKO的鋰電保護IC,並使用日系
NCC固態/傳統電解電容
3.輸出電壓隨電流增大產生的壓降很輕微,輸出電流從0.1A~3.4A僅改變了0.09V(90mv)
4.提供的保護齊全,過電流保護確實
5.附上安規的大廠電源適配器,不用擔心充電受到影響(雖然充電電流僅有1A,但為了兼
顧邊充邊用所以附上1.5A適配器)
缺點:
1.塑膠盒外觀較為簡陋(不過開孔處密合度及指示燈位置處理還算不錯),內部電路板手工
痕跡較多
2.充電採12V輸入,而非採用常見的USB 5V,拿至外面使用若需要再充電時較為不便
3.雖然可以換電池,但因為電池組採先串聯後並聯設計,所以使用的電池需要匹配,特性
差太多及不同容量特性的電池不能混用,以免影響充放電
4.僅有單組輸出
報告完畢,謝謝收看
作者: HiJimmy (å—¨ 吉米)   2014-06-02 18:15:00
其實不管升降壓 越接近目標電壓 效率越好 如果能夠在低載時採用PFM 重載改PWM 可以在省一點
作者: wolflsi (港都狼仔)   2014-06-02 18:54:00
這也要注意EMI問題好不好解~
作者: b8806 (Brian)   2014-06-04 22:20:00
狼大的公測報,,,讚
作者: ChineseTeam (自私的說走就走)   2014-06-04 22:21:00
請問這是不是可替換電池盒中效率最好的一個了?

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