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品來說，算得上是中規中矩吧。

從官方宣稱的信息來看，列舉了可以為我們日常使用的一些手機的充電次數。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，有感而發寫一些東西和大家分享。這篇文章獻給移動電源行業中的設計師朋友和一些技術迷。希望借這篇文章可以引發移動電源行業對技術方案的重新思考。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 是高集成開關模式電池充電管理和系統電源路徑管理器件，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鋰離子和鋰聚合物電池。 它的低阻抗電源路徑對開關模式運行效率進行了優化、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的電壓調節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。 隨著系統負載持續增加，電源路徑在滿足系統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結構；

.1.5MHz開關頻率：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5V時僅有   81%。2.4A時發熱達到100度，達到芯片極限。優秀的芯片可以保證3V轉5V在2A時有90%以上的效率，溫度在50度以內。

.帶I2C接口調節各種閾值；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部保護。這是保險公司需要考慮的問題。

.無法實現空載檢測，需要外置電流檢測電阻并采樣判斷。

.無法實現電量檢測，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、外部資源等的區別。移動電源中，單片機主要做狀態控制、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路控制。在這點上小米有清醒的認識。但國內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實際上是無法執行微小電壓檢測的，失調電壓高達幾毫伏。

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。空載檢測是行業難題。檢測電阻一般在50mOhm，4A電流下會產生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控 USB 數據線路電壓，并且自動在數據線路上提供正確的電氣特征，來在下列專用充電系統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并不少，差點就擺不下去了。優秀的方案只需要10幾個元件。 總結：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、元件個數或PCB面積，很多細節還沒有處理很好。下面列舉我們發現的一些問題，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，主要總結一些和技術相關的反饋：

1 手機充滿電后，移動電源沒有待機，還在一直放電的狀態。后來發現將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，節約充電時間。優秀的移動電源可以放出接近8000mAh。另外目前關于移動電源效率的計算五花八門。本質原因是效率很低，不敢給消費者看。其實消費者最關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系都不同。電池內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芯片發熱過大；低電池電壓時要經過預充電階段，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5V全部實現2A充電。目前優秀的芯片可以做到3V轉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，小米的方案從技術上沒有太多新意，指標平庸，但可靠性和商業上考慮比較多。

      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化。中國電子工業需要升級，而不能再走低質低價的老路。目前市面上方案非常多，但確實都多少有問題，沒有行業公認比較好的解決方案。