原创 【动手做个移动电源】1、关于业余,关于架构

2012-11-25 22:43 3552 11 15 分类: 电源/新能源 文集: 移动电源-电霸

 

1、关于业余,关于架构

2012-11-5 尾生

(1)写在开头的一些话

        在大学的时候,基本没怎么好好上过课,大部分时间在实验室自学单片机、硬件电路、软件~也参加过各种比赛,做过一些项目……刚出学校的时候还是有点牛气的,可是到工作后才发现,大学哪怕接触过再多这方面的东西,还是缺乏工程的思想。近公司后做了好几个项目,大的公司除了开发流程最为令人称道之外,能接触到的各种技术也十分令人称道。好在有前辈领路,慢慢的摸上了一些道,现在带着项目,也想在业余再做点东西、学点东西。

        三年软件,十年硬件。这句话想来非常精确的反应了软件和硬件修炼的难易程度,很多时候,真的是时间堆出来的,但是光有时间又不行,很多人都说硬件是一个吃经验的活,越到后面越轻松,但其实并不是这样的,特别是通信电子/消费电子,实在是变化太快了,很多时候,要做一个新的项目,要接触的了解的掌握的东西实在是太多了,甚至还包括底层软件。当然,买个某家芯片公司的单芯片解决方案来实现一个产品,长期这样也就不叫硬件设计人员了,最多只能算的上是硬件工人。如果能进一个小公司做硬件,那好好学做事,能接触到很多,到大公司也能学习到很多,而两者的共同点都是,如果不自学好好学点东西,很快你就会发现,没有底蕴而且后劲不足,时代变化的太快了,昨天还在做USB2.0,马上3.0就要启动了,协议几百页都还没有看完,咋搞……

         从硬件工程师成长为硬件系统架构师,再了解一点软件的层级以及开发思想,恭喜你,你肯定成为了一个超级牛x的系统工程师了。

         以前,技术纯粹是一种爱好,后来有些波折的岗位选取,还是到公司来做硬件了,也算是缘分。现阶段在器件高度集成化的同时,各种技术的低门槛造成新产品上需要上各种高新技术以提高竞争力。而在这个过程中,很多人就喜欢越尖端越好,但其实,我们都认为老板有一句话是真理:我们只做领先一两年的技术……我们要做工程商人……不是工程研究员,而是工程商人……这样的创新和技术才能实现最大的社会价值……

 

(2)移动电源的需求

        换手机后,一直想自己做个移动电源,想了想,就开始做了,以此来让业余那些浪费在Dota上的时间变得宝贵。当然了,其他做菜和运动的时间不能少,这样自己的时间非常不充裕,所以只能慢慢来了,没周做一点,慢点做,同时希望能够在博客里和大家做一个分享,把整个的设计制作过程展现出来,只有实现了社会价值的制作才有意义。当然,是从硬件的角度来阐述怎样把一个产品从无到有的制作出来。

         首先是对这个移动电源的定位吧!也就是传说中产品开发的需求——这个产品要做成什么样子的?第一个肯定是电池容量了,当然越大越好了,但是其实普通开发者比如我这样的很难搞到物美价廉的电池,所以………定个3000mAH吧,相比现在市面上已经100块钱10000mAH的移动电源这个容量确实有点小,但是木有办法啊,私人买不到简装电池哦……

        对应这个容量,小就小点哈,其实只要接口留出来了,把若干个电池都放电到同一电压然后直接并接在一起,就是个电池了。

        然后就是充电时间和放电时间了,这两个参数都取决于电芯的容量,比如单节2000mAH的电池,充放电电流一般可以做到0.7C(C代表电池的容量)也就是1.4A,这样一节电池用最大充电电流和稳压状态,就能够在2小时内充满电了(具体的充电模型后面再说,多节电池的并接充电也后面再说)。

(3)系统规格分解

         移动电源TP01(TravelPower01)系统设计简要规格如下:

        a) 支持多节同类电芯的电池并接扩展容量,留出并联焊点,TP01版本的移动电源就采用3000mAH为基本单元来做(可并接x*3000mAH来增大容量,但是需要考虑温度的采样问题以及电池差异带来的充放电差异影响电池寿命);

        b) 充电电流0.7C(正常工作环境温度),以并接10*1000mAH电池计算,C(单电池容量)指的是单电池的容量,充电电流不能大于任一电芯的充电电流,放电是可以更大的。所以充电电流=700mA,这样充满电的时间T=10000/700≈15hour,呵呵,很长时间啊……放电的话单节=0.7C,多节的时候可以大于0.7C

        c) 环境工作温度定义为-10~40度吧,电池本身的温升加上环境温度不能超过50度(我不太记得了,要查一下资料看),也就是要监控电池温度,电池属于敏感器件,不正常的温度下容易损坏甚至爆炸,所以温度范围一定要监控好,这就是上面说的并了多节电池的情况下需要保护好器件

 

(4)实现

        既然是业余制造,那么肯定是要从深层次去挖掘一些深入的技术了,那就用这样一个架构吧

        a) 以MCU做主控,ARM就不考虑了,做为一篇给初学者看的博客,给老婆学习的笔记,还是要从最简单的51单片机开始。现在国产的STC系列单片机做了个小小的工艺架构升级,在原来的51架构上做了一些改进,最大的差异就是原来一个机器周期对应12个时钟周期,老51的速度和其他单片机没办法比。现在的STC系列51架构,一个机器周期对应一个时钟周期,速度提上去了,用起来也比较好用了,入门简单,应用广泛

        b) 充电芯片就用TI的Bq2416x吧,通用系列,采用IIC控制,恰好这个资料比较多,而且对这个需要深入学习

        c) DCDC的话,想来想去还是自己搭一个吧,用现成的不太有技术含量,业余制作嘛主要是锻炼技术的。自己搭DCDC的话开关频率几百KHz甚至上MHz的,用单片机肯定玩不动,需要再搭个频率发生器,用单片机控制调频或者找个能输出PWM的管脚,等差芯片资料的时候再说了……

        d) 输出的话必须限流,要不抽电流太狠了有碍电池健康,也用分立器件搭吧~

        e) 温度检测可以用ADC+温敏电阻,也可以用专门的温度采集芯片,前者误差有点大,后者成本会高一点,但是校准啥的都比较方便。

        f) 需要带状态指示灯,比如电量指示,充电指示,放电指示,可以复用的;

        g) 充电接口采用MicroUSB接口,放电接口用大的USB-A型头母座,这也是为了方便现在大多数用户手上的带USB-A型公头转MicroA型公头的线缆,可以用手机的充电器给这个电源充电,也可以拔下适配器带的线来接到充电宝上给书记充电……

        h) 大于5V时过压保护,因本身充电芯片可以抗到12V,可以在输入输出端都加上过压保护器件,防止接反。

 

        想来想去,在自搭的那些电路上需要兼容上集成器件,这样板子很快就能用了,也同时可以把器件选型和DIY设计放在一个板上,需求和设计现在有点大了,尽量做全一点……

        所以,最后搭出来的这个电路肯定有点占地方,如果用小封装拼一下的话,其实还好,再随便买个外壳,PCB设计的时候匹配一下,基本就产不多了

 

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文章评论4条评论)

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用户450252 2013-10-24 11:42

也可以看看芯海科技chipsea -- 移动电源的解决方案。http://chipsea.com/html/product/soc/201307/1180.html

用户434698 2013-4-19 13:15

严重支持!对电子方面一窍不通的小生跟着你的脚步学习啊!

用户1673455 2012-12-8 22:42

工程虽小,五脏俱全,用到的技术真多啊。挺锻炼人的

用户1696769 2012-11-7 09:22

实用的设计思路,话说我现在的手机电池就不太管用,移动电源是个不错的选择。
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