power 課程講義

1、筆記本電源系統(tǒng),電源簡單介紹,電源是一種提供給電器所需電力的設備，在電子系統(tǒng)中起的作用猶如人體的心臟，源源不斷的給電器設備提供動力。電源的發(fā)展經(jīng)歷了好幾代，最早的是線性電源（LDO），存在著其效率低，比較笨重，移動性不好等不足，隨著高等數(shù)學和現(xiàn)代控制理論的突破性發(fā)展，在上世紀60年代，開關電源開始出現(xiàn)，最早出現(xiàn)的是一種降壓型電路，后來很快又出現(xiàn)其它形式的開關電源電路，在70-80年代中，先后出現(xiàn)了各種拓撲結構的開關電源，開關電源的數(shù)學模

2、型也逐步建立和完善，同時，也出現(xiàn)了各種開關電源控制IC和新型電子材料，從而大大加速了開關電源的發(fā)展。 當前電源的發(fā)展方向是高功率密度，高可靠性，低成本等。,筆記本電腦電源系統(tǒng)的整體認識,筆記本電腦系統(tǒng)本身的電源主要分為兩大部分：一: 筆記本主板上電源1, ADAPTER和BATTERY選擇電路2,電池充電電源3, 系統(tǒng)各芯片供電電源及時序二:筆記本用的外部電源1,ADAPTER2,BATTERY3,INVERTER,一:

3、 筆記本主板上電源1, Adapter,電池電源選擇電路,2, 電池充電電源部分,3．系統(tǒng)各芯片供電電源部分,時序,Adapter,Adapter :電源適配器，用來把市電轉化成我們筆記本所需要的直流電，一般要求電壓比電池的最高充電略高，保證電池充電電壓并能使電腦里面的電源和充電器獲得高的轉換效率。,Battery,常用術語：容量：在特定的條件下，電池放電電流和時間的積分值，或功率和時間的積分。單位為mAH或mWH。C:在數(shù)值上

4、等于mAH電池容量，單位是 mA或A,多用于充電和放電中電流的計算。記憶效應：電池在多次不完全放電后，使得剩余部分容量無法再釋放，導致電池容量下降，在以前的NI電池中比較明顯。一次電池( primary cell ):僅能被使用一次的電池，用完之后，不可再對其充電。對其充電可能發(fā)生危險事故。二次電池（rechargeable battery):所指的就是可以被重復使用的電池。通過充電，可以使得電池內部的電活性物質再度回到原來的狀態(tài)

5、，能夠再度提供電力。筆記本電腦使用就是此類的電池。,常用可充電電池特性比較,Li電池 1.能量密度高，當前18650的電 池容量已經(jīng)作到2400mA,因此出現(xiàn)問題的時候,破壞性更強.2.電池充飽后，電能電解水使內部氣壓升高而不發(fā)熱，因此危險性高。導致充電和放電的控制電路復雜.3.無記憶效應，可電池不飽任意狀態(tài)對電池充電，Ni電則需要放完電后再充電。4.低溫下,電池容量顯著下降,0度時的容量比常溫下的容

6、量下降20%以上.,Ni電池 1.能量密度不如Li電池高，同樣的18650電池，Ni電池單顆容量1.2*4800mAH<Li 3.6*2400。2.Ni電池充飽后，會把能量轉化為熱能，因此發(fā)生過充電后，電池氣壓上升不如Li電池高，相對安全些。3.在經(jīng)過大量的改進之后，記憶效應已經(jīng)不明顯，但還是被推薦在放完電之后再充電。4.低溫特性比Li電池好些，在溫度下降到0度時，容量還有在常溫下容量的90%以上。,Li電池5.采用

7、恒流恒壓充電方式，在到達最大恒壓后，電流下降到一定值，電池充飽，一般采用0.1C以下。6.Li電池重量相對較輕。同樣為18650的電池，Li電池僅重46克(2400mAH) 左右。7.由于其高危險性，電池需要復雜的可靠的保護電路。,常用可充電電池特性比較,Ni電池5.采用恒流充電，采用dT/dt來判斷電池充飽條件，不可用恒壓充電，因充飽時，電池發(fā)熱，電池電壓會下降。6.Ni電池重量大。對18650的電池來說，其重

8、量為64克（4000mAH) 左右。7.充電電路簡單。,電池使用注意事項,在當前筆記本電腦中，我們使用的電池基本上都是Li電池，在充放電和儲存上都有些問題要注意。,充電：1.一般多采用恒壓恒流充電，快充充電電流不要超過0.7C，最大電壓為4.2v/cell,實際的電壓請按電池廠商給出數(shù)據(jù)設定，過壓保護設定為4.35伏為宜。2.如果要把電池從常溫下拿到低溫下，電池不要充飽。3.要嚴格控制在0到45度的情況下才充電，建議在溫度低于1

9、0度或電壓低于3V的情況下采用trickle充電,電流少于0.1C。放電：1.放電不超過1C為宜，超過1C會導致容量快速下降。2.在測試電池容量時，少電流放電到2.5V/cell才終止，在使用的時候，則放電電壓不要低于3V/cell.3.放電溫度不要超出0到65度范圍。儲存：1.儲存在常溫下，并且電池不要充飽，并且充容量30%到60%為最佳，不可以放完電量后存儲。2.每半年充放一次電，在不使用時請勿放在設備里。,電池包結構

10、,MicroController:BENCHMARQ bq2040等，負責換算電池容量。 EEPROM:記錄電池的各種數(shù)據(jù)，供MicroController讀取參考。 溫度偵測:熱敏電阻用來偵測電池溫度。 溫度保護:溫度保險絲，溫度過高時熔斷保護。 保護電路:Ricoh、Mitsumi、Seiko、Benchmarq等保護IC。 MOSFET:當開關使用。 電流偵測:mOHM級高精度電阻，偵測充電和放電電流，讓MicroCo

11、ntroller轉換為電池容量。,Thermalbreak,Thermalfuse,Polyswitch,Thermistor,Gauge B’D,實際電池包結構,下圖是筆記本電腦中的實際電池包。,在電池中，除在硬件上的過壓，欠壓，過流，短路，過溫等保護外，在軟件上也要充分考慮保護措施，要設定最大充電電流，最大充電時間，充放電溫度，最低放電電壓等使用保護措施。提高整個系統(tǒng)的可靠性。,電池智能化,電池的智能化對電池的管理來說是非常必需的，

12、在筆記本中電池智能化是系統(tǒng)管理電源和電池的基礎。智能化不僅提供各種必要的電池信息，同時電池提供合理的保護。 電池智能化最核心的部分又是計算電池容量，智能化電池容量的基本算法如下： 設定電池充飽，在廠商提供的最大充電壓(4.2V)下，充電電流下降到一定值（常0.05-0.1C之間）時為電池充飽，當前我們的設定為4.2V@0.05C。 設定電池放完電，電池電壓和容量之間有一定關系，廠商設定電池

13、容量以是以n個小時的恒電流放電到2.5V而不是0V，得到的容量為 電池Cn容量。為很好的延長電池壽命，我們設電池電壓下降到3V時電池容量為0。 在有上面兩個條件后，就可以計算電池的容量了，和電池廠商一樣，我們也是采用放電容量作為電池的容量?？稍趯嶋H使用中，要等電池放完才更新電池容量對用戶來說，很不方便。因此根據(jù)電壓對應一定的容量的關系，我們設定一個中間電壓點(EVD) ，用來更新電池。我們要更新電池容量。整體的算法是

14、 Cn+1=放電容量（充飽放電到EVD電壓點）+(EVD)%*Cn。 (EVD)%表示電池放電到EVD電壓后，我們設定的一個容量值。C表示電池容量。 上面僅僅是一個基本算法，實際算法非常復雜，電池容量不僅僅和溫度有關，和放電電流都有關，和放電次數(shù)都有關，因此EVD的電壓點是要根據(jù)這些情況進行變動的，實際的算法中都要加入上面的因數(shù)。我們p21i中bq2040則無法完成這種補償，在后來的bq2085則

15、有這些補償。 在實際中上面的計算方法要有效，還需一些精確的設計測量補償技術和一些補充算法才能確保電池的只能化是有效的、可靠的。,Inverter,Inverter 在我們筆記本中的電源中是特殊的一種電源，把筆記本電腦中直流電轉化成交流電。 現(xiàn)在筆記本電腦在市場上多為12寸，14寸和15寸，根據(jù)屏的不同，屏中的燈管要求也不一樣。 根據(jù)使用環(huán)境的不同，我們會使用不同的架構，在我們筆記本上面,目