power 課程講義

1、筆記本電源系統(tǒng),電源簡(jiǎn)單介紹,電源是一種提供給電器所需電力的設(shè)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(shè)備提供動(dòng)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(dòng)性不好等不足，隨著高等數(shù)學(xué)和現(xiàn)代控制理論的突破性發(fā)展，在上世紀(jì)60年代，開關(guān)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(guān)電源電路，在70-80年代中，先后出現(xiàn)了各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)電源，開關(guān)電源的數(shù)學(xué)模

2、型也逐步建立和完善，同時(shí)，也出現(xiàn)了各種開關(guān)電源控制IC和新型電子材料，從而大大加速了開關(guān)電源的發(fā)展。 當(dāng)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(rèn)識(shí),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(shí)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(shí)序,Adapter,Adapter :電源適配器，用來把市電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率。,Battery,常用術(shù)語：容量：在特定的條件下，電池放電電流和時(shí)間的積分值，或功率和時(shí)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(jì)算。記憶效應(yīng)：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(dǎo)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(duì)其充電。對(duì)其充電可能發(fā)生危險(xiǎn)事故。二次電池（rechargeable battery):所指的就是可以被重復(fù)使用的電池。通過充電，可以使得電池內(nèi)部的電活性物質(zhì)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(dāng)前18650的電 池容量已經(jīng)作到2400mA,因此出現(xiàn)問題的時(shí)候,破壞性更強(qiáng).2.電池充飽后，電能電解水使內(nèi)部氣壓升高而不發(fā)熱，因此危險(xiǎn)性高。導(dǎo)致充電和放電的控制電路復(fù)雜.3.無記憶效應(yīng)，可電池不飽任意狀態(tài)對(duì)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(shí)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(huì)把能量轉(zhuǎn)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(duì)安全些。3.在經(jīng)過大量的改進(jìn)之后，記憶效應(yīng)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(shí)，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(dá)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(duì)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(xiǎn)性，電池需要復(fù)雜的可靠的保護(hù)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(shí)，電池發(fā)熱，電池電壓會(huì)下降。6.Ni電池重量大。對(duì)18650的電池來說，其重

8、量為64克（4000mAH) 左右。7.充電電路簡(jiǎn)單。,電池使用注意事項(xiàng),在當(dāng)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(chǔ)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(shí)際的電壓請(qǐng)按電池廠商給出數(shù)據(jù)設(shè)定，過壓保護(hù)設(shè)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(yán)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(huì)導(dǎo)致容量快速下降。2.在測(cè)試電池容量時(shí)，少電流放電到2.5V/cell才終止，在使用的時(shí)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(chǔ)存：1.儲(chǔ)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(chǔ)。2.每半年充放一次電，在不使用時(shí)請(qǐng)勿放在設(shè)備里。,電池包結(jié)構(gòu)

10、,MicroController:BENCHMARQ bq2040等，負(fù)責(zé)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(cè):熱敏電阻用來偵測(cè)電池溫度。 溫度保護(hù):溫度保險(xiǎn)絲，溫度過高時(shí)熔斷保護(hù)。 保護(hù)電路:Ricoh、Mitsumi、Seiko、Benchmarq等保護(hù)IC。 MOSFET:當(dāng)開關(guān)使用。 電流偵測(cè):mOHM級(jí)高精度電阻，偵測(cè)充電和放電電流，讓MicroCo

11、ntroller轉(zhuǎn)換為電池容量。,Thermalbreak,Thermalfuse,Polyswitch,Thermistor,Gauge B’D,實(shí)際電池包結(jié)構(gòu),下圖是筆記本電腦中的實(shí)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(hù)外，在軟件上也要充分考慮保護(hù)措施，要設(shè)定最大充電電流，最大充電時(shí)間，充放電溫度，最低放電電壓等使用保護(hù)措施。提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。,電池智能化,電池的智能化對(duì)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(chǔ)。智能化不僅提供各種必要的電池信息，同時(shí)電池提供合理的保護(hù)。 電池智能化最核心的部分又是計(jì)算電池容量，智能化電池容量的基本算法如下： 設(shè)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(shí)為電池充飽，當(dāng)前我們的設(shè)定為4.2V@0.05C。 設(shè)定電池放完電，電池電壓和容量之間有一定關(guān)系，廠商設(shè)定電池

13、容量以是以n個(gè)小時(shí)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?cè)O(shè)電池電壓下降到3V時(shí)電池容量為0。 在有上面兩個(gè)條件后，就可以計(jì)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。可在實(shí)際使用中，要等電池放完才更新電池容量對(duì)用戶來說，很不方便。因此根據(jù)電壓對(duì)應(yīng)一定的容量的關(guān)系，我們?cè)O(shè)定一個(gè)中間電壓點(diǎn)(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(diǎn)）+(EVD)%*Cn。 (EVD)%表示電池放電到EVD電壓后，我們?cè)O(shè)定的一個(gè)容量值。C表示電池容量。 上面僅僅是一個(gè)基本算法，實(shí)際算法非常復(fù)雜，電池容量不僅僅和溫度有關(guān)，和放電電流都有關(guān)，和放電次數(shù)都有關(guān)，因此EVD的電壓點(diǎn)是要根據(jù)這些情況進(jìn)行變動(dòng)的，實(shí)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(bǔ)償，在后來的bq2085則

15、有這些補(bǔ)償。 在實(shí)際中上面的計(jì)算方法要有效，還需一些精確的設(shè)計(jì)測(cè)量補(bǔ)償技術(shù)和一些補(bǔ)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(zhuǎn)化成交流電。 現(xiàn)在筆記本電腦在市場(chǎng)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(huì)使用不同的架構(gòu)，在我們筆記本上面,目