POWER 课程讲义.ppt

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1、笔记本电源系统,电源简单介绍,电源是一种提供给电器所需电力的设备，在电子系统中起的作用犹如人体的心脏，源源不断的给电器设备提供动力。电源的发展经历了好几代，最早的是线性电源（LDO），存在着其效率低，比较笨重，移动性不好等不足，随着高等数学和现代控制理论的突破性发展，在上世纪60年代，开关电源开始出现，最早出现的是一种降压型电路，后来很快又出现其它形式的开关电源电路，在70-80年代中，先后出现了各种拓扑结构的开关电源，开关电源的数学模型也逐步建立和完善，同时，也出现了各种开关电源控制IC和新型电子材料，从而大大加速了开关电源的发展。 当前电源的发展方向是高功率密度，高可靠性，低成本等。,笔记

2、本电脑电源系统的整体认识,笔记本电脑系统本身的电源主要分为两大部分：一: 笔记本主板上电源1, ADAPTER和BATTERY选择电路2,电池充电电源3, 系统各芯片供电电源及时序二:笔记本用的外部电源1,ADAPTER2,BATTERY3,INVERTER,一: 笔记本主板上电源1, Adapter,电池电源选择电路,2, 电池充电电源部分,3系统各芯片供电电源部分,时序,Adapter,Adapter :电源适配器，用来把市电转化成我们笔记本所需要的直流电，一般要求电压比电池的最高充电略高，保证电池充电电压并能使电脑里面的电源和充电器获得高的转换效率。,Battery,常用术语：容量：在特

3、定的条件下，电池放电电流和时间的积分值，或功率和时间的积分。单位为mAH或mWH。C:在数值上等于mAH电池容量，单位是 mA或A,多用于充电和放电中电流的计算。记忆效应：电池在多次不完全放电后，使得剩余部分容量无法再释放，导致电池容量下降，在以前的NI电池中比较明显。一次电池( primary cell ):仅能被使用一次的电池，用完之后，不可再对其充电。对其充电可能发生危险事故。二次电池（rechargeable battery):所指的就是可以被重复使用的电池。通过充电，可以使得电池内部的电活性物质再度回到原来的状态，能够再度提供电力。笔记本电脑使用就是此类的电池。,常用可充电电池特性比

4、较,Li电池 1.能量密度高，当前18650的电 池容量已经作到2400mA,因此出现问题的时候,破坏性更强.2.电池充饱后，电能电解水使内部气压升高而不发热，因此危险性高。导致充电和放电的控制电路复杂.3.无记忆效应，可电池不饱任意状态对电池充电，Ni电则需要放完电后再充电。4.低温下,电池容量显著下降,0度时的容量比常温下的容量下降20%以上.,Ni电池 1.能量密度不如Li电池高，同样的18650电池，Ni电池单颗容量1.2*4800mAHLi 3.6*2400。2.Ni电池充饱后，会把能量转化为热能，因此发生过充电后，电池气压上升不如Li电池高，相对安全些。3.在经过大量的改进之后，记

5、忆效应已经不明显，但还是被推荐在放完电之后再充电。4.低温特性比Li电池好些，在温度下降到0度时，容量还有在常温下容量的90%以上。,Li电池5.采用恒流恒压充电方式，在到达最大恒压后，电流下降到一定值，电池充饱，一般采用0.1C以下。6.Li电池重量相对较轻。同样为18650的电池，Li电池仅重46克(2400mAH) 左右。7.由于其高危险性，电池需要复杂的可靠的保护电路。,常用可充电电池特性比较,Ni电池5.采用恒流充电，采用dT/dt来判断电池充饱条件，不可用恒压充电，因充饱时，电池发热，电池电压会下降。6.Ni电池重量大。对18650的电池来说，其重量为64克（4000mAH) 左右

6、。7.充电电路简单。,电池使用注意事项,在当前笔记本电脑中，我们使用的电池基本上都是Li电池，在充放电和储存上都有些问题要注意。,充电：1.一般多采用恒压恒流充电，快充充电电流不要超过0.7C，最大电压为4.2v/cell,实际的电压请按电池厂商给出数据设定，过压保护设定为4.35伏为宜。2.如果要把电池从常温下拿到低温下，电池不要充饱。3.要严格控制在0到45度的情况下才充电，建议在温度低于10度或电压低于3V的情况下采用trickle充电,电流少于0.1C。放电：1.放电不超过1C为宜，超过1C会导致容量快速下降。2.在测试电池容量时，少电流放电到2.5V/cell才终止，在使用的时候，则

7、放电电压不要低于3V/cell.3.放电温度不要超出0到65度范围。储存：1.储存在常温下，并且电池不要充饱，并且充容量30%到60%为最佳，不可以放完电量后存储。2.每半年充放一次电，在不使用时请勿放在设备里。,电池包结构,MicroController:BENCHMARQ bq2040等，负责换算电池容量。 EEPROM:记录电池的各种数据，供MicroController读取参考。 温度侦测:热敏电阻用来侦测电池温度。 温度保护:温度保险丝，温度过高时熔断保护。 保护电路:Ricoh、Mitsumi、Seiko、Benchmarq等保护IC。 MOSFET:当开关使用。 电流侦测:mOH

8、M级高精度电阻，侦测充电和放电电流，让MicroController转换为电池容量。,Thermalbreak,Thermalfuse,Polyswitch,Thermistor,Gauge BD,实际电池包结构,下图是笔记本电脑中的实际电池包。,在电池中，除在硬件上的过压，欠压，过流，短路，过温等保护外，在软件上也要充分考虑保护措施，要设定最大充电电流，最大充电时间，充放电温度，最低放电电压等使用保护措施。提高整个系统的可靠性。,电池智能化,电池的智能化对电池的管理来说是非常必需的，在笔记本中电池智能化是系统管理电源和电池的基础。智能化不仅提供各种必要的电池信息，同时电池提供合理的保护。 电

9、池智能化最核心的部分又是计算电池容量，智能化电池容量的基本算法如下： 设定电池充饱，在厂商提供的最大充电压(4.2V)下，充电电流下降到一定值（常0.05-0.1C之间）时为电池充饱，当前我们的设定为4.2V0.05C。 设定电池放完电，电池电压和容量之间有一定关系，厂商设定电池容量以是以n个小时的恒电流放电到2.5V而不是0V，得到的容量为 电池Cn容量。为很好的延长电池寿命，我们设电池电压下降到3V时电池容量为0。 在有上面两个条件后，就可以计算电池的容量了，和电池厂商一样，我们也是采用放电容量作为电池的容量。可在实际使用中，要等电池放完才更新电池容量对用户来说，很不方便。因此根据电压对应

10、一定的容量的关系，我们设定一个中间电压点(EVD) ，用来更新电池。我们要更新电池容量。整体的算法是 Cn+1=放电容量（充饱放电到EVD电压点）+(EVD)%*Cn。 (EVD)%表示电池放电到EVD电压后，我们设定的一个容量值。C表示电池容量。 上面仅仅是一个基本算法，实际算法非常复杂，电池容量不仅仅和温度有关，和放电电流都有关，和放电次数都有关，因此EVD的电压点是要根据这些情况进行变动的，实际的算法中都要加入上面的因数。我们p21i中bq2040则无法完成这种补偿，在后来的bq2085则有这些补偿。 在实际中上面的计算方法要有效，还需一些精确的设计测量补偿技术和一些补充算法才能确保电池的只能化是有效的、可靠的。,Inverter,Inverter 在我们笔记本中的电源中是特殊的一种电源，把笔记本电脑中直流电转化成交流电。 现在笔记本电脑在市场上多为12寸，14寸和15寸，根据屏的不同，屏中的灯管要求也不一样。 根据使用环境的不同，我们会使用不同的架构，在我们笔记本上面,目前使用的都是全桥架构。,笔记本中多用,