10000mAh卖69元移动电源设计解密：直逼小米！
品能的pn913是一个追求性价比的产品：10000mah容量，2.1a/1a两路输出，1a输入，带液晶屏，售价69元。看来是要和小米火拼价格。为什么这么便宜？我们进入产品一探究竟。
下面是pn913的正反面照片：
正面
反面
先看下pn913的方案：
1. mcu软件控制方式
mcu方案是中国人创造出来的，完全没有开关电源知识的愚蠢方案。但凡正规电源ic企业都不可能杜撰出mcu方案来。长时间所谓mcu多合一低成本方案把移动电源厂商折腾的死去活来。但既然品能当初用了mcu方案，就只有一条道走到黑，但pn913命中注定也只能成为低成本方案，而无法登大雅之堂了。
在这里第一次总结下mcu方案的主要问题及背后的原因：
1 mcu是软件控制方式，无法并行处理很多事件。所以在处理保护、按键、充放电环路控制、显示、电量计算、电流电压检测的实时性是无法保证的。同时一个动作的执行需要分解成很多的指令，比如要执行一次pwm运算都需要几十个微秒，试想1微秒的开关周期条件下，几十个周期都无法计算，一旦发生负载变化，或短路，后果不堪设想。
2 mcu计算能力极差，过去只是用于小家电的控制，应用环境非常简单。现在很多卖到1块钱的mcu都是几mhz的频率，配上8位甚至4位的运算，显然无法做电源的控制。
3 mcu由于运算速度太低，所以一般mcu方案的典型特点是开关频率很低。笔者亲眼见到礼品板上的mcu方案只有20khz的频率。很多人问我为什么很多移动电源会发出响声。这么低的频率，电流纹波大的吓死人，怎么可能不响。所以必定会配大电感，体积大，内阻高，最后又造成效率低…
4 mcu是通用器件，根本不是为移动电源应用而设计的。当初采用这种方案，完全是因为追求低成本，并且mcu毕竟具有灵活性，适合各种显示方式。
5 mcu外围资源非常有限，一般配有12位低速adc。这个adc要分时复用处理多个电流采样，电压采样，本身频率又低，所以完全无法做电源控制。另外大部分公司用集成的adc做空载电流检测和充电结束电流检测，结果因为无法做到微伏级的失调而告失败。
6 mcu直接驱动mos或加三级管驱动mos。由于驱动能力有限，所以开关损耗很大。
7 电源调整率和负载调整率会比较差。大电流放电时输出电压低。pn913在带2a输出时，输出电压只有4.4v。试想电池电压就有4.2v，有的甚至是4.35v。这种性能极其危险！
8 mcu方案输出相应速度极差。pn913测试出来在0.1a到1.5a切换时下冲0.8v，200ms都无法恢复。这在正规电源芯片中是不可能发生的。
9 mcu保护速度非常慢。经常需要几个毫秒才能对短路进行保护。
2. 充电
充电开关频率200khz，充电路径上串联了肖特基、50mohm电阻、40mohm 电感，所以效率自然很糟糕，1a充电效率87%。目前很多公司可以做到94%的充电效率。换句话说，pn913的充电损耗是好方案的2倍。
充电无法做到适配器自适应。也就是如果适配器是500ma输出，这个移动电源会直接将适配器输出拉死。
当然1a的充电能力对于10000mah的电池容量来说，只能一声叹息，让子弹飞了。目前已经出现了快速充电方案，让充电时间缩短一半。
3. 放电
mcu方案几个明显的现象：mos输入信号上升下降沿时间长达100ns－200ns，所以开关损耗非常大。开关频率200khz，因为mcu硬件处理能力太差，甚至无法在一个开关周期内完成一次采样和运算。稍有信号分析和开关电源知识的人都知道这会带来的灾难性的结果。在加2a输出电流时，输出电压掉到了4.4v，非常接近电池电压4.2v。这是极其危险的事情！我们看如下的响应波形：
pn913测试出来在0.1a到1.5a切换时下冲0.8v，200ms都无法恢复。
我们再看看实际测试的效率：
我们可以看出几个明显的问题：
效率不高，在3.2v电池电压时效率连79%都不到。效率损失大部分来自于，功率路径上电流检测电阻50mohm和20mohm电感寄生电阻。pn913选择的是同步的方案。在p/nmos上还分别并联了肖特基二极管提高续流能力，名义上是同步方案，却因为采用了mcu方案使得mos上还需要并联肖特基，成本反而高了。从效率上讲，mcu方案使得本应该在90%以上效率的情况下只做到了80%的效率。
另一方面，电池电压在3v左右停止对外输出。
4. 输入输出电流检测及空载检测
2a的输出路径上串联了两颗并联的100mohm电阻检测输出电流。1a的输出路径上串联了一颗100mohm的电阻检测输出电流。输入路径上串联了1颗50mohm的电阻检测输入电流。有人问为什么大电流升压效率不高。50mohm的检测电阻就能带来2%的效率损失。之所以选择这么大的电流检测电阻，原因还在于mcu的adc失调过大。目前能做到的最好水平是10mohm检测电阻检测出10ma电流。
5. 手机智能识别
目前实现智能识别功能的产品还不是很多。这是一些品牌用来宣传的功能。大概有10%的手机或平板充电会有问题。追求性价比的方案当然不需要这个功能。
6. 过温保护
没有。很多厂家认为电池不会过温。但毕竟过温保护是要花成本的，对于追求性价比的方案而言省掉过温保护功能。
7. 采用了p/nmos双管集成芯片
品能pn913是同步方案，选的是外置p/nmos。但是没有外置驱动电路，很可能是mcu直接就驱动了，当然是为了省成本，但其实还必须并联两个肖特基，所以得不偿失。
8. 电池保护
采用了1颗锂电保护芯片、2颗mos做保护。标准的电池保护方式。
9. 同时充放电
一颗肖特基管串联在输入和输出端，用来做充放电自动路径分配。但是就如大多数厂家的同时充放电功能的问题一样，存在插入手机可能把适配器拉死的可能性。这就是产品的细节。另外肖特基串联在充电路径上使得充电效率变得很糟糕。一颗50mohm检测电阻使得效率进一步下降。再加上20mohm的电感寄生电阻，使得充电效率极低。
10. lcd屏和led片显示电量
lcd是目前提升移动电源档次的重要手段。把成本花在这里，确实是讨好消费者。但是问题是电量测量非常不准。消费者长时间观察就可以看到。实际上目前是有方案可以精确测量电量的。如果用lcd显示屏显示电量百分比的，那显示精度绝对要好的。目前已经可以做到16位精度的显示了。
11. 散热片
无。当然对于mos外置的方案，散热要求会比较低，所以有很多厂家没有加散热片。
12. 10uh电感
大部分厂家采用的是10uh电感。原因是mcu处理速度太低，没办法采用高的开关频率（ti采用的是1.5mhz的开关频率）。所以电感值和耐电流值都会很大，成本也会相应显著提高。同时大电感会带来更大的dcr，会严重降低产品效率最高达2.5%。这是很多用mcu方案的厂家所完全没有考虑到的问题。
13. 保护
由于时间有限。我们仅做了下短路测试。
短路电流响应波形
高达10a的电流，维持3ms时间。正常的保护速度是ns级的。直接跨了几个数量级了。
总结：作为一个拼性价比的方案，pn913采用了mcu软件方案，使得整个方案效率较低，成本也没有减少，有些配置省掉以节约成本。但mcu软件方案毕竟只是中国出现的特例，已经被正规的公司所放弃，目前仅存在于礼品移动电源市场。抱着对消费者负责的态度，相信品能未来会采用真正优异的硬件方案，pn913会成为品能最后一款mcu方案的移动电源产品。
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下面是pn913的正反面照片：
正面
反面
先看下pn913的方案：
1. mcu软件控制方式
mcu方案是中国人创造出来的，完全没有开关电源知识的愚蠢方案。但凡正规电源ic企业都不可能杜撰出mcu方案来。长时间所谓mcu多合一低成本方案把移动电源厂商折腾的死去活来。但既然品能当初用了mcu方案，就只有一条道走到黑，但pn913命中注定也只能成为低成本方案，而无法登大雅之堂了。
在这里第一次总结下mcu方案的主要问题及背后的原因：
1 mcu是软件控制方式，无法并行处理很多事件。所以在处理保护、按键、充放电环路控制、显示、电量计算、电流电压检测的实时性是无法保证的。同时一个动作的执行需要分解成很多的指令，比如要执行一次pwm运算都需要几十个微秒，试想1微秒的开关周期条件下，几十个周期都无法计算，一旦发生负载变化，或短路，后果不堪设想。
2 mcu计算能力极差，过去只是用于小家电的控制，应用环境非常简单。现在很多卖到1块钱的mcu都是几mhz的频率，配上8位甚至4位的运算，显然无法做电源的控制。
3 mcu由于运算速度太低，所以一般mcu方案的典型特点是开关频率很低。笔者亲眼见到礼品板上的mcu方案只有20khz的频率。很多人问我为什么很多移动电源会发出响声。这么低的频率，电流纹波大的吓死人，怎么可能不响。所以必定会配大电感，体积大，内阻高，最后又造成效率低…
4 mcu是通用器件，根本不是为移动电源应用而设计的。当初采用这种方案，完全是因为追求低成本，并且mcu毕竟具有灵活性，适合各种显示方式。
5 mcu外围资源非常有限，一般配有12位低速adc。这个adc要分时复用处理多个电流采样，电压采样，本身频率又低，所以完全无法做电源控制。另外大部分公司用集成的adc做空载电流检测和充电结束电流检测，结果因为无法做到微伏级的失调而告失败。
6 mcu直接驱动mos或加三级管驱动mos。由于驱动能力有限，所以开关损耗很大。
7 电源调整率和负载调整率会比较差。大电流放电时输出电压低。pn913在带2a输出时，输出电压只有4.4v。试想电池电压就有4.2v，有的甚至是4.35v。这种性能极其危险！
8 mcu方案输出相应速度极差。pn913测试出来在0.1a到1.5a切换时下冲0.8v，200ms都无法恢复。这在正规电源芯片中是不可能发生的。
9 mcu保护速度非常慢。经常需要几个毫秒才能对短路进行保护。
2. 充电
充电开关频率200khz，充电路径上串联了肖特基、50mohm电阻、40mohm 电感，所以效率自然很糟糕，1a充电效率87%。目前很多公司可以做到94%的充电效率。换句话说，pn913的充电损耗是好方案的2倍。
充电无法做到适配器自适应。也就是如果适配器是500ma输出，这个移动电源会直接将适配器输出拉死。
当然1a的充电能力对于10000mah的电池容量来说，只能一声叹息，让子弹飞了。目前已经出现了快速充电方案，让充电时间缩短一半。
3. 放电
mcu方案几个明显的现象：mos输入信号上升下降沿时间长达100ns－200ns，所以开关损耗非常大。开关频率200khz，因为mcu硬件处理能力太差，甚至无法在一个开关周期内完成一次采样和运算。稍有信号分析和开关电源知识的人都知道这会带来的灾难性的结果。在加2a输出电流时，输出电压掉到了4.4v，非常接近电池电压4.2v。这是极其危险的事情！我们看如下的响应波形：
pn913测试出来在0.1a到1.5a切换时下冲0.8v，200ms都无法恢复。
我们再看看实际测试的效率：
我们可以看出几个明显的问题：
效率不高，在3.2v电池电压时效率连79%都不到。效率损失大部分来自于，功率路径上电流检测电阻50mohm和20mohm电感寄生电阻。pn913选择的是同步的方案。在p/nmos上还分别并联了肖特基二极管提高续流能力，名义上是同步方案，却因为采用了mcu方案使得mos上还需要并联肖特基，成本反而高了。从效率上讲，mcu方案使得本应该在90%以上效率的情况下只做到了80%的效率。
另一方面，电池电压在3v左右停止对外输出。
4. 输入输出电流检测及空载检测
2a的输出路径上串联了两颗并联的100mohm电阻检测输出电流。1a的输出路径上串联了一颗100mohm的电阻检测输出电流。输入路径上串联了1颗50mohm的电阻检测输入电流。有人问为什么大电流升压效率不高。50mohm的检测电阻就能带来2%的效率损失。之所以选择这么大的电流检测电阻，原因还在于mcu的adc失调过大。目前能做到的最好水平是10mohm检测电阻检测出10ma电流。
5. 手机智能识别
目前实现智能识别功能的产品还不是很多。这是一些品牌用来宣传的功能。大概有10%的手机或平板充电会有问题。追求性价比的方案当然不需要这个功能。
6. 过温保护
没有。很多厂家认为电池不会过温。但毕竟过温保护是要花成本的，对于追求性价比的方案而言省掉过温保护功能。
7. 采用了p/nmos双管集成芯片
品能pn913是同步方案，选的是外置p/nmos。但是没有外置驱动电路，很可能是mcu直接就驱动了，当然是为了省成本，但其实还必须并联两个肖特基，所以得不偿失。
8. 电池保护
采用了1颗锂电保护芯片、2颗mos做保护。标准的电池保护方式。
9. 同时充放电
一颗肖特基管串联在输入和输出端，用来做充放电自动路径分配。但是就如大多数厂家的同时充放电功能的问题一样，存在插入手机可能把适配器拉死的可能性。这就是产品的细节。另外肖特基串联在充电路径上使得充电效率变得很糟糕。一颗50mohm检测电阻使得效率进一步下降。再加上20mohm的电感寄生电阻，使得充电效率极低。
10. lcd屏和led片显示电量
lcd是目前提升移动电源档次的重要手段。把成本花在这里，确实是讨好消费者。但是问题是电量测量非常不准。消费者长时间观察就可以看到。实际上目前是有方案可以精确测量电量的。如果用lcd显示屏显示电量百分比的，那显示精度绝对要好的。目前已经可以做到16位精度的显示了。
11. 散热片
无。当然对于mos外置的方案，散热要求会比较低，所以有很多厂家没有加散热片。
12. 10uh电感
大部分厂家采用的是10uh电感。原因是mcu处理速度太低，没办法采用高的开关频率（ti采用的是1.5mhz的开关频率）。所以电感值和耐电流值都会很大，成本也会相应显著提高。同时大电感会带来更大的dcr，会严重降低产品效率最高达2.5%。这是很多用mcu方案的厂家所完全没有考虑到的问题。
13. 保护
由于时间有限。我们仅做了下短路测试。
短路电流响应波形
高达10a的电流，维持3ms时间。正常的保护速度是ns级的。直接跨了几个数量级了。
总结：作为一个拼性价比的方案，pn913采用了mcu软件方案，使得整个方案效率较低，成本也没有减少，有些配置省掉以节约成本。但mcu软件方案毕竟只是中国出现的特例，已经被正规的公司所放弃，目前仅存在于礼品移动电源市场。抱着对消费者负责的态度，相信品能未来会采用真正优异的硬件方案，pn913会成为品能最后一款mcu方案的移动电源产品。
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如何设计无线音频收发扩音系统
MCU硬件在环（HiL）仿真测试系统组成
TDK首款紧凑SMD技术的CeraCharge固态充电电池
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如何看待3D DRAM技术？
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