笔记本电源

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1、笔记本电源简介Author: xiong.xiaoyan Date:200438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

2、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。Notebook power block 电源通路选择逻辑+V3.3AL+V5ALBATTERYCONVERTER+V3.3Sothers660VacCHARGERADAPTEREC+V5SAdapter 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。Adapter Adapter 接于交流电和市电之间，直流电为我们直接使用的安全电压，交流电则会伤害人体 。在一次侧和二次侧之间需要隔离，并且要

3、保证耐一定的隔离电压，在adapter中使用的隔离 元件有变压器、光耦、Y 电容。耐压绝缘：Primary-secondary 1.5KVac for 1minute. ( cutoff current 10mA ) not damage the device and no fire.Primary-secondary 3.0KVac for 1second. ( cutoff current 10mA ) not damage the Device and no fire . Primary-GND 1.5Kvac for 1 minute (cutoff current 10mA),not

4、 damage the device and no fire.保护：OVP、OCP、UVP、 input OSP、output OSP.X 电容：安规电容，电容里面是金属薄膜构成，在受到大电 流冲击的时候，金属挥发，电容温度下降，金属又恢复。因 为X电容容易受到大电流的冲击，要求X电容具有良好的自恢 复特性。Y 电容：安规电容，高压慈片电容的一种，一般跨接在高压 和安全电压之间，要求有高阻抗，百Mohm以上。Power selection switch电源通路选择电路在两种供电设备同时存在的时候是必不可少 的电路部分，笔记本中主要的作用如下：隔离两种电源：笔记本电脑存在两种电源，一种是adap

5、ter,任外 一种是battery.这两种电源之间电压存在差异，因此不能直接接 在一起，需要隔离。防止电池漏电：在电池存在时，又没有开机，需要减少电池的 漏电流，电池和后面的CONVERTER之间需要隔离。充电接口：有adapter存在的时候，要能够对电池充电，需要和 充电器的接口电路。电源选择：在adapter和电池都存在时，需要在两者之间来选择 供电电源，同时能让系统知道现在供电电源是谁。从而完成合 理的电源管理。P21I中使用的电源通路逻辑AD_bat_GC144 1uF/50V,Y5V C0805+VDCBATT+R194 51K R0402R192 51K R0402C143 0.1

6、uF/25V,Y5V C0402D55 SBM54 SMB12R211 4.7K R0402L13 220ohm100MHz,3A L1206SGDQ78 SI4425DY SO8_50_1501 2 345678C145 1uF/50V,Y5V C0805VIN4AQ54 2N7002DW SC70_6123456R201 47KR0402D56 SD1040S TO252132F2 FUSE 5A FUSE6127_27 12R215 470K R04026AR179 75K R0402D28 BAT54C SOT23312AD_bat_GC115 0.01uF/25V,X7R C0402

7、4AGND_IOR203 15K R0402AC_OFF266AR183 510K R0402SGDQ45 SI4425DY SO8_50_1501 2 345678AD+R184 510K R0402R176 100K R0402DCJACKDC JACK PWR_DC1 2 34 5 6789101112131415161718AD+1 AD+2 AD+3AD-1 AD-2 AD-3AD-4AD-5AD-6SHLD1SHLD2SHLD3SHLD4SHLD5SHLD6SHLD7SHLD8SHLD9S GDQ46 SI4425DY SO8_50_150123456784ASHDN#Q47 2N

8、7002 SOT233126AR985 1K R0402L12 220ohm100MHz,3A L1206隔离电池和adapter电供电选择逻辑Adapter输入侦侧逻辑放漏电逻辑放漏电逻辑功能有交叉充电电源接口Charger 笔记本电脑电池是非常重要的一块，需要非常高性能的充电 器，在笔记本电脑中，典型充电和管理框图如下：电池CHARGERSMBUSECAC充电器的特性直接取决与电池的特性，目前我们控制的参数有充电电压，充电电流， 充电时间等，电路中需要完善的保护，当前电池包中有完善的保护电路，在充电部分则相 对简化了。当前使用的充电方案+C319 100uF/25V_EC_DIP CAP_

9、D63_DGNDGNDSGDU38 CEM4431 SO81 2 345678L70 SFRH127 33U/3.0ASFC3340FGNDSMBUSCURRENT SAMPLEVOLTAGE SAMPLEBT1BATTERYECPWM ICGNDD48 SB340 DO_SMB12ACsystem power+C318 100uF/25V_EC_DIP CAP_D63_DBattery 常用术语：容量：在特定的条件下，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

10、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 。

11、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

12、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 。7.充电电路简单。常用可充电电池特性比较Ni电池8.电池结构和电化学。Li电池8.电池结构和电化学。电池使用注意事项在当前笔记本电脑中，我们使

13、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，则放电电压不要低于 3V/cell.3.放电温度不要超出0到65

14、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:mOHM级高精度电阻，侦测充电和放电电流，让MicroControl

15、ler转换为电池容量。 ThermalbreakThermalfusePolyswitchThermistorGauge 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

16、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