使用可充電電池

使用可充電電池是筆記本電腦相對臺式機的優(yōu)勢之一，它可以極大地方便在各種環(huán)境下筆記本電腦的使用。最早推出的電池是鎳鎘電池（NiCd），但這種電池具有“記憶效應”，每次充電前必須放電，使用起來很不方便，不久就被鎳氫電池（NiMH）所取代，NiMH不僅沒有“記憶效應”，而且每單位重量可多提10％的電量。目前最常用的電池是鋰離子電池（Li-Ion），它也沒有“記憶效應”，與NiMH相比，每單位重量可獲得更多的電量，價格也比NiMH高一倍。在同樣重量下，這三種電池的使用時間比是1：1.2：1.9。

目前筆記本電腦使用的電池主要分三種：1.鎳鉻電池、2.鎳氫電池、3.鋰電池；它們一般表示為：鎳鎘NI-CD、鎳氫NI-MH、鋰電LI。

在購買或是更換筆記本電池的時候，對于很多使用者來說，“電芯”也許是陌生的。首先聲明，電芯和電池是兩個概念。一個電池是由若干個比拇指稍大，圓柱形，高約7，8厘米，電壓為3.6v的小單位組成。他們就是電芯，就像一個個小電池，經(jīng)過串聯(lián)組合，就是我們看到的電池了。接著說說如何來判斷電池是幾芯的：

一個辦法：把電池拔下來看他觸點的個數(shù)，有幾個就是幾芯的了。不過這是“大臣”的辦法。我們來看看“曹沖”是怎么“稱象”的：看一看你的電池標稱多少v的，比如14.4v，然后除以3.6得到4，則證明是4節(jié)電池串聯(lián)一起。然后再看看整塊電池的容量，比如3800mAh，則證明有兩組上面說到的串聯(lián)電池組，因為那些小電池容量為1500－2000mAh，甚至更多，必須兩組才能達到3800mAh。根據(jù)這兩個判斷，則這個電池是4×2＝8芯的。

筆記本電池的構成

筆記本電池由外殼、電路板和電芯組成，屬于鋰離子電池。一般人們所說的電芯就是指電池內電芯的數(shù)量，mAh是指筆記本電池的容量。電路板主要由保護電路（或二次保護電路），以及容量指示電路兩個部分組成，對筆記本電池的充放電及安全性進行管理。

筆記本電池的待機時間主要由mAh值來決定。一般情況下，電芯數(shù)越多，mAh值越大，待機時間越長。筆記本電池的壽命主要由充放電次數(shù)來衡量，品質合格的產(chǎn)品一般為500-600次。所以，筆記本電池有效使用期為2年以內，過期電池就會老化，待機時間急劇下降而影響筆記本電腦的移動性。

筆記本電池使用技巧

其實，怎樣用好筆記本電池電池，如何延長其使用時間和使用的壽命等問題，無疑是困擾在廣大筆記本電腦用戶心頭的一個難題，筆記本電腦電池的使用方法及技巧有多種，這需要我們在平時使用中多加學習和應用。

（一）快速進入休眠狀態(tài)

暫時不使用筆記本電腦時，為節(jié)約電池能量，我們可以通過設置電源管理方案，使系統(tǒng)在一段時間后進入休眠狀態(tài)，但這或長或短都要等上幾分鐘，有沒有辦法使筆記本電腦系統(tǒng)馬上進入休眠狀態(tài)呢？

使筆記本電腦系統(tǒng)快速進入休眠狀態(tài)的一個簡便的方法，就是直接關閉顯示屏。按下顯示屏只是舉手之勞，就可以使筆記本電腦馬上進入休眠狀態(tài)，有效地節(jié)約電池的能量。當需要再次使用的時候，只要打開顯示屏，系統(tǒng)就會自動回到操作前的狀態(tài)。

（二）屏幕節(jié)電方式

TFT屏幕是筆記本電腦中耗電最大的部件，為了在使用電池的時候減少它消耗的電能，筆記本電腦廠家各出奇謀，不過一般來說都是采用降低屏幕亮度，甚至是關閉屏幕的方法。

在部分筆記本電腦的電源管理設置中可以自定義屏幕的亮度，大多數(shù)筆記本電腦可以通過特定的快捷鍵調節(jié)屏幕的亮度，一般都有6～8級的亮度調節(jié)。

（三）進行節(jié)能設置

臺式機使用的是交流電，大多數(shù)人對電腦的節(jié)能功能未必很重視，但對于需要用到電池來供電的筆記本電腦來說，節(jié)能功能的使用就應該受到重視了。電腦硬件如何設計得更節(jié)能，這不是用戶要解決的問題。用戶能做的是在電腦設置上有效地使用節(jié)能選項。

節(jié)能設置有兩處需要用戶進行調節(jié)：一是在電腦的BIOS設置程序中有關于節(jié)能方式的設置；最重要的是在操作系統(tǒng)中有許多節(jié)能設置和操作。微機系統(tǒng)在實際執(zhí)行時，Windows系統(tǒng)中的節(jié)能設置應該優(yōu)先于CMOS中的設置。

1.BIOS中的節(jié)能設置

在CMOS設置中，大都有一項“PowerSavings”，其中可以選擇“MaximumBatteryLife”和“MaximumPerformance”等多個選項。“MaximumBatteryLife”是缺省的節(jié)能模式設置。筆記本電腦的節(jié)能模式有幾種狀態(tài)，如IdleMode空閑模式、StandbyMode待命（等待）模式、SuspendMode懸掛（休眠）模式。筆記本電腦上的這些設置，之所以能夠調節(jié)電能消耗，主要是在電腦進入節(jié)能狀態(tài)后，適時地關閉一些不需使用的系統(tǒng)設備。如在等待狀態(tài)時，關閉顯示器和硬盤；進入休眠狀態(tài)后，除了關閉顯示器和硬盤外，還可以將內存中的內容保存到硬盤，整個電腦系統(tǒng)基本維系關閉狀態(tài)，一旦激活或重新啟動計算機，桌面將精確恢復到休眠前的狀態(tài)。在CMOS中的節(jié)能設置，主要是設置由IdleMode進入StandbyMode的StandbyTimeout的時間，設置由StandbyMode進入SuspendMode的SuspendTimeout的時間。筆記本電腦使用PhoenixBIOS的居多。不同的BIOS節(jié)能設置可能有些不同，應該認真閱讀屏幕提示。

2.Windows中的節(jié)能設置對于一般用戶來說，在Windows系統(tǒng)中進行節(jié)能管理可能操作更明了簡單一些。Windows的幫助文件中，在“管理硬件和軟件”條目下，有兩項與筆記本電腦節(jié)能有關的內容：“管理能耗”和“使用便攜機”中的“管理便攜機上的電源”。在進行Windows節(jié)能設置前，應讀一下這些內容。

在Windows的“控制面板”中，單擊“電源管理”，就可以打開“電源管理屬性”對話框。在“電源管理屬性”對話框中，應該將“電源使用方案”設置為“便攜型/膝上型”，并合理安排“系統(tǒng)等待”、“關閉監(jiān)示器”、“關閉硬盤”等選項。不同的電腦能操縱的選項會有一些差異，新出廠的電腦和最新的軟件會多一些可操作的選項，詳細的設置應該根據(jù)電腦本身的功能和Windows幫助文件來進行。

此外，如果你的筆記本電腦內置紅外端口，不用的時候禁止它，也可以延長筆記本電腦電池的使用時間。

（四）報警設置

設置電池電量報警功能可以及時對用戶給予提示以保存信息。方法是點擊打開“控制面版”，雙擊“電源”選項，點“警報”菜單欄，“電池不足警報”欄Windows98默認為10%，“電池嚴重短缺警報”欄Windows98默認為3%，可根據(jù)需要進行適當?shù)男薷摹｜c擊兩者的[警報響應]按鈕，把“聲音警報”和“顯示消息”都選中，“電力水平”可不選。這樣當電池用到報警界限時，會自動跳出一個警告窗口，并且蜂鳴器發(fā)出報警聲，以提示使用者及時保存信息。最后點擊[確定]按鈕退出電源管理設定。

（五）開啟節(jié)能功

能在“延長筆記本電池的使用時間技術”一段中我們已介紹過，節(jié)能功能是一項CPU使用的技術，它可以讓會讓筆記本電腦的性能發(fā)揮與其電池使用時間之間達到最佳的平衡。大多數(shù)新型號的筆記本電腦在BIOS中都對CPU的節(jié)能技術給予了支持，默認狀態(tài)下是開啟的，如果沒有開啟只要進入BIOS將支持選項打開就OK了。

（六）使用第三方軟件

監(jiān)測電池的使用狀態(tài)除了Windows內置的電源管理功能外，還有不少工具程序可監(jiān)測電池的使用狀態(tài)。例如PowerCenter是一個電源監(jiān)測工具，可免費下載（http：／／meMBers.xoom.com／TimothyBug／powercenter／index.htm）。只有800KB，是一個專為筆記本電腦服務的軟件。PowerCenter除了顯示電池量百分比外，還以時和分顯示實際可使用的時間。

PowerCenter共有3種顯示方式。
（1）FullDisplay：在打開的窗口內顯示詳細資料，包括使用電池還是交流電、電池剩余的百分比及可供使用的時間等。
（2）CompactDisplay：在使用中總是在窗口頂部顯示。
（3）MinimizeDisplay：使PowerCenter縮小到Windows的任務欄中，顯示的信息相對簡單。

PowerCenter還附設有一個控制中心，最多可以做出6種警告提示。當電池—下降至某個程度時，向用戶及時提出警告，保存正在處理的文件。為了不浪費電力及CPU的資源，PowerCenter自動檢測電池狀態(tài)的變化。

（七）故意用光電池

定期用光電池，以確保進行完全充電。若需要完全用光電池中的電能，具體做法是：在PowerManagement對話框中，選擇BatteryDrain這種特定電源模式，將其所有的三個RunningonBatteries選項均設置為Never，這樣筆記本是電腦就會持續(xù)運行。選擇該模式，然后進入Alarms選項卡，取消對LowBattery和CriticalBattery警告復選框的選中標記（這樣，當電池電力不足時，機器不會進入暫停狀態(tài)）。接下來，讓計算機運行大量占用CPU時間的任務，例如電腦自動運行一些計算復雜的3D演示程序，這樣很快就能用完電池中剩余的電能，當然進行這些處置時別忘了要拔掉交流電插頭。

Q1：如何檢測電池電壓？在我的應用中，需要動態(tài)地檢測電池的電壓。而我的系統(tǒng)限制只能提供一個數(shù)字I/O。請問我如何才能有效的檢測該參量？

A1：從工程角度講，我建議你增加一個可以利用單個I/O通信的器件來實現(xiàn)電池電壓測量等功能的芯片，如Maxim的1-wire電池管理器件DS2762或ADC芯片DS2450。
做為技術的討論，如果這個數(shù)字I/O是唯一的資源、系統(tǒng)有計時器可用和打算在軟件上花些功夫，還是有可能粗略測量電池電壓的。具體的做法與能提供的I/O輸出的邏輯電平有關，要用到輸出和輸入兩個狀態(tài)。這個方法需要用輸出0電平和電源電壓為電壓標準值，用輸入的甄別門限Vt作電壓檢測。

測量時首先把I/O設為輸出邏輯0（Vz），通過一個電阻R1使一個電容C上的電壓下降到比I/O當作輸入時的邏輯高電平門限值還低的初始值，這個電容通過R2與擬測量電壓E的電池上。平衡后電容上的電壓VC即Vz和E的壓差經(jīng)過R1和R2電阻串的分壓結果。這個I/O除了通過R1與這個電容相連外，還需要通過一個電阻RV上拉到電源電壓。然后把I/O從輸出改變?yōu)檩斎?，同時開始計時。由于RV的上拉作用，電容上的電壓將逐漸上升。待I/O輸入看到的電壓上升超過高邏輯電平時，停止計時。這個過程中計時器所計到的持續(xù)時間T與Vz，E和Vt有關（但不是直線關系）。做為邏輯器件，Vz、Vt都不會很穩(wěn)定，因此這個辦法只能得到非常粗略的電壓值。

Q2：自恢復保險絲與一次性保險絲怎樣選擇？相對于一次性保險絲而言，自恢復保險絲可靠性較差，響應時間較長，而且額定電流做不高；為什么目前的電源設計中多采用自復保險絲？是不是行業(yè)標準或者國家標準建議使用？

A2：首先，也不是所有一次性保險絲都快，例如砂管保險絲就慢得很。如果我為電源產(chǎn)品選擇保險絲，只要功率不是很大，我會選自復保險。最主要的原因是不會因為意外損壞招致退貨或者返修；如果連自復保險都燒壞了，客戶大概也不好意思找我了。其二是自復保險絲的連續(xù)運行壽命長，基本不存在影響實際應用的老化。對于中小功率電源，基本上其電路元件都有足夠的裕量和內在的限流機制，等著自復保險斷路是沒有問題的。較大功率的恐怕是不行的，如果不做考慮、短路浪涌就可能燒壞很多部件。另外，從機理上看，如果電流太大，接觸分離的過程就很可能燒毀自復保險。

我不能確定你講的可靠性差是不是也包括了動作電流不準、斷流不徹底等問題，還是只是失效率高。我估計前兩項是受其工作機理限制，應該是趕不上一次保險絲的。失效率高的問題不應該，如果與其發(fā)熱有關、至少可以通過選大一點的動作電流可以改善。我沒有見過規(guī)定采用自復保險的標準，只是有些標準規(guī)定了發(fā)生過流時的動作或是不是要自復。如果要求有自復功能，肯定選自復保險要比自復電路來的便宜。

Q3：電池保護電路， 對于電池保護板的測試如何進行？需要什么儀器設備？

A3：測試需按生產(chǎn)過程品質保證和設計特性驗證兩個方向設計；其中一個側重產(chǎn)能效率和關鍵參數(shù)，另外一個則以實用、全面為目標。一般更需要關注生產(chǎn)測試設備；如果貴公司計劃大量生產(chǎn)，最好是自制若干專用裝置配合一般標準設備（直流電源、數(shù)字面板表）即可高效率地完成生產(chǎn)測試?？捎勺灾圃O備完成電壓、電流的簡單掃描以及觸發(fā)電壓、電流的短時間保持和顯示即可（此處考慮測量2個電壓門限、1或2個電流門限和耐壓能力）。

Q4：關于多串電池提前報警問題。我是做鋰電池保護回路的，我想問下專家現(xiàn)在有沒有對多串鋰電池保護和容量低時提前報警的IC，因為現(xiàn)在鋰電池保護IC中多是只針對鋰電池保護設計，沒有考慮到用戶使用時提前報警的問題，我想尋找一款能在單體電壓保護前就能提出報警的IC。

A4：可以肯定地講，目前沒有這樣的芯片。目前可以提供類似功能的通常是一些“系統(tǒng)”，而不是芯片。形成這個局面的原因一方面與鋰2電池排的“高貴”歷史有關，另外一方面也與電池殘余電量估測的復雜性有關。鋰2電池的放電量與包括溫度、放電電流在內的放電條件，短期歷史表現(xiàn)均有很大關系；需要不斷的自修正方可比較有效地估算殘余電量。這樣的系統(tǒng)在筆記本和高檔PDA里面都可以見到。基本上的方法都是采用電量計配合參數(shù)修正的辦法，如OCV修正法等。

Q5：請問對于兩節(jié)干電池的升壓芯片都有哪些？我現(xiàn)在做得一個系統(tǒng)，用兩個干電池供電3V，但是其它部分還需要5v、12v的電源，電流可以小點，能否提供一些常用的芯片呢？

A5：用2節(jié)干電池產(chǎn)生3V的條件比較特別；新電池開始使用時有一段時間需要降壓，以后的大多數(shù)時間里要進行升壓。選擇一個電源組合還需要更多的參數(shù)，如對輸出電壓穩(wěn)定性的要求、效率（即預期負載條件下的工作時間是多少）和尺寸限制等。從成本、效率綜合來講，MAX711是3V輸出電源的一個選擇（可從1.8V起工作）。另外兩組電源的選擇余地較大，如MAX1677、MAX1817等都可以。如果5V或12V要求的輸出電流畸小，或者某組輸出對穩(wěn)定性的要求不高，還可以考慮其它的組合解決方案。

Q6：采用堿性電池供電的超低功耗LDO電路設計咨詢。我們現(xiàn)在設計一款產(chǎn)品，需要采用四個堿性電池供電驅動小電機，并采用一個LDO降壓給芯片使用。其中電池電壓是6V左右，IC電壓是3。3V，現(xiàn)在選用了一款GM6250的LDO，他的待機電流是1uA，那么我們應該選用什么樣的電容，保證小電機啟動瞬間不會造成LDO輸出過大的波動，以及保證純粹休眠待機時候漏電最少。我們希望電容漏電也就1uA左右吧，小電機啟動瞬間工作電流有1A，然后快速下落到200ma左右。

A6：電容漏電不是問題，幾乎任何一般的電容都不會有太大的漏電。但是電容大了以后LDO會不穩(wěn)定?？考与娙萁鉀Q不了電壓下降的問題，只有巨大的容量可能背的起來1A的堵轉電流。一般是山不轉水轉，如果背不動電機就轉而使那些對電壓變化敏感、但電流不大的其它部分的電壓不要受到堵轉期間電壓下降的影響，而放任電機部分的電壓下降一段時間。

Q7：請問兩組dc to dc Converter各應用于正及負電壓輸出（同一輸入電源）要如何應用？

A7：如果選擇兩個分離的芯片實現(xiàn)這兩個電源，則正電源的可選范圍大得多、基本上可認為是很常規(guī)的。空間不是很大的情況下，如果不能同步兩個電源、則這兩個電源從前一級吸入電流總量的起伏與這兩個電源的頻率之間的差頻有關，可以看到明顯的“差拍”起伏。這種差拍如果落在百到數(shù)十千周的范圍內，則難以由前級電源和儲能電容消化。這兩個電源中至少一個應該是可同步的，需要跟蹤另外一個電源的頻率。兩個電源還應該做到錯相配置，使他們不會在同一個時間從電源吸取電流、以減少對源端濾波的要求。這牽涉到另外一個要求：從系統(tǒng)上電順序和安全的角度出發(fā)，那個電源更需要保證持續(xù)（主從性）？

的確，F(xiàn)ly-back架構在變壓器方式中是比較簡潔的。但是不是采用Fly-back架構還與其它條件有關。上次少問了一個問題：那個28V是穩(wěn)定的嗎？看起來這兩個電源像是一個系統(tǒng)中的下級子電源，有可能該28V是可以保證的。如果該28V是可以保證的，則最簡單的方式是自制一個變壓器驅動器、利用變壓器產(chǎn)生略大于+/-15V的非穩(wěn)壓DC，然后利用線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生穩(wěn)定的+/-15V。對于15V的輸出來講，2-3V的壓降對效率的影響不大。

可以肯定，正電源用一般的Buck結構不會有問題。但對于負電源來講，從+28到-15V的電壓變化幅度很大、電流也不小，實際設計的難度不低。一般可見<1A的基于電感的Inverter具體實踐。我建議在負電源側考慮Fly-back結構。

還有一個問題：你肯定制變壓器嗎？待明確正負電源的主從性和28V的條件后，我們再來討論可以有哪些選擇。

MAX1654是一個不錯的選擇，只用單個控制器和一對開關管就可以實現(xiàn)兩路受控制的輸出。其不足是并不是錯相的，同時全部能量首先需要注入到+15V點輸出電容，讓后將一部分再轉移給-15V輸出。這樣對輸入和+15V的儲能、濾波要求會高一些。但由于只使用了一對開關管，又是同步整流結構，整體的效率和成本在這個功率上還是有競爭力的。還有一點就是需要調整反饋和過流保護部分的采樣電路，以使其適應+/-15V的輸出（Datasheet上提供的電路是<6V的）。

Q8：USB充電時，USB的中間兩個管腳的接法單節(jié)鋰離子電池升壓到5.3V后，使用的的升壓芯片是SP1308，但是在給其他帶設備供電時，保護電路里的mos管發(fā)熱過大。USB的中間兩腳我是讓它們處于懸空狀態(tài)。在進行USB接口的充放電時，中間的信號腳如何接呢？

A8：看起來你說的是好幾個問題；第一個問題是不是講，當利用鋰2電池通過升壓芯片SP1308對外提供5.3V電源時、保護電路里的MOS管發(fā)熱嚴重？我相信你一定是講超乎尋常地發(fā)熱；如果只是正常由于電流過大發(fā)熱，大概你就不會當個問題提出來了。我沒有找到SP1308的Datasheet，也不好判斷是不是其轉換效率有問題。另一個需要提醒你注意的是不要讓瞬態(tài)大電流脈沖流過電池，這除了引起異常發(fā)熱外、對電池壽命也極其不利。

第二個問題比較復雜，與你做了個什么東西關系很大。有關的標準有YD T1591-2006，USB Charger 2.0， USB 2.0， OMTP， USB OTG等，都可以從網(wǎng)站上查到。如果你要做的是USB的手機充電器，短接那兩條線就是了（似乎不像你說的產(chǎn)品）。

Q9：鎳氫電池的放電終止控制。我們現(xiàn)在有一個項目，12V電池組，平均放電電流5-8A，峰值10A，EOD：9V，要求做放電終止控制，但問題是，靜態(tài)功耗可以達到多少？因為電池可能發(fā)貨后，經(jīng)過很長時間，如果靜態(tài)電流太大，會造成電池過放電。

A9：總體上看，NiHM的自放電率是比較高的， 最好也就是起標稱Ah容量0.001-0.002%。過放保護終止電路的靜態(tài)功耗（電流）可以參考自放電電流設計（如果比自放電小得多沒有實際效果）。從你的電池看，幾十uA的靜態(tài)電流不會有問題。MAXIM有很多基準+比較器組合可以工作在1-2uA，慢速（基本上是靜態(tài)）驅動NMOS或PMOS均不需要太大電流。再小心設計供電環(huán)節(jié)的耗電，這個電路應該可以做到<10uA。

Q10：充電器和電池保護電路的融合已經(jīng)實現(xiàn)了吧！?很多家公司都稱自己的充電控制IC是集成方案，帶智能保護。為什么專家還拿出來討論，稱部分融合，難道還需額外的保護電路？

A10：的確，包括MAXIM在內的許多家公司都有這種帶有保護功能的產(chǎn)品。實際的融合的困難不在于電路設計，而在于對安全管理的尊重和行業(yè)分工習慣的延續(xù)。設計和制造帶有滇池保護功能的芯片很容易，甚至也可以做到在同一個硅片上實現(xiàn)保護部分和充電控制部分的單點故障安全。但即使是這樣做了，與由電池廠家在電池內部配制獨立的保護電路比較也沒有多大的成本優(yōu)勢。只有小電池和少量的不允許用戶換電池的應用在使用沒有內置保護電路的電池。從行業(yè)分工看，采用帶有內置保護的電池包將由電池廠負責電池包的安全設計，責任劃分清晰。如果把充電及保護一體化到一個芯片里，則這個芯片與電池的安裝關系需要保證靠近和不可被輕易改動，基本上需要放到電池包里。這將帶來散熱、通用性以及與通用性有關的成本控制等一系列問題。電量計與保護電路的融合的實際推廣高于充電器與保護電路的融合，而利用電量計可以完成充電的判決功能、可以認為是一種部分融合。