便携式打印机设计时使用充电电池的测试

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我在设计一款便携式针式打印机时，除了打印机本身功能的实现，还要考虑使用电池时的打印效果及电池使用寿命。

因为打印机打印时耗电变化范围非常大，无法简单地用平均电流来计算及处理设计细节，所以还是要实际测试才能有依据。

此次测试通过打印及放电来确定复位IC的选用及电池电量的使用情况。

一．通过打印来判断电池的使用情况：

通过打印全黑和带下划线的自检，中间为了提高实验效率，也用电阻放电。在打印机复位后测量电池电压，来判断电池电量的使用情况。并且在打印过程中记录电池电压及CPU电压，根据这些参数选择复位IC。

测试条件：
a)Impact printer header (M-190) 由电池直接供电，且有2200uF的滤波电容，MSP430F135由S81233稳压供电，加有40uF的滤波电容。（注：40uF的滤波电容更换为20uF后，测试结果几乎相同）
b)打印方式为连续全黑打印。
c)每次复位后，停5分钟再继续打印。（注：复位是由于打印TG超过3ms所致（打印超时保护），并非RESET IC 所致）
d)测试时MSP430F135没有加RESET IC。
e)测试电池为不同容量的GP Ni-MH电池。

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§1. 1300mAh的GP Ni-MH电池：

1． 第一次测试
测试条件：
a)电池：新购买的容量为1300mAh的GP Ni-MH电池，电池放完电后采用标准充电模式充电约2小时，即约充20%的电量。
b)Impact printer header (M-190) 由电池直接供电，且有2200uF的滤波电容，MSP430F135由S81233稳压供电，加有40uF的滤波电容。（注：40uF的滤波电容更换为20uF后，测试结果几乎相同）
c)打印方式为连续全黑打印。
d)每次复位后，停3分钟再继续打印。（注：复位是由于打印TG超过3ms所致，并非RESET IC 所致）
e)测试时MSP430F135没有加RESET IC。

2．电池放置2小时后再测试 (放置2小时后电池电压为4.78V)
测试条件：
a) 打印方式为连续自检带下划线。
b) 其余同上。

c) 放置20小时后电池电压为4.58V。

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§2． 1600mAh的GP Ni-MH电池：

1． 第一次测试
测试条件：
a) 电池：新购买的GP Ni-MH电池，电池电压5.11V。
b) Impact printer header (M-190) 由电池直接供电，且有2200uF的滤波电容，MSP430F135由S81233稳压供电，加有40uF的滤波电容。（注：40uF的滤波电容更换为20uF后，测试结果几乎相同）
c) 打印方式为连续全黑打印。
d) 放电电阻为5欧姆。每次放电后，停5分钟再量电压，继续打印。（注：复位是由于打印TG超过3ms所致，并非RESET IC 所致）
e). 测试时MSP430F135没有加RESET IC。
f) 每次打印100～150行。

2． 第二次测试 （5分钟后开始）
测试条件：
a) 打印方式为连续自检带下划线。
b) 其余同上。

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§3． 1800mAh的GP Ni-MH电池：

1． 第一次测试
测试条件：
a) 电池：新购买的GP Ni-MH电池，电池电压5.02V。
b) 打印方式为连续全黑打印。
c) 放电电阻为5欧姆。每次放电后，停5分钟再量电压，继续打印。
d) 每次打印100～150行。
e) 其余同上。

2． 第二次测试 （5分钟后开始）
测试条件：
a) 打印方式为连续自检带下划线。
b) 其余同上。

3． 第三次测试
测试条件：
a） 恒流100mA 充电22小时, 充电结束电压1.41V/节
b） 打印方式为连续全黑打印。
c) 其余同上。

此时情况与第一次测试中第二次复位后的情况基本相同。

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结论一：

1．当MSP430F135选用2V的RESET IC时，1300mAh的Ni-MH电池基本可以使用，由实验可知当使用到电池电量的80%~90%时会出现RESET IC 复位的情况。

2．比较1300mAh ，1600mAh与1800mAh的Ni-MH电池，在第一次复位后1800mAh的Ni-MH电池所打印的行数明显少于1300mAh 和1600mAh的电池，说明1800mAh的Ni-MH电池在第一次复位时其电量使用的比较彻底，相比之下更符合Impact printer使用。

3．根据Ni-MH电池的放电曲线，当电压为1.1V时，其电量还剩余10％左右。而试验几乎是连续打印全黑或下划线，因此当正常普通打印时（下划线比较少），还能再继续使用一段时间。

4．使用1800mAh的Ni-MH电池在第三次复位时其S81233输出最低电压约为2V左右，因此选用2V的RESET IC可确保在电池在电量>20％时，不会出现复位现象，可正常使用。

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二．通过电阻连续放电后再打印来判断电池的使用情况：

根据以上测试的结果，采用电阻连续放电来判断电量使用情况，比较精确地测量1800mAh的Ni-MH电池电量的使用情况。另外对比一下Ni-MH电池和Ni-Cd电池的区别。

测试条件：
a） 1800mAh的GP Ni-MH电池（新）在100mA恒流充电27小时后做电阻放电试验：（电压为5.54V）
b） 1800mAh的量威 Ni-MH电池（新）在100mA恒流充电27小时后做电阻放电试验：（电压为5.38V）
c） 600mAh的GP Ni-Cd电池（新）充电24时后做电阻放电试验：
（电压为5.4V）型号为60AAKC，无记忆效应。.
d） 放电电阻为5欧姆。

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§1． 1800mAh的量威 Ni-MH电池：

该电池（新）在100mA恒流充电27小时后做电阻放电试验：（电压为5.38V）
1． 第一阶段：5欧姆放电

2． 第二阶段：打印100行全黑

根据附录的计算，折合为1800mah放电时间为0.012小时。

3． 第三阶段：5欧姆放电

之后再打印始终复位，电池电压跌倒2.64V,CPU电压跌倒2.24V。

**复位前总耗电量约为标称值的75％。 **

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§2． 1800mAh的GP Ni-MH电池：

该电池（新）在100mA恒流充电27小时后做电阻放电试验：（电压为5.54V）
1． 第一阶段：5欧姆放电

2． 第二阶段：打印100行全黑

根据附录的计算，折合为1800mah放电时间为0.012小时。

3． 第三阶段：5欧姆放电

4． 第四阶段：打印100行全黑

根据附录的计算，折合为1800mah放电时间为0.012小时。

5． 第五阶段：5欧姆放电

之后再打印始终复位，电池电压跌倒2.48V,CPU电压跌倒2V。

复位前总耗电量约为标称值的81％。

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§3． 600mAh的GP Ni-CD电池：

该电池（新）充电24时后做电阻放电试验：（电压为5.4V）

1． 第一阶段：5欧姆放电

2． 第二阶段：打印100行全黑

根据附录的计算，折合为60mah放电时间为0.036。

3． 第三阶段：5欧姆放电

4． 第四阶段：打印全黑

根据附录的计算，折合为600mah放电时间为0.036，
打印了90行复位。

复位前总耗电量约为标称值的92％。

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结论二：

1．1600mAh的Ni-MH电池在打印的过程中cpu电压较容易跌至（破）2V，此时若有复位IC（若复位电压为2V），则容易在电量还没有被充分利用之前导致Impact printer无法正常工作，相比而言，1800mAh的Ni-MH电池的此项指标更适合Impact printer使用。
2．使用1800mAh的Ni-MH电池在第三次复位时其S81233输出最低电压约为2V左右，因此选用2V的RESET IC可确保在电池在电量>20％时，不会出现复位现象，可正常使用。
3．Ni-MH电池使用效率约在80％左右。而试验几乎是连续打印全黑，因此当正常普通打印时（下划线比较少），还能再继续使用一段时间。
4．由数据可知，GP Ni-MH电池比量威 Ni-MH电池性能好，建议使用GP Ni-MH电池。推荐容量1800mAh。
5．由数据可知，Ni-Cd电池使用时电量消耗比较彻底，若购买无记忆效应的Ni-Cd电池方便的话，则Ni-Cd电池也可使用，建议C>600mAh。容量大的电池工作时间长，且跌幅比较小。
就电量使用状况来看，Ni-CD电池比Ni-MH电池更加适合Impact printer使用。因为Ni-CD电池内阻小，且放电电流大（相对Ni-MH电池）。

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最终结论：

1.选用2V的复位IC。
2.建议使用1800mAh的GP Ni-MH电池。（从价格，统一性考虑）。

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附录：打印全黑时所消耗的电量详细计算

1．使用1800mAh的Ni-MH电池时，STA413最大饱和压降为220mV（第3，5，7，8脚电压，原理图如下所示）。经试验此时Ic约为700mA。

2．两行打印间隔时间为1.68S，打一行字要0.66S，这0.66S中有30/90为回程。
所以打印全黑时最大平均电流为：
700×3×0.66/1.68×60/90 = 550mA
若按平均电流是最大电流的70％来算，则打印消耗电流为：
550×70％ ＝ 385mA
马达平均电流（不算起动和制动）
300×0.66/1.68 = 120 mA
所以有：I ＝ 385＋120 ＝ 505mA

3．打印速度约为39行/分，所以打印100行所用的电量折合为1800mAh为：
(100/39 * 60/3600 * 505)/1800 = 0.12(h)
而这只是保守的估算，打印时再加上马达启动和制动时消耗的电流，应大于0.12h。

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