风扇充电宝二合一产品的电源管理电路拆解与设计分析

手持小风扇这种东西，放在几年前，谁也想不到它能跟“电源管理”扯上关系。但最近酷态科这款“风扇PLUS”二合一产品，确实让不少硬件开发者和数码爱好者多看了两眼：一个手持风扇，居然内置了充电宝的完整供电链路，还能通过 Type-C 口对外放电。价格从标题看只要 118 元起，放在“带电池的便携设备”这个分类里，这个价格已经压到了相当有吸引力的区间。

这篇文章我不想写成一篇导购，而是换个角度：如果你是一个做嵌入式、硬件或物联网开发的工程师，拿到这样一款“风扇 + 充电宝”二合一产品，你应该怎么拆、怎么测、怎么理解它的电路方案，以及这类产品背后有哪些值得工程上借鉴的设计思路。

先给一个明确判断：这类二合一产品本质上不是“小风扇”，而是一块带电机负载的移动电源开发板。它把锂电池保护、充放电管理、协议协商、电机驱动、档位控制集成到了一个巴掌大的壳子里。对软件工程师来说，它是学习电源管理的好样本；对硬件工程师来说，它是研究低成本便携设备方案的参考对象；对普通用户来说，它解决了“出门带两个设备”的痛点。

读完这篇文章，你会掌握：

• 二合一产品的典型硬件架构和核心器件。
• 如何拆解并识别电池、保护板、主控和电机驱动方案。
• 如何用万用表、电子负载、逻辑分析仪等工具做基本测量。
• 如何从功耗和电池容量推算真实续航。
• 这类产品常见的失效模式、坑点和工程建议。

1. 为什么一个手持风扇值得做技术拆解

先说一个很多人的误解：手持风扇 = 电机 + 电池 + 开关。这是十年前的地摊货思路。今天你看到的酷态科“风扇PLUS”这类产品，已经是完全不同的物种。

如果我们把“风扇 + 充电宝”拆开来看，它至少包含以下功能模块：

• 充电输入：Type-C 接口，支持 PD/QC 等快充协议，或者至少支持常见的 5V/9V/12V 输入。
• 电池管理：锂电池充电管理、过充过放保护、温度保护、短路保护。
• 升压放电：把电池电压升压到 5V/9V/12V 输出，给手机或其他设备充电。
• 电机驱动：无刷或有刷电机的驱动电路，支持多档调速。
• 控制逻辑：档位切换、电量显示、充电状态指示、风扇开关机逻辑。

也就是说，这不是一个“风扇电路”，而是一个完整的“电池供电系统”。对开发者而言，这类产品最大的价值在于：它把一套本来需要自己搭的电源管理方案，以极低的成本做成了量产产品，而你可以从中学到大量可直接迁移的设计经验。

从材料信息看，这款产品的标题重点是“CP模块风扇PLUS”和“移动电源供电套装”。这意味着它的卖点不只是风扇本身，而是“风扇 + 充电宝 + 供电套装”的组合。这种产品定义方式的背后，是供应链和芯片方案的成熟。Type-C 接口普及、PD 协议芯片成本下降、高容量锂电价格走低，三者叠加，才让“百元价位”的二合一产品成为可能。

对于开发者来说，关注这类产品的意义不在“它吹风凉不凉”，而在“它怎么做到的”。接下来我们从硬件架构开始拆解。

2. 二合一产品的核心架构与工作原理

2.1 系统框图与模块划分

一个标准的手持风扇 + 充电宝二合一设备，内部通常分这几大块：

手机平板的充电宝方案大家见得多了，但移到风扇上，多了“电机”这个动态负载。电机启动瞬间电流很大，堵转时电流更大，这对电池放电能力和电路稳定性提出了额外要求。这也是二合一产品和普通充电宝最大的差异点：它不能只处理静态负载，还得处理动态冲击负载。

2.2 充放电链路

充电链路是：Type-C 输入 → 协议芯片协商电压 → 充电管理 IC → 锂电池。

放电链路有两条：

• 风扇放电：电池 → 保护板 → 电机驱动 → 电机。
• 对外放电：电池 → 保护板 → 升压芯片 → Type-C 输出。

两条放电链路共用电池和保护板，但走不同的功率路径。风扇档位越高，电流越大；对外充电时，升压芯片需要把 3.6~4.2V 的电池电压升到 5V 甚至 9V/12V。两个负载同时开启时，电池会同时承受两路电流，这时候电池保护 IC 的过流阈值就非常关键。

2.3 一个容易被忽略的点：档位切换的本质

表面上看，风扇档位是“按一下换一档”，但硬件上它做的是 PWM 调速或者电压切换。

• PWM 调速：主控输出一定频率的方波，通过 MOS 管控制电机平均电压。
• 线性调速：改变电机两端有效电压，实现不同转速。

PWM 调速效率更高，但会产生电磁噪音和电流纹波。这会影响电池电压采样，甚至可能干扰到充电宝的协议芯片。所以在设计方案里，电机供电和协议芯片供电之间通常会有滤波电路，或者电机驱动部分的电源会单独走线。如果你在设计类似产品时发现“充电断断续续”或“协议协商失败”，可以先怀疑电机 PWM 干扰。这类问题在原理图上看不出来，必须靠示波器测量才能定位。

3. 拆解分析与测量环境准备

这个章节提供给想动手拆解的读者。拆解之前，必须明确一点：拆解带锂电池的产品有安全风险，操作前请确保电池电量不要太高，拆解过程中切勿刺穿电芯，也不要让金属工具同时接触电池正负极。

3.1 需要准备的工具

普通开发者如果没有示波器和电子负载，用手头的万用表和可调电源也能完成基础测量。本文把方案分成“基础测量”和“进阶测量”两档。

3.2 基础测量流程

第一步：拆开外壳，先观察电芯类型。如果是 18650 电芯，注意看是正极还是负极焊接，是从正规渠道买的品牌电芯，还是无标电芯。如果是软包锂电，注意看封装是否完整，有没有鼓包。

第二步：测量电池空载电压。正常情况下，锂电空载电压应该在 3.6~4.2V 之间。如果低于 2.5V，说明电池已经深度过放，不建议继续使用。

第三步：找到充电管理 IC、升压 IC、保护 IC 的丝印，用丝印反查工具识别型号。这会直接告诉你设计方案用了哪家方案、支持什么协议、最大电流是多少。

第四步：测量关键测试点。在充电状态下，测量电池两端电压是否在 4.2V（或 4.35V/4.4V，取决于电芯规格）附近；在放电状态下，测量电机两端电压是否稳定。

3.3 进阶测量流程

如果你有示波器，可以抓三组关键波形：

• 电机 PWM 波形：确认 PWM 频率和占空比。
• 电池电压纹波：在风扇最高档时看电池两端电压波动，判断滤波是否足够。
• 升压输出波形：对外充电时看 5V 输出的纹波大小。

纹波过大说明输出滤波电容不足或控制环路不稳定。这也是很多低成本二合一产品在使用中“手机充电断断续续”的原因之一。

4. 功耗测量与续航估算

拿到一款二合一产品，开发者最关心的往往是续航：号称能用多久，实际能用多久，怎么验证？我们用工具实测得到的数据当然最准，但通过铭牌参数 + 功耗模型同样能做出合理估算。

4.1 基础公式与折算逻辑

电池标称容量是“Ah”，但真正有效的是“Wh”，也就是瓦时。换算公式：

Wh = Ah × 电压

18650 电芯如果是 2500mAh，标称电压 3.7V，那么能量约为 9.25Wh。但电池放电到 3.0V 截止时，可用能量大约是额定能量的 85%~90%。保护板自己也要消耗几十微安到几毫安不等的静态电流。如果长期闲置不充电，保护板静态电流会把电池慢慢耗干。

估算续航需要知道风扇在各档位的功率。风扇功率 = 电流 × 电压。你可以用可调电源给风扇供电，测出每个档位的电流，再乘以电压，得到功率。也可以用分压电阻法，在电池负极串一个采样电阻，用示波器或万用表测电流。

4.2 用 Python 写一个简单的续航估算脚本

下面给一个最小示例，帮助你根据电池容量和档位功率做粗略估算。

# -*- coding: utf-8 -*- """ 风扇续航估算脚本 用法：填写电池容量、截止电压、各档位功率 输出：各档位理论续航分钟数 """ def estimate_runtime(capacity_ah, nominal_voltage, cutoff_voltage, power_w, efficiency=0.85): """ 参数： capacity_ah: 电池容量，单位 Ah nominal_voltage: 标称电压，单位 V cutoff_voltage: 截止电压，单位 V power_w: 风扇档位功率，单位 W efficiency: 系统整体效率，默认 0.85 返回： 预估续航分钟数 """ # 可用能量 = 容量(Ah) * (标称电压 + 截止电压) / 2 avg_voltage = (nominal_voltage + cutoff_voltage) / 2.0 total_wh = capacity_ah * avg_voltage # 考虑系统效率 available_wh = total_wh * efficiency # 续航小时数 = 可用能量 / 功率 hours = available_wh / power_w minutes = hours * 60 return minutes if __name__ == "__main__": # 示例：2500mAh 18650 电芯，标称 3.7V，截止 3.0V，最高档功率 5W cap_ah = 2.5 v_nom = 3.7 v_cutoff = 3.0 power_high = 5.0 power_mid = 2.5 power_low = 1.0 runtime_high = estimate_runtime(cap_ah, v_nom, v_cutoff, power_high) runtime_mid = estimate_runtime(cap_ah, v_nom, v_cutoff, power_mid) runtime_low = estimate_runtime(cap_ah, v_nom, v_cutoff, power_low) print(f"最高档 {power_high}W 续航约：{runtime_high:.0f} 分钟") print(f"中档 {power_mid}W 续航约：{runtime_mid:.0f} 分钟") print(f"低档 {power_low}W 续航约：{runtime_low:.0f} 分钟")

运行方式：

python3 fan_runtime.py

预期输出类似：

最高档 5.0W 续航约：83 分钟 中档 2.5W 续航约：167 分钟 低档 1.0W 续航约：417 分钟

注意脚本里的效率只是一个经验值。实际系统效率受升压拓扑、电机效率、线损、温度影响很大。你可以把脚本里的power_w替换成自己实测的档位功率，会准确很多。

4.3 实测功耗的正确方法

最准确的方法不是只测电流，而是用“电流记录仪 + 恒压源”拉曲线。步骤如下：

1. 把电风扇电机拆下来，用可调电源直接给电机供电。
2. 将电压调到标称工作电压。
3. 记录不同档位下的稳态电流。
4. 把电流归一化到电池电压下，计算各档位功率。

对于没有可调电源的开发者，也可以用电池直接供电，把万用表串进电池回路，分别记录各档位电流。注意：电机启动瞬间电流会明显高于稳态电流，所以读数要等 3~5 秒稳定后再记录。

5. 电源管理方案与充电协议分析

这部分是二合一产品方案里最有技术含量的区域。你可能不关心“这个充电宝能不能给手机快充”，但如果你在做类似产品，你一定会关心协议芯片怎么选、充电曲线怎么配、温升怎么控制。

5.1 充电管理方案

锂电充电通常分三阶段：预充、恒流、恒压。

• 预充：电池电压低于 2.8V 时，用小电流（约 0.1C）慢慢充，保护电芯。
• 恒流：电池电压正常后，以设定电流大电流充电。
• 恒压：接近满电时，电压固定，电流逐渐下降，直到小于截止电流结束。

充电管理 IC 的核心参数包括充电电流、截止电压、截止电流、温度保护阈值。这些参数通常通过外部电阻配置，或者在出厂时烧录到芯片寄存器里。

实际充电曲线可以用串口或 I2C 从充电 IC 的寄存器里读取。不少充电 IC 支持通过 I2C 读取充电状态、电流和电压。下面给一个示例，演示用 Python 通过 I2C 读取充电状态寄存器的思路（以常见的 I2C 充电管理芯片为例）。

# -*- coding: utf-8 -*- """ 通过 I2C 读取充电管理芯片寄存器信息 假设前提： - 系统使用 I2C 连接充电管理芯片 - 使用 smbus2 库 - 寄存器地址请以实际芯片 datasheet 为准 """ import time from smbus2 import SMBus # I2C 总线编号需根据实际系统调整，例如树莓派上通常是 1 BUS_NUM = 1 # 充电芯片的 I2C 地址，以实际芯片为准，例如 0x6A 只是演示 CHIP_ADDR = 0x6A # 演示寄存器地址，实际以 datasheet 为准 REG_CHARGE_STATE = 0x00 REG_CHARGE_VOLTAGE = 0x01 REG_CHARGE_CURRENT = 0x02 def read_charge_status(): with SMBus(BUS_NUM) as bus: state = bus.read_byte_data(CHIP_ADDR, REG_CHARGE_STATE) voltage_raw = bus.read_byte_data(CHIP_ADDR, REG_CHARGE_VOLTAGE) current_raw = bus.read_byte_data(CHIP_ADDR, REG_CHARGE_CURRENT) return state, voltage_raw, current_raw def parse_state(state): # 这里只做演示，具体位定义取决于芯片手册 if state & 0x01: return "charging" elif state & 0x02: return "done" else: return "standby" if __name__ == "__main__": try: state, v_raw, i_raw = read_charge_status() print("充电状态: ", parse_state(state)) print("寄存器原始值: voltage=%d current=%d" % (v_raw, i_raw)) except Exception as e: print("读取失败，请检查 I2C 地址和接线: ", e)

实际项目中，你需要查对应充电管理芯片的数据手册，找到正确的寄存器映射，然后换算成真实电压和电流。这样的脚本可以作为产测工具的一部分，用来快速验证 PCBA 上的充电链路是否正常。

5.2 输出协议与放电能力

二合一产品在输出侧通常采用 PD/QC 协议或者普通 DCP（专用充电端口）协议。PD 协议可以提供最高 20V 的电压，但对于风扇+充电宝这种百元级产品，输出能力通常集中在 5V/2A 或 5V/3A 附近，部分产品会支持 9V/12V。

如果标题提到的“移动电源供电套装”包含多设备供电需求，那说明输出协议可能不止一档。值得留意的是，二合一产品在电机转动时，升压输出能力会下降。因为电池给电机供了一部分电，剩余能力才会用于对外放电。在满功率吹风的同时给手机快充，往往会出现“充不进去”甚至“边充边掉电”的现象，这不是故障，而是功率分配策略如此。

如果你在设计类似产品，建议在固件里对输出电流做动态限制：检测到电机功率偏高时，降低对外输出功率，保证电池不过流。这个策略可以通过主控实时采样电池电流和输出电压实现。

5.3 安全保护机制

锂电池的安全是硬底线。一个合格的设计方案至少包含：

• 过充保护：电芯电压超过 4.25V（或 4.4V 对应阈限）时切断充电。
• 过放保护：电芯电压低于 2.5~3.0V 时切断放电。
• 过流保护：电流超过设定阈值时切断输出。
• 短路保护：输出端短路时快速断开。
• 温控保护：NTC 检测电芯温度，异常时停止充放电。

这些保护并不能完全依赖保护 IC，软件层面也要做二次防护。例如主控可以周期性读取电池电压，如果持续低于安全阈值，应当关闭风扇和输出，而不是等到硬件保护动作。

下面是主控侧做电压监控的伪代码思路：

// 主循环中周期性执行 #define BATTERY_LOW_THRESHOLD_MV 3000 #define BATTERY_SHUTDOWN_MV 2800 uint16_t read_battery_mv(void); void power_monitor_task(void) { uint16_t vbat = read_battery_mv(); if (vbat <= BATTERY_SHUTDOWN_MV) { // 关闭风扇 set_fan_enable(0); // 关闭对外输出 set_output_enable(0); // 进入低功耗模式 enter_sleep_mode(); } else if (vbat <= BATTERY_LOW_THRESHOLD_MV) { // 电量不足提示 set_led_blink(LED_RED); } }

这段代码的逻辑很简单，但它体现的是“层级防护”思想：硬件保护是最后一道防线，软件要在此之前主动干预。

6. 关键波形测量与调试方法

很多开发者第一次测这种二合一产品时，会拿示波器乱抓一通，结果什么都没抓到。这里给出几个实用的测量点，按优先级排序。

6.1 电池电压纹波

把示波器探头接在电池正负极，打开风扇最高档，看电压波动。

• 正常情况：电压波动应小于 300mV。
• 如果波动超过 500mV，说明电池内阻偏大或滤波电容不足。内阻偏大可能是电芯老化或电芯本身质量一般。

6.2 电机 PWM 波形

把示波器探头接到电机驱动 MOS 管的栅极，可以看到 PWM 方波。

• 记录频率：常见 PWM 频率在 1kHz 到 30kHz 之间。频率太低会听到电机啸叫，频率太高会增加开关损耗。
• 记录占空比：不同档位的占空比变化可以反映调速逻辑。

如果 PWM 占空比在固定档位下跳动，说明控制环路在波动，要进一步查 MCU 的定时器配置和供电稳定性。

6.3 升压输出波形

接上电子负载，输出 5V，逐步加大电流，观察 5V 输出是否稳定。

• 从 0A 拉到额定电流，输出电压跌落不能超过 5%。
• 纹波峰峰值一般要求小于 100mV。如果纹波过大，优先检查输出电容容值和 ESL、以及电路板的 GND 回流路径。

6.4 串口日志抓取

如果产品有调试串口（很多量产产品的 MCU 会预留 UART 测试点），可以尝试用串口工具抓取主控日志。

# Linux 下用 minicom 或 screen 打开串口 # 根据实际设备名调整，比如 /dev/ttyUSB0 或 /dev/ttyACM0 screen /dev/ttyUSB0 115200

如果主控固件开放打印，你会看到上电初始化信息、充电状态切换、电池电压采样值等。这个信息对分析“为什么风扇转速不稳”或者“为什么充电无法进入快充”非常有帮助。

7. 常见问题与排查思路

7.1 问题排查表

7.2 典型故障复盘：充电无法停充

有一个常见问题是：风扇充满电后，充电电流不下降，保护板一直没有进入“充电完成”状态。原因多数不是充电 IC 坏了，而是电池端电压采样线接触不良，导致 IC 采到的电压偏低，永远达不到恒压截止条件。排查时先量电池正负极实际电压，再量 IC 的电池检测引脚电压。两处读数不一致，就说明检测线断路或接触电阻过大。这个排查思路同样适用于其他带锂电的便携设备。

7.3 典型故障复盘：低档位介入时有电流声

低档位电流声通常来自两个地方：

• 电机本身的电磁噪音。
• 升压电路轻载时进入脉冲模式，产生音频范围内的开关噪音。

如果轻载时电流声明显，可以尝试让主控在低负载时固定 PWM 频率，不要切换到 PFM 模式。这样噪音可以被推到人耳听阈之外，或者至少稳定在一个不容易察觉的频率。

8. 二合一产品的工程实践与设计建议

如果你不只是想“玩”，而是想参考这类产品设计自己的方案，下面这些建议是实打实从量产角度总结出来的。

8.1 不要把电机和协议芯片共地走线单点连接

原理图上看，电机、协议芯片、主控共地没有问题，但 PCB 布局上如果所有地都从一个点拉到电池负极，电机启动和停止时的大电流突变会导致地弹，干扰协议芯片的信号完整性。

正确做法是“树干式接地”：电池负极作为总树干，电机驱动的地、主控的地、充电/升压的地各自独立走出一段铜皮，再分别回到树干。不要走成环形地环路。

8.2 电池保护要分硬件和软件两层

硬件保护 IC 的阈值不能设得太紧，否则电机堵转时会有误触发；也不能设得太松，否则电芯会过放。一般电机堵转电流是正常工作电流的 2~3 倍，保护 IC 的过流点要设置在这个区间之上，但又要低于电芯允许的最大持续放电电流。

软件层要做“软保护”：采样到电池电压低于阈值时先降档，而不是立刻关机。立刻关机对用户体验伤害很大，尤其夏天在户外使用时，用户需要的是“还能顶几分钟”。

8.3 风扇堵转检测必须做

手持风扇放进包里，扇叶很容易被卡住。如果没有堵转检测，电机堵转时电流会持续走高，发热严重，可能烧毁 MOS 或导致电池保护。常见方案是主控周期性比较电机电流，如果在某个档位下电流异常偏高，就判断为堵转，立即关断输出，过一段时间再开放。

// 堵转检测伪代码 #define STALL_CURRENT_THRESHOLD_MA 800 #define STALL_CHECK_INTERVAL_MS 50 uint16_t read_motor_current_ma(void); void motor_safety_task(void) { uint16_t current = read_motor_current_ma(); static uint8_t stall_count = 0; if (current > STALL_CURRENT_THRESHOLD_MA) { stall_count++; if (stall_count >= 3) { set_fan_enable(0); stall_count = 0; } } else { stall_count = 0; } }

这个检测逻辑非常简单，但效果显著。把它放在定时器中断或 RTOS 周期任务中，每 50ms 检查一次，连续三次超阈值就关断，既能防止误判，又能及时保护。

8.4 充放电温度检测建议独立一路 NTC

很多低成本方案只在充电管理 IC 上接了一个 NTC，检测的是充电时的温度。但电机高负载放电时的温度同样重要。建议在主控侧额外接一路 NTC，贴在电芯附近，由主控统一做温控策略：电池超过 45℃ 时限制风扇功率，超过 60℃ 时强制关机。这个策略在夏季户外场景非常实用。

8.5 用“额定容量 + 实测效率”标定产品参数

很多人对充电宝标称容量的理解有偏差。充电宝厂家常标“电芯容量”，比如 10000mAh，但实际能输出到手机端的电量，还要乘以升压效率和电池放电效率。这个值通常只有 60%~70%。产品说明书如果写“可为 3000mAh 手机充电约 2 次”，背后就是按这个效率折算出来的。

做二合一风扇产品时，建议在说明书和宣传文案里同时写清楚“电芯容量”和“对外输出额定容量”，避免售后纠纷。这也是消费者最容易产生误解的地方。

9. 从这款产品出发，还能深入学什么

看到这里，你对“风扇 + 充电宝”这类产品应该有了一个相对完整的工程认知：它不只是一个消费品，更是一个低成本的综合电源实验平台。

如果你对硬件设计感兴趣，下一步可以试着：

• 自己搭一个 18650 电池 + 充电管理 IC + 升压 IC + 电机驱动的原型板。
• 用逻辑分析仪解析充电 IC 的 I2C 寄存器，把充电曲线完整记录下来。
• 用电子负载做一次完整的放电测试，看看产品标称容量是否有水分。
• 尝试修改主控固件里的 PWM 频率，听一听电机噪音的变化。
• 设计一个简单的堵转保护和温控策略，看能不能在一个开发板上跑通。

如果你是一个软件工程师，也可以从这次拆解中学到很多东西：寄存器配置、协议协商、功耗管理、保护机制。这些知识在手机、IoT、机器人、便携医疗设备等领域都非常通用。

最后提醒一点：无论是拆解还是改装，都要注意安全。带锂电池的设备，不能随意短路、刺穿、过充；改固件和电路前要确认自己有配套设备，并且在测试环境里验证，不要直接对主力设备做实验。工程能力的提升，从来靠的不是一个冲动，而是一套可重复、可验证的方法。

如果你手边正好有这款产品，建议按这篇文章的思路拆开看一看，用万用表量一量关键节点的电压，你会发现很多在参数表上看不到的设计取舍。这就是硬件产品最有趣的地方：参数是结果，而工程才是过程。