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了解手机充电的原理

我快闭嘴 来源:集贤网 作者:怪我心窄 2020-01-25 17:26 次阅读

手机充电器实际上就是一个小功率的开关电源,通过内部电子电路将交流220V电压转为低压直流供手机充电使用。下面以一款三极管分立元件构成的手机充电器电路为例,介绍一下其是如何将交流220V电压转为直流5V电压的?

了解手机充电的原理

▲ 三极管分立元件手机充电器电路图。

上图中,输入端的四个整流二极管接成一个整流桥(现在的手机充电器一般都采用MB10S这类贴片整流桥,已很少使用1N4007接成整流桥),220V交流电经整流桥整流及高压电容C1滤波后,变为高压直流供后级高频振荡电路使用。Q1为高反压开关管(耐压值可达400V),该管及高频变压器的初级线圈L1等组成一个高频振荡电路,将交流220V整流滤波后产生的直流高压转为高频交流高压信号,此高频高压信号经高频变压器降压后,在其次级线圈L3两端产生的一个几伏的高频低压电压,该高频电压经二极管D3整流及电容C5滤波后,变为一个不太稳定的5V直流电压。

▲ 手机充电器电路板。

图1中的U1为光电耦合器,其作用是对输出电压进行取样并反馈到Q2(Q2一般采用2SC945这类小功率管),然后再通过Q2去控制Q1的导通与截止时间,这样便保证了输出5V电压的稳定。R1、C2及D1组成一个高压吸收回路,用来防止线圈产生的感应电压将Q2击穿损坏。由于高频变压器次级输出的是高频交流电压,故二极管D3要求选用1N5819这类正向压降小,高频性能好的肖特基二极管。

手机充电器是怎样工作的?

了解手机充电的原理

答;手机充电器实际上就是一个自激式小功率开关电源。这里用一个方便理解的电路图来说,见下图所示。

工作原理电路图分析:

上图电路属于自励、反激式、变压器耦合式、PWM开关电源。

电源变换过程:交流220V经过一个半波整流二极管整流→再经过C1(电解电容器)→滤波变成300V直流(DC)→再经过自激三极管将直流转换为交流(AC,高频)→直流(DC,输出);电路由整流、振荡、稳压、保护四大系统组成。

上图中的F1 (1Ω)是一只保护电阻,它主要用于短路保护的作用,用了一只二极管D1完成半波整流作用;当电源接通后,滤波电容C1上会有直流300V的电压,通过电阻R2给Q1(振荡三极管)的基极提供电流,Q1的发射极串联有R1作为电流检测取样电阻, Q1基极得电后,会经过T1的(③、④)产生集电极电流,并同时在高频变压器T1的(⑤、⑥) (①、②)上产生感应电动势,这是两个次级绝缘与匝数相同的线圈,其中T1 ( ①、② )输出由D7(1N5819)整流、C5(220uf)滤波后通过USB座给负载供电;其中T1 (⑤、⑥)经D6(1N4148)整流、C2(22uf)滤波后通过IC1 (实为4.3V稳压管)、Q2组成取样比较电路,检测输出电压高低;其中高频变压器T1(⑤、⑥)、C3、R4还组成Q1三极管的正反馈电路,让Q1工作在高频振荡,不停的给高频变压器T1 (③、④)自激开关三极管供电。当负载变轻或者电源电压变高等任何原因导致输出电压升高时,高频变压器T1 (⑤、⑥)、IC1取样比较导致Q2导通,三极管Q1基极电流减小,集电极电流减小,负载能力变小,从而导致输出电压降低;当输出电压降低后,Q2取样后又会截止,Q1的负载能力变强,输出电压又会升高;这样起到自动稳压作用。

上图5V-USB手机充电电路虽然简单,所用的电子元器件不多,但是它里面还包含着有过流、过载、短路保护功能。当负载过载或者短路时, Q1的集电极电流大增,而Q1的发射极电阻R1会产生较高的压降,这个过载或者短路产生的高电压会经过R3让Q2饱和导通,从而让Q1截止停止输出防止过载损坏。因此,改变R1的大小,可以改变负载能力,如果要求输出电流小,例如只需要输出5V100mA,可以将R1阻值改大。当然,如果需要输出5V500mA的话,就需要将R1适当改小。

手机充电器是实际是将220V交流电,通过变压器等转换为6V,5V等直流电,然后输出提供给手机内的电源管理模块,由模块来控制相电池充电到4.2V后停止。

USB充电则是直接将USB提供的正5V电压取出提供给手机电源管理模块,省去了充电器的电源变换电路。

usb充电检测可通过在D+,D-上增加硬件检测电路,充电检测是通过侦测充电器插入信号识别的。

简单来说,充电器充当一个转换器,将220V的交流电转化成4,5V的直流电,提供电池的锂离子定向回流,达到充电的效果。值得一提就是现在的充电器都会有充电保护功能,手机满电了就充不进去,不会损伤电池。但为了安全着想,尽量不要长时间充电。

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