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手机万能充电器电路原理解析—电路图天天读(

作者:admin    来源:未知    发布时间:2020-08-27 09:26    浏览量:

  在外观设计上比较独特,面板上采用透明塑料制作的半椭圆形夹子,透明塑料面板上固定有两个距离可调节的不锈钢簧片作为充电电极。面板的尾部并排有1个测试开关(极性转换开关)和4个状态指示灯,用户根据需要可以调节充电器电极距离和输出电压极性,并通过状态指示灯可方便看出电池的充电情况。

  该充电器电路主要由振荡电路、充电电路、稳压保护电路等组成,其输入电压AC220V、50/60Hz、40mA,输出电压DC4.2V、输出电流在150mA~180mA。在充电之前,先接上待充电池,看充电器面板上的测试指示灯TEST是否亮。若亮,表示极性正确,可以接通电源充电;否则,说明电池的极性和充电器输出电压的极性是相反的,这时需要按一下极性转换开关AN1(测试键)才行。具体电路原理如下。

  该电路主要由三极管VT2及开关变压器T1等组成。接通电源后,交流220V经二极管VD2半波整流,形成100V左右的直流电压。该电压经开关变压器T 1-1初级绕组加到了三极管VT2的c极,同时该电压经启动电阻R4为VT2的b极提供一个正向偏置电压,使VT2导通。此时,三极管VT2和开关变压器T1组成的间歇振荡电路开始工作,开关变压器T1-1初级绕组中有电流通过。由于正反馈作用,在变压器T 1-2绕组感应的电压通过反馈电阻R1和电容C1加到VT2的b极,使三极管VT2的b极导通电流加大,迅速进人饱和区。随着电容C1两端电压不断升高,VT1的b极电压逐渐降低,使三极管VT2逐渐退出饱和区,其集电极电流开始减少,变压器T 1-1初级绕组中产生的磁通量也开始减少。在变压器T 1-2绕组感应的反向电压,使VT2迅速截止,完成一个振荡周期。在VT2进入截止期间,变压器T1-3绕组就感应出一个5.5V左右的交流电压,经VD3整流为直流电压,作为后级的充电电压。

  该电路主要由一块软塑封集成块IC1(YLT539)和三极管VT3等组成。从变压器T1-3绕组感应出的交流电压5.5V经二极管VD3整流、电容C3滤波后,输出一个直流8.5V左右电压(空载时),该电压一部分加到三极管VT3的e极;另一部分送到软塑封集成块IC1(YLT539)的1脚,为其提供工作电源。集成块IC1有了工作电源后开始启动工作,在其8脚输出低电平充电脉冲,使三极管VT3导通,直流8.5V电压开始向电池E充电。

  当待充电池E电压低于4.2V时,该电压经取样电阻R11、R12分压后,加到集成块IC1的6脚上,该电压低于集成块IC1内部参考电压越多,集成块IC1的8脚输出的电平越低,三极管VT3的b极电位也越低,其导通量越大,直流电压8.5V经极性转换开关S1向电池E快速充电。由于集成块IC1的2、3、4脚和电容C4共同组成振荡谐振电路,其2脚输出的振荡脉冲经电阻R16送至充电指示灯LED1(绿)的正极,其负极接到集成块IC1的8脚。在电池刚接人电路时,集成块IC1的8脚输出的电平越低,充电指示灯LED1闪烁发光强。随着充电时间延长,电池所充的电压慢慢升高,集成块IC1的8脚输出电压慢慢升高,充电指示灯LED1闪烁发光逐渐变弱。

  当电池E慢慢充到4.2V左右时,集成块IC1的6脚电位也达到其内部的参考电压1.8V。此时,集成块IC1内部电路动作,使其8脚电压输出高电平,三极管VT3截止,充电指示灯LED1不再闪烁发光而熄灭,充满指示灯LED2(绿)由灭变亮。

  过压保护:当输出电压升高时,在变压器T 1-2反馈绕组端感应的电压就会升高,则电容C2所充电压升高。当电容C2两端电压超过稳压二极管VDZ1的稳压值时,稳压二极管VDZ1击穿导通,三极管VT2的基极电压拉低,使其导通时间缩短或迅速截止,经开关变压器T1耦合后,使次级输出电压降低。反之,使输出电压升高,从而确保输出电压稳定。

  过流保护:在接通电源瞬间或当某种原因使三极管VT2的电流过大时,在R5、R6上的压降就大,使过流保护管VT1导通,VT2截止,从而有效防止开关管VT1因冲击电流过大而损坏。同时电阻R6上的压降,使电容C2两端电压升高,此后过流保护过程与稳压原理相同,这里不再重复。三极管VT1是过流保护管,R5、R6是VT2的过流取样保护电阻。

  绝大部分手机充电器都有充满自停功能,但其实现的方式不同导致其充电效果不同。由于充电电流一般较大,所以在电池充满后如不及时停止会使电池发烫,过度的过充会严重损害电池寿命。设计比较科学的充电器,可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号,比较精确地结束充电工作。

  抗干扰电路(EMI):由一个线圈和两个电容组成,通常有两级EMI。功能是滤除由电网进来的各种干扰信号,防止电源开关电路形成的高频扰窜电网。

  PFC电路:PFC(Power Factor Correction)即“功率因子校正”,主要用来提高电子产品对电能的利用效率。开关电源采用传统的桥式整流、电容滤波电路会使AC输入电流产生严重的波形畸变,向电网注入大量的高次谐波,因此网侧的功率因子不高,仅有0.6左右,并对电网和其它电气设备造成严重谐波污染与干扰。

  整流滤波电路:高压整流滤波电路由一个全桥(有些简易型的采用半波整流)和高压电解电容组成。把220V交流市电转换成300V直流电。低压整流滤波电路由二极管和电解电容组成。

  保护电路:好的充电器设计一般都包含各种保护功能,如输入过压保护、输入过流保护、输出过流保护、输出过压保护、输出短路保护、过温保护等。

  下图为一款NOKIA手机通用充电器的电路。主要由开关电源、基准电压、充电控制、放电控制和充电指示等电路组成。该型手机充电器的电路非常简单,实为一自激式开关电源,全部采用分立器件组成,成本低廉。

  AC220V电压经D3半波整流、C1滤波后得到约+300V电压,一路经开关变压器T初级绕组L1加到开关管Q2 c极,另一路经启动电阻R3加到Q2 b极,Q2进入微导通状态,L1中产生上正下负的感应电动势,则L2中产生上负下正的感应电动势。L2中的感应电动势经R8、C2正回馈至Q2 b极,Q2迅速进入饱和状态。在Q2饱和期间,由于L1中电流近似线中产生稳定的感应电动势。此电动势经R8、R6、Q2的b-e结给C2充电,随着C2的充电,Q2 b极电压逐渐下降,当下降至某值时,Q2退出饱和状态,流过L1中的电流减小,L1、L2中感应电动势极性反转,在R8、C2的正回馈作用下,Q2迅速由饱和状态退至截止状态。这时,+300V 电压经R3、R8、L2、R16对C2反向充电,C2右端电位逐渐上升,当升至一定值时,在R3的作用下,Q2再次导通,重复上述过程,如此周而复始,形成自激振荡。在Q2导通期间,L3中的感应电动势极性为上负下正,D7截止;在Q2截止期间,L3中的感应电动势极性为上正下负,D7导通,向外供电。

  图中,VD1、Q1等组件组成稳压电压。若输出电压过高,则L2绕组的感应电压也将升高,D1整流、C4滤波所得电压升高。由于VD1两端始终保持5.6V的稳压值,则Q1 b极电压升高,Q1导通程序加深,即对Q2 b极电流的分流作用增强,Q2提前截止,输出电压下降,若输出电压降低,其稳压控制过程与上述相反。

  另外,R6、R4、Q1组成过流保护电路。若流过Q2的电流过大时,R6上的压降增加,Q1导通,Q2截止,以防止Q2过流损坏。

  接下来介绍一款MOTO手机旅行充电器。该充电器具有镍镉、镍氢、锂离子电池充电转换开关,并具有放电功能。在150~250V、40mA的交流市电输入时,可输出30050mA的直流电流。

  220V市电经VD1~VD4桥式整流后在V2的c脚上形成一个300V左右的直流电压。由V2和开关变压器组成间歇振荡器。开机后,300V直流电压经过变压器初级加到V2的c脚,同时该电压还经启动电阻R2为V2的b极提供一个偏置电压。由于正回馈作用,V2 Ic迅速上升而饱和,在V2进入截止期间,开关变压器次级绕组产生的感应电压使VD7导通,向负载输出一个9V左右的直流电压。开关变压器的回馈绕组产生的感应脉冲经VD5整流、C1滤波后产生一个与振荡脉冲个数呈正比的直流电压。此电压若超过稳压管VD17的稳压值,VD17便导通,此负极性整流电压便加在V2的b极,使其迅速截止。V2的截止时间与其输出电压呈反比。

  VD17的导通/截止直接受电网电压和负载的影响。电网电压越低或负载电流越大,VD17的导通时间越短,V2的导通时间越长,反之,电网电压越高或负载电流越小,VD5的整流电压越高,VD17的导通时间越长,V2的导通时间越短。V1是过流保护管,R5是V2 Ie的取样电阻。当V2 Ie过大时,R5上的电压降使V1导通,V2截止,可有效消除开机瞬间的冲击电流,同时对VD17的控制功能也是一种补偿。VD17以电压取样来控制V2的振荡时间,而V1是以电流取样来控制V2振荡时间的。

  如果是为镍镉、镍氢电池充电,由于这类电池存在一定的记忆效应,需不定时对其进行放电。SW1是镍镉、镍氢、锂离子电池充电转换开关。SW1与精密基准电源SL431为运放LM324⑨提供两个不同的精密基准源,由SW1切换。在给镍镉、镍氢电池充电时,LM324⑨脚的基准电压约0.09V(空载);在给锂离子电池充电时,LM324⑨脚的基准电压约为0.08V(空载),这种设计是由这两种类型电池特有的化学特性决定的。按下SW2,V5基极瞬间得一低电平而导通,可充电池上的残余电压通过V5的ec极在R17上放电,同时放电指示灯VD14点亮。在按下SW2后会随即释放,这时可充电池上的残余电压通过R16、R13分压,C9滤波后为V4的b极提供一个高电平,V4导通,这相当于短接SW2。随着放电时间的延长,可充电池上的残余电压也越来越低,当V4基极上的电压不能维持其继续导通时,V4截止,放电终止,充电器随即转入充电状态。

  由于锂电不存在记忆效应,当电池低于3V时便不能开机,其残余电压经电阻R40、R41分压后得到2.53V送入运算放大器的同相端③、⑤、⑩脚,由于LM324⑨脚电压在负载下始终为2.66V,因此⑧脚输出低电平,V3导通,+9V电压通过V3 ec极、VD8向可充电池充电。IC1 d在电容C6的作用下,{14}脚输出的是脉冲信号,由于IC1⑧脚为低电平,因此VD12处于闪烁状态,以指示电池正在充电,对应容量为20%。随着充电时间的延长,可充电池上的电压逐渐上升。当R40、R41的分压值约等于2.58V时,即IC1③脚等于2.58V时,IC1②脚经电阻分压后得2.57V,其①脚输出高电平(由于在充电时,IC1⑨脚电压始终是2.66V,V6导通;反之在空载时,IC1⑨脚为0.08V,V6截止),VD10、VD11点亮,对应指示容量为40%、60%。当R40、R41的分压值上升到2.63V时,即IC1⑤脚等于2.63V,其⑥脚经电阻分压后得2.63V,⑦脚输出高电平,VD9点亮,对应充电容量为80%。只有IC1⑩脚电压2.66V时,⑧脚才输出高电平,VD13点亮,对应充电容量为100%。即使VD13点亮时,VD12仍处于闪烁状态,这表示电池仍未达到完全饱和。只有IC1⑧脚电压>6.5V时,VD12才逐渐熄灭,表示电池完全充至饱和。

  VD16在电路中起过充、过流保护作用,VD8起反向保护作用,避免充电器断电后,电池反向放电。

  比较新型的旅行充电器设计,多采用内置高压MOSFET的PWM控制器专用芯片。典型的如SD4840,内部框图如下。

  该芯片专为小型开关电源而设计,电路待机功耗低,启动电流低。在待机模式下,电路进入打嗝模式,从而有效地降低电路的待机功耗。电路内部集成了各种异常状态保护功能,包括欠压锁定、过压保护、脉冲前沿消隐、过流保护和过温保护等功能。在电路发生保护后,电路可以不断自动重启,直到系统正常为止。

  使用SD4840芯片增加少量的外围元器件,即可很容易设计出性能和功能都不错的手机充电器电路,效率和可靠性都有保证。如上图是一款手机充电器外型及内部结构,其内部电路如下图所示。

  编辑点评:本文介绍了手机万能充电器的电路原理图,简易自激式开关电源充电器电路主要由开关电源、基准电压、充电控制、放电控制和充电指示等电路组成;MOTO手机旅行充电器,该充电器具有镍镉、镍氢、锂离子电池充电转换开关,并具有放电功能;采用PWM专用芯片的充电器电路,比较新型的旅行充电器设计,多采用内置高压MOSFET的PWM控制器专用芯片。

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