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。 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。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。
欠压锁定和自启动电路
开始时,经过整理和滤波后的高压DC通过启动电阻R2R3对Vcc脚电容充电。当Vcc充到12V,U1开始工作。一旦电路发生保护,输出关断,由于此时U1供电由辅助绕组经D6提供,Vcc开始降低,当Vcc低于8V,控制电路整体关断,电路消耗的电流变小,又开始对Vcc脚的电容充电,启动电路重新工作。
内置软启动电路
为了减小在上电过程中变压器的应力,防止变压器饱和,使得输出电流的最大值启动后缓慢增加。上电时,U1回馈电压值由内部决定,缓慢增加。从而决定了内部的最大限制电流缓慢增加,经过约15ms,软启动电路结束工作,对正常工作不影响。
频率抖动电路
为了降低EMI,本电路使得振荡频率不断变化,减少在某个单一频率的对外辐射。振荡频率在一个很小的范围内变动,从而简化EMI设计,更容易满足要求。
轻载模式控制
该方式可以有效地降低待机功耗。当FB大于500mV,正常工作。当 350mV 前沿消隐电路 在U1内部电流控制环路中,当开关导通瞬间会有脉冲峰值电流,如果此时采样电流值,会产生错误触发动作,前沿消隐用于消除这种动作。在开关导通之后的一段时间内,采用前沿消隐消除这种误动作。在电路有输出驱动以后,PWM 比较器的输出要经过一个前沿消隐时间才能去控制关断输出。 过压保护 当VCC上的电压超过过压保护点电压时,表示负载上发生了过压,此时关断输出。该状态一直保持,直到电路发生上电重启。 超载保护 当电路发生超载,会导致FB电压的升高,当FB电压升高到回馈关断电压时,输出关断。该状态一直保持,直到电路发生上电重启。 逐波限流 在每一个周期,峰值电流值由比较器的比较点决定,该电流值不会超过峰值电流限流值,保证MOSFET上的电流不会超过额定电流值。当电流达到峰值电流以后,输出功率就不能再变大,从而限制最大的输出功率。如果负载过重,会导致输出电压变低,反映到FB端,导致FB升高,发生超载保护。 异常过流保护 如果次级二极管短路,或变压器短路,会引起该现象。此时,不管前沿消隐(L.E.B)时间,一旦过流,过 350nS 马上保护,且对每一个周期都起作用。在电流感应电阻上的电压达到 1.6 伏时,发生这个保护。当发生该保护时,输出关断。该状态一直保持,直到发生欠压以后,电路启动。 过热保护 如果电路发生过热,为了保护电路不会损坏,电路会发生过热保护,关断输出。该状态一直保持,直到发生欠压以后,电路启动。 手机充电器的安全 在电子市场上,我们会发现这样一个问题,外观“长”的几乎一样的充电器,有的售价不到10元,有的超过100元,在当前“山寨”流行的情况下尤其如此。通过以上介绍的3款不同手机充电器电路设计可见,有不同的设计理念,不同的电路应用,不同的器件,带来不同的功能和性能,不同的质量和可靠性。其实,还是印证了那句古话“一分钱一分货”。 特别是手机充电器的安全性,似乎看不见也摸不着,容易被忽视。好的充电器电路设计都内设有短路及过流的保护装置,生产符合IEC 60950规格, 符合国际安全标准。而太廉价的“山寨”货,可能存在安全隐患。 安全性不能仅仅通过输出特性的检查来确定,因为输出特性良好并不能保障充电器的安全可靠,所以需对充电器的全面性能进行考察,包括对变压器、电源线等元器件的安全要求和结构设计要求。充电器安全的最核心问题,应保证在故障条件下都不对人身安全构成威胁,除应具有电气防护功能外,也应具有防火防护功能。 下面列举一些相关标准对手机充电器安全性方面的要求: 结构稳定性:直接插在墙壁插座上、靠插脚来承载其重量的充电器,不应使墙壁插座承受过大的应力,可通过插座应力试验检验其是否合格。充电器应按正常使用情况,插入到一个已固定好的没有接地接触件的插座上,该插座可以围绕位于插座啮合面后面8mm的距离处,与管件接触件中心线相交的水平轴线转动。为保持啮合面垂直而必须加到插座上的附加力矩不应超过0.25Nm。 防触及性(电击及能量危险):充电器正常使用时应具有防触及性,防止电击及能量危险。如果特低电压电路的外部配线的绝缘是操作人员可触及的,则该配线应不会受到损坏或承受应力,也不需要操作人员接触。 绝缘电阻:在常温条件下,用绝缘电阻测试仪直流500 V电压,对充电器主回路的一次电路对外壳、二次电路对外壳及一次电路对二次电路进行测试,充电器的绝缘电阻应不低于2 MΩ。 绝缘强度:用耐压测试仪对充电器进行绝缘强度试验,且充电器必须是在进行完绝缘电阻试验并符合要求后才能进行绝缘强度的试验。一次电路对外壳、一次电路对二次电路应能承受50 Hz、有效值为1500 V的交流电压(漏电流≤10 mA),二次电路对外壳应能承受50 Hz、有效值为500 V的交流电压(漏电流≤10 mA),应无击穿与无飞弧现象。试验电压应从小于一半规定电压值处逐步升高,达到规定电压值时持续1 min。 异常工作及故障条件下的要求:充电器的设计应能尽可能限制因机械、电气超载或故障、异常工作或使用不当而造成起火或电击危险。 材料的可燃性要求:充电器外壳和印制板及元器件所用的材料应能使引燃危险和火焰蔓延减小到最低限度,为V-2级或更优等级。在进行耐热及防火试验时,V-0级材料可以燃烧或灼热,但其持续时间平均不超过5s,在燃烧时所释放的灼热微粒或燃烧滴落物不会使脱脂棉引燃。V-1级材料可以燃烧或灼热,但其持续时间平均不超过25s,在燃烧时所释放的灼热微粒或燃烧滴落物不会使脱脂棉引燃。V-2级材料可以燃烧或灼热,但其持续时间平均不超过25s,在燃烧时所释放的灼热微粒或燃烧滴落物会使脱脂棉引燃。自由跌落试验:充电器从1m高度处自由跌落到硬木表面3次,其表面应无裂痕等损坏。
实用手机万能充电器电路原理图和分析说明
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