超力通手机旅行充电器电路分析

2024-04-20

超力通手机旅行充电器电路分析（共3篇）

篇1：超力通手机旅行充电器电路分析

超力通手机旅行充电器

本文详细介绍了一种开关型手机充电器的工作原理，对初学者了解具体的开关电源电路及充电控制电路很有意义，这类文章，一般都较受读者欢迎，所以恳请喜欢动手制作、改造的朋友，能够记录下你们的心得，多赐良稿。

超力通手机旅行充电器适合给摩托罗拉３０８、３２８、３３８及３６８等系列手机电池充电。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３００±５０ｍＡ的直流电流。笔者根据实物绘出了工作原理图，供读者参考。

该充电器采用了ＲＣＣ型开关电源，即振荡抑制型变换器，它与ＰＷＭ型开关电源有一定的区别。ＰＷＭ型开关电源由独立的取样误差放大器和直流放大器组成脉宽调制系统；而ＲＣＣ型开关电源只是由稳压器组成电平开关，控制过程为振荡状态和抑制状态。由于ＰＷＭ型开关电源中的开关管总是周期性的通断，系统控制只是改变每个周期的脉冲宽度，而ＲＣＣ型开关电源的控制过程并非线性连续变化，它只有两个状态：当开关电源输出电压超过额定值时，脉冲控制器输出低电平，开关管截止；当开关电源输出电压低于额定值时，脉冲控制器输出高电平，开关管导通。当负载电流减小时，滤波电容放电时间延长，输出电压不会很快降低，开关管处于截止状态，直到输出电压降低到额定值以下，开关管才会再次导通。开关管的截止时间取决于负载电流的大小。开关管的导通／截止由电平开关从输出电压取样进行控制。因此这种电源也称非周期性开关电源。

２２０Ｖ市电经ＶＤ１～ＶＤ４桥式整流后在Ｖ２的集电极上形成一个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的集电极，同时该电压还经启动电阻Ｒ２为Ｖ２的基极提供一个偏置电压。由于正反馈作用，Ｖ２Ｉｃ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。开关变压器的反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的基极，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Ｖ２Ｉｅ的取样电阻。当Ｖ２Ｉｅ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的基极提供一个高电平，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Ｖ３ｅｃ极、ＶＤ８向可充电池充电。ＩＣ１ｄ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。（编辑 Q Q：591881218）

篇2：超力通手机旅行充电器电路分析

随着电子产品的的功能越来越强大,普及率也越来越高, 便携式电子产品的应用逐渐渗透在我们的日常生活当中,由于是便携式设备,其电力的来源都是电池,这也是这两年电池作为新能源得到井喷式发展的原因。同样,和电池配对的, 旅行充电器的开关电源,也有无限的前景。随着人们对安全, 环境,能源意识理念的不断提高,对旅行充电器开关电源的设计也越来越高,不能仅仅满足在能充电,而且,充电要安全,节能,不污染。因此,有必要对充电电路进行革新,以满足工业发展和大众生活的需要。

常规低功率开关电路的设计

一直以来,对于10W左右的低功率旅行充电器,其设计也可谓成熟,下面是它的典型设计电路模型。鉴于目前的设计都是使用开关电路,这里只对保护电路做阐述。

图1常规低功率开关电路的设计

图中的保护器件有MOS管,芯片IC和敏感电阻Rs。做如下模拟失效来验证电路的可靠性。

1. 短路敏感电阻Rs。通常这个电阻都在10欧以内。当Rs短路时,Q管的电压升高,IC过压保护。电路输出切断。保证产品的使用者安全。

2. 短路MOS管的D脚和S脚。高电压直接引入到地端,MOS管因为承受不了这么大电压,直接烧毁。电路失效,旅行充电器烧毁。

上面电路的设计,有效的做到了产品使用者的安全使用性,但在性能方面有缺陷。其中,最大的缺陷就是产品如果运用不当,产品会直接坏掉 , 给使用者带来极大的麻烦。

带有保护芯片的开关电路的设计

这里引入PowerIntegrations公司的TOPSWITCH 242保护芯片 .这是一款高效率集成芯片,集成了MOSFET管,PWM控制;失效保护和其它的控制功能,这些集成减少了系统的损耗,提高了设计的灵活性和产品的使用性能。TOPSWITCH242芯片的外观见以下图二

TOPSWITCH 242具有7个引脚,分别为C, L,X,S,F,D。下面对这7个引脚做个详细的介绍:

图2TOPSWITCH242 芯片的外观图

C—控制端:PWM的反馈端,错误放大的控制端。在正常运行中,执行内部的关断调节器功能。同时,还可以用作电路的补偿和启动电容。

L—火线感应端:过压保护,欠压保护的控制端,当L端关闭后,整个电路都收到保护。再也没有强电的注入。

X—外部电流限值端:用于电流保护。

S—源端:MOSFET管连接到高电压的回路端。初级侧对电路的控制点。

F—频率端:输入频率选择端,如果和S端相连,选择132k Hz,如果和C端相连,选择66khz。

图3带有保护芯片的开关电路的设计

D—漏端。高压功率MOSFET管的漏极输出。通过开关高压电流源,漏端解调出启动偏差电流。

TOPSWITCH保护芯片引入后,其典型的电路设计如通过下:

对比图1和图3,其差别在反馈电路上。图3的TOPSWITCH242直接替代了图1的MOS管和额外的芯片IC1,那么,在这个器件被代替后,电路性能上得到了很大的改善

1. 提高了输出功率,从10W可以提高到30W,可以使产品适用于更高的范围。

2. 提高了电路的效率,即使是输出到30W,也不需要而外的散热器件。

3. 保护更灵敏。C端对反馈电压的监测,如果输出电压偏低。有效的关断输出。保护产品的性能不会损坏。

4. 空载输出时电路损耗几乎是零。

还是用模拟失效来验证电路的可靠性。

当短路IC的D脚和S脚。高电压直接引入到地端,F端接受到高压,直接就切断输出电路。电路不再工作,模拟失效解除后,输出恢复正常。产品的性能没有损坏。也就是说即使产品由于使用者不适当的使用,产品的输出性能和安全性能都得到保障。不会因此而重新购置电源。节约了成本。

TOPSWITCH 242芯片的30W开关电路的设计实例

图四是30W开关电路使用TOPSWITCH242芯片的具体电路实例。输入宽电压85Vac到265Vac,输出12V, 30W,设计的使用环境温度可以达到50度。通过限流电阻R1和R2调节芯片的漏极 (D) 电流,使得输入到漏极的电流达到峰值的70% 以上,这样的设计可以把变压器和电感体积做的更小,减少工作时的热消耗,提高开关效率。同时, 还避免了变压器铁芯在上电瞬间产生的输出脉冲。限流电阻R1和R2还能吸收火线上电压的,从而避免了过高电压输入对电路的损坏。这个功能和芯片内嵌的软启动连接在一起, 使用低成本的嵌位RCD电路(图中R3,C3,D1),限值住了漏极(D)电压的同时,还有足够的裕量让芯片正常工作。电阻R4作为线电压传感电阻,设计产品的低压保护在100VAC,高压保护在450VDC。TOPSWITCH242芯片允许使用更小的输入电容C1. 外部的最大调频周期的反馈电压被RCD电路嵌位,使得变压器T1的初级和次级匝数比更高,这种设计可以减少输出的反向电压(D8之后的电压)。这个电路在空载的情况下,输出可以达到15VDC。

输出调节是通过齐纳管完成的。输出电压的大小由齐纳二级管VR2决定,输出的漏电流回路通过光耦U2和电阻R6回到初级电路。电阻R8给齐纳二级管VR2稳定偏差, 使输出电压偏差控制在5% 以内。

结束语

篇3：超力通手机旅行充电器电路分析

摘要：文章以智能手机快速充电的国内外专利申请数据为分析样本，从相关专利的时间分布、申请人分布、技术概况等角度进行了分析和研究，探讨近几年主要申请人的技术，并对该方向的专利审查领域作了应用实例分析。

关键词：专利申请；快速充电

中图分类号：F426.6；G306 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）14-0077-03

1 手机充电技术概述

1.1 理论概念

1972年来自美国的科学家J.A.Mas在研究中发现蓄电池充电过程中存在最优充电曲线：

I=I0eαt。

目前致力于充电方法都是基于最优充电曲线开展的，如图1所示，如电流超过最优充电曲线，不仅无法提高充电速度，且导致电池的吸气量增加；但低于此最优曲线的话，充电时长会增加。

1.2 充电技术

1.2.1 恒流充电

根据电流的大小本充电方法可分为恒流充电和快速充电。在充电过程中，一般通过调节充电电源电压或改变串联阻值，保持电池的电流大小。

1.2.2 恒压充电

整个充电过程中，充电电压保持不变，而电流的变化与电池的大小自动调整，充电后期，充电电流逐渐减少。

1.2.3 恒流恒压充电

恒流恒压充电既不像恒压充电开始时电流过大，又不同于恒流充电后期电流过大，该方法结构简单，但它不能消除极化现象，故影响充电的效果。

1.2.4 间歇充电法

间歇充电法包括电压变化的间歇充电法和电流变化的间歇充电法。

1.2.5 脉冲充电

脉冲充电曲线，主要包括三个部分：第一部分预充；第二部分恒流充电；第三部分脉冲充电。前两部分同之前所述的，而在第三部分脉冲充电过程中，电压下降速度越来越慢，停止充电的时间会变长，当恒流充电占空比低至5%～10%时，则终止充电。

2 手机快速充电技术概述

在电池应用方面，对于使用者来说，有一个很难均衡的问题，就是在电池容量和充电时间的取舍方面。当电池容量较大的时候，那充电一次所要耗费的时间最起码要3～4 h，更有甚者，7～8 h才是最基本的。

而对于用户来说，在未充满电的情况下，频繁充电，按照大多数人的说法，这样对电池是有损害的。但电池容量太小的话，在当前终端耗电如此之大的情况下，也不可取。因此，如何实现电池容量既大，而充电时间又快的方式是需要思考的，手机快速充电部件方面专利技术分支图如图1所示，手机快速充电部件见表1。

以下为重点国家关于手机快速充电的专利量分布，如图3所示。

以下为各国近十年来手机快速充电的专利申请量趋势，如图4所示。

以下为中国近十年有关手机快速充电的专利申请量趋势，如图5所示。

以下为中国占全球有关手机快速充电的专利申请量比例，如图6所示。

3 重要申请人相关技术简介

高通、台湾联发科技股份有限公司以及广东欧珀移动通信有限公司在这方面起了排头兵的作用。

3.1 高通股份有限公司

高通股份有限公司（US2008/0258688A1）于2008年提出了一种快速充电方法，该充电技术使用输入电压检测电路检测来自电源的电压，并使用可调整电流限制电路改变调节器的输入或输出电流以优化从电源汲取的电力。

基于该专利，高通公司在市场上推出Quick Charge1.0和以及发展出Quick Charge2.0技术。

3.1.1 Quick Charge1.0技术

Quick Charge1.0技术采用了自动调节充电模式，当你在5 V、1 A这种制式下，当你的电池电压比较低得时候，给电池充电的电流，实际上是高于输入电流的。

功率方面几乎可以说是持平的。自动调节充电的方式进一步提升了充电电流，也就缩短了充电时间。与传统USB充电技术相比，充电速度提升40%。

3.1.2 Quick Charge2.0

在Quick Charge2.0中，设计了两种方案，即A类和B类。A类可以提供输出5 V、9 V、12 V三种电压。通过提高电压的方式，让电源适配器能够提供更多的电量给到手机终端。

从总功率方面来讲，Quick Charge2.0已经完全考虑到未来终端发展的趋势。乃至到手机、平板、笔记本电脑融合的趋势，在总功率的规划方面，规格已经做的相当高。现有的A类方案，可以支持到36 W。

未来的B类方案，电压将支持到5 V、9 V、12 V、20 V四种电压，功率可以达到60 W。因此基本上笔记本电脑，和多节电池串联的构架，都可以得到满足。

3.1.3 Quick Charge 充电优势

在充电速度方面，采用Quick Charge技术之后，消费者可以尽享便捷充电的优势。传统的线性充电其充电电流小于1 A。（如果充电电流大于1 A的话，设备就过热了）以一个3 300 mAh的电池举例，传统的线性充电方式充电，要长达4 h左右。而Quick Charge 1.0将充电电流提升到1.8～2 A。基本上可将充电时间缩短到40%。如果更进一步，使用Quick Charge 2.0标准，使用3 A的充电电流的话，那么在1小时多一点的时间，就可以完成充电。

3.2 台湾联发科技股份有限公司

台湾联发科技股份有限公司（US2013/0038297A1）于2013年公开了一种快速充电技术，该充电技术用于对充电器件的充电电流进行调整，包括：监测充电器材的工作电压，所述充电器材的工作电压包括充电电压与电池电压的差值；根据所述充电器材的工作电压调整所述充电器材的充电电流，从而提高电池充电效率，加快充电时间。

基于该专利，联发科技股份有限公司在市场上推出了Pump Express快速充电技术。

3.2.1 Pump Express 技术详解

锂离子电池的充电过程可以分为以下三个部分：预充、恒流、恒压。

由于预充是为了帮助过放电的锂离子电池恢复介质活性，所以需要较小的电流，充电过程中花费大量时间的是在恒流阶段，因此，大电压和电流只能用于恒流阶段。

基于以上原理分析，我们可以得出一种手机快速充电的定义：手机充电过程中根据电池电压、电量和温度等参数动态请求充电器调整输出电压和电流的方法。

而MTK Pump express正是采用了减少恒流充电时间而提出的一种快速充电方式。

3.2.2 Pump Express亮点

Pump Express为快速直流充电器提供的输出功率<10 W（5 V）。

Pump Express Plus为充电器提供的输出功率>15 W（高达12 V）。

4 应用实例

以上对手机快速充电进行了分析和梳理，目的是使审查员透彻了解本领域的技术发展状况，以便在案件审查过程中更快理解发明的技术方案，准确获取发明点，从而提高检索效率。下面通过具体案例说明该专利技术综述在审查过程中的作用。

案例申请号：201310047333.5