充電器基礎(chǔ)知識(shí)

1、充電器基礎(chǔ)知識(shí)第1頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一充電的兩種模式空載電壓為4.2V的充電器：充電器直接給電池充電，手機(jī)只是提供了一個(gè)轉(zhuǎn)接的作用。（或者有的手機(jī)還有一個(gè)過(guò)流保護(hù)的fuse）空載電壓是4.2V以上的充電器：充電過(guò)程中的主體多了一個(gè)充電管理芯片（一般被集成在手機(jī)的電源管理芯片里）電源適配器手機(jī)電池電源適配器電池手機(jī)（其中的充電管理）+GNDGNDGNDGND第2頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一電池的安全設(shè)計(jì)-方式1即使電池充電管理芯片和電池保護(hù)板同時(shí)壞了，也不會(huì)有過(guò)充安全問(wèn)題發(fā)生0.00.40.81.21.62.02.42.84.04.

2、24.44.64.85.05.25.45.65.86.06.26.46.6VoltageCurrent (amperes)Power Supply (CLA) OutputCell Aproblematicoverchargebattery safetycircuit protectioncharger operatingwindow第3頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一電池的安全設(shè)計(jì)-方式2如果電池充電管理芯片和電池保護(hù)板同時(shí)壞了，就有可能會(huì)有電池安全問(wèn)題：我司用的是第二種方式較多。大部分公司也都是這么做0.00.40.81.21.62.02.42.84.04.24.4

3、4.64.85.05.25.45.65.86.06.26.46.6VoltageCurrent (A)Power Supply (CLA) OutputCell Bproblematic onoverchargebattery safetycircuit protectioncharger operatingwindow第4頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一旅行充電器的分類旅行充電器按其電路方式的不同分為兩大類：開(kāi)關(guān)電源與線性電源。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一成本反

4、轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。 現(xiàn)在我們的開(kāi)關(guān)電源如果輸出性能做到與線性一樣，成本只貴四元錢左右 線性電源：所謂線性穩(wěn)壓電源，就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū)。它的穩(wěn)壓部分是一個(gè)線性反饋系統(tǒng)，誤差放大器和調(diào)整管都工作于線性放大狀態(tài)。線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)較快，電壓穩(wěn)定度和負(fù)載穩(wěn)定度高，輸出紋波電壓小。另外，這種電源對(duì)調(diào)整管的頻率特性要求較低，設(shè)計(jì)調(diào)試都比較容易。線性穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)：比較笨重，變換效率低，一般只有35%-60%。這是由于工頻變壓器的存在和調(diào)整管功耗大造成的。 第5頁(yè)，共37頁(yè)

5、，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一線性充電器的基本原理電路圖（S1800充電器）內(nèi)部結(jié)構(gòu)如右圖所示，熔斷FUSE包在初級(jí)線圈里第6頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一線性充電器的基本原理輸出特性曲線如右圖特點(diǎn)：空載電壓較高（我們平時(shí)直接用萬(wàn)用表測(cè)輸出端兩端的電壓就是空載電壓，此時(shí)充電器不接手機(jī)）電壓調(diào)整率較差，187V比242V低很多。Sagem目前常用的TCX4540型充電器的空載電壓比較高，其規(guī)格書里達(dá)到16V，而由于充電時(shí)的特殊性，在拔插瞬間，這個(gè)電壓可能會(huì)達(dá)到16V以上，這對(duì)手機(jī)模塊是不利的，長(zhǎng)期以往會(huì)縮短手機(jī)的使用壽命242V187VVA第7頁(yè)，共37頁(yè)

6、，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一線性充電器各部分硅鋼片用于低頻變壓器，其種類很多，按其制作工藝不同可分為A：鍛燒(黑片)、 N：無(wú)鍛燒(白片)兩種. （黑片價(jià)格高，質(zhì)量好，鐵損少。溫變壓器工作時(shí)溫升可以低10度左右 ）Fuse：要經(jīng)過(guò)相關(guān)認(rèn)證，加工時(shí)要注意加工溫度控制，否則在實(shí)際使用中會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作情況整流管：用1N40011N4007第8頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一空載電流的測(cè)定的意義。變壓器的空載電流是指初級(jí)接額定電壓，次級(jí)完全空載測(cè)得的初級(jí)電流。這個(gè)電流與進(jìn)線電壓的乘積則為空載損耗，也就是指變壓器的鐵芯損耗。它是鐵芯在交流磁場(chǎng)中渦流損耗和磁滯損耗之和

7、。因而，變壓器的空載電流越小，表明鐵芯的質(zhì)量越好，且安培匝數(shù)設(shè)計(jì)非常合理。這種情況下，一般認(rèn)為空載電流相似于鐵損耗，空載電流的大小，也就反映鐵損的大小。小于10W的變壓器空載電流約715mA；100W的變壓器，空載電流約3060mA之間，都認(rèn)為正常。鐵損較大的變壓器，發(fā)熱量必然大，如果是因安培匝數(shù)設(shè)計(jì)不合理，其空載電流大增，結(jié)果造成溫升增大，其壽命也不會(huì)長(zhǎng)。一般環(huán)形變壓器的空載電流應(yīng)低于普通插片式變壓器的空載電流。測(cè)空載電流與溫升可以來(lái)判斷變壓器的好壞。（溫升太高會(huì)影響充電器的使用壽命）第9頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一開(kāi)關(guān)電源所謂開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，就是其調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)

8、狀態(tài)。它原理上是利用晶體管作為電子開(kāi)關(guān)，控制直流電源的通斷（把直流變換成交流），再經(jīng)過(guò)高頻變壓器得到相應(yīng)的交流電壓，然后濾波得到直流電壓。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的主要優(yōu)點(diǎn)是：變換效率高，可高達(dá)70%-95% 。1，功耗小 由于開(kāi)關(guān)管功率損耗小，因而不需要采用大散熱器。功耗小使得電子設(shè)備內(nèi)溫升也低，周圍元件也不會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)期在高溫環(huán)境下而損壞，這有利于提高整個(gè)電子設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。2，穩(wěn)定范圍寬 當(dāng)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓輸入的交流電壓在較寬范圍內(nèi)變化時(shí)，都能達(dá)到很好的穩(wěn)壓效果，輸出電壓的變化范圍在2%以下。而且在輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，始終能保持穩(wěn)壓電路的高效率，因此，開(kāi)關(guān)電源能適用于電網(wǎng)電壓波動(dòng)比較大的地區(qū)。3，體積小，

9、重量輕 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源可將電網(wǎng)輸入的交流電壓直接整流，再通過(guò)高頻變壓器獲得各種不同交流電壓，這樣可以免去笨重的工頻變壓器，從而節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，使電源體積縮小，重量減輕。第10頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)是：電路比較復(fù)雜，輸出的紋波電壓較高（每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期有一個(gè)紋波），瞬態(tài)響應(yīng)較差，存在高頻干擾等。因此，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的應(yīng)用受到一定的限制。 某一開(kāi)關(guān)電源的輸出波形第11頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一開(kāi)關(guān)電源的基本原理采用開(kāi)關(guān)電源的旅行充電器，在電路上可分為高壓部分與低壓輸出部分兩大塊。高壓部分主要是為整機(jī)提供電源，低壓部

10、分則是根據(jù)具體的輸出特性要求進(jìn)行相關(guān)的特性調(diào)整，并將這種狀態(tài)反饋給高壓部分，使旅行充電器的輸出達(dá)到使用要求。第12頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一開(kāi)關(guān)電源基本原理-分立元件組成的開(kāi)關(guān)電源RCC電路控制電源RCC變換器的電路結(jié)構(gòu)：RCC變換器是Ring Choke Converter的簡(jiǎn)稱，廣泛應(yīng)用50W以下的開(kāi)關(guān)電源中，它不需要自勵(lì)式振蕩電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由輸入電壓和輸出電流改變頻率。RCC的基本電路如右圖所示在VT1導(dǎo)通ton期間變壓器T1從輸入側(cè)蓄積能量，在下一次截止期間toff變壓器T1蓄積的能量釋放供給輸出負(fù)載。Toff結(jié)束時(shí)，變壓器電壓Vt1波形自由振蕩返回到0

11、V。這電壓通過(guò)基極繞組加到開(kāi)關(guān)管Vt1的基極，因此，晶體管VT1觸發(fā)導(dǎo)通，Vt1一導(dǎo)通就進(jìn)入下一個(gè)工作周期。輸入電壓V1是輸入交流電壓經(jīng)整流后的直流電壓。 第13頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一實(shí)際應(yīng)用電路：通過(guò)光耦，Cf,V1產(chǎn)生反饋控制信號(hào)，Czcd起加速反饋，提高頻率的作用第14頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一開(kāi)關(guān)電源基本原理-PWM芯片控制的開(kāi)關(guān)電源 基本隔離單端反激變換器 其變壓器T1起隔離和傳遞儲(chǔ)存能量的作用，即在開(kāi)關(guān)管Q開(kāi)通時(shí)Np儲(chǔ)存能量，開(kāi)關(guān)管Q關(guān)斷時(shí)Np向Ns釋放能量。在輸出端要加由電感器Lo和兩個(gè)Co電容組成一個(gè)低通濾波器，變

12、壓器初級(jí)需有Cr、Rr和Dr組成的RCD漏感尖峰吸收電路。輸出回路需要有一個(gè)整流二極管D1。 PWM控制芯片：利用反饋信號(hào)控制占空比Dr第15頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一 重載（輸入電壓低，輸出電流大）時(shí)的PWM控制器輸出波形 輕載（輸入電壓高，輸出電流小）時(shí)的PWM控制器輸出波形 通過(guò)這樣的調(diào)節(jié)，使該變換器有很寬的工作范圍，有很好的電壓調(diào)整率和較好的負(fù)載調(diào)整率。 第16頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一電源如何實(shí)現(xiàn)先恒流后恒壓的控制線性第17頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一電源如何實(shí)現(xiàn)先恒流后恒壓的控制開(kāi)關(guān)第18頁(yè)，共

13、37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一旅行充電器待機(jī)功耗要求1、電子產(chǎn)品的待機(jī)功耗在美國(guó)和加拿大要達(dá)到能源之星(energy star)要求。2、在歐洲要達(dá)到綠色天使(green angel)的要求。3、象電源適配器這樣的小功率產(chǎn)品，待機(jī)功耗要小于0.3W，第19頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一旅行充電器和3C認(rèn)證旅行充電器作為一個(gè)與手機(jī)配套的部件，需要符合信息設(shè)備的一些特殊要求。從2003年8月1日起，我國(guó)全面推行CCC認(rèn)證（CCC是China Compulsory Certification的縮寫），即“中國(guó)國(guó)家強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證”，確保公共財(cái)產(chǎn)安全和人體健

14、康。3C認(rèn)證主要分為電磁兼容形式實(shí)驗(yàn)、安全形式實(shí)驗(yàn)兩部分。第20頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一電源的EMC問(wèn)題(1)EMC介紹EMC(ELECTRO-MAGNETICCOMPATIBILITY)即電磁兼容性，乃指產(chǎn)品在優(yōu)良的設(shè)計(jì)下不干擾別的產(chǎn)品，也能忍受外界電磁干擾的能力，EMC包括EMI(ELECTRO-MAGNETICINTERFERENCE)和EMC(ELECTRO-MAGNETICSUSCEPTIBILITY).EMI即電磁干擾,指含有電子電機(jī)零件的儀器,裝置整組設(shè)備或整套系統(tǒng)因動(dòng)作而產(chǎn)生的一種電磁波噪聲,或裝置本身不需要的信號(hào),經(jīng)由輻射或傳導(dǎo)路徑影響其它裝置

15、,造成其它裝置不正?；蚴д?EMS即電磁耐受性,也就是儀器,裝置整組或整套系統(tǒng)本身具有抗拒外面噪聲,免除被外界噪聲干擾的能力. 第21頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一EMI主要項(xiàng)目有：1、 電源端子傳導(dǎo)騷擾電壓2、 輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)3、 騷擾功率4、 喀嚦聲干擾5、 諧波電流6、 電壓閃爍等等第22頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一EMI/EMC管制:目前,世界上很多國(guó)家或地區(qū)對(duì)于電子信息產(chǎn)品的EMI/EMS均有嚴(yán)格的管制措施,如美國(guó)FCC,歐盟的CE,日本的VCCI及電氣用品取締法,澳洲的SMA,加拿大,韓國(guó)等國(guó)家或地區(qū)均有專司EMI/EMS管制法規(guī)

16、條文,對(duì)于銷往這些國(guó)家或地區(qū)的產(chǎn)品都須先經(jīng)過(guò)測(cè)試合格,方可合法的運(yùn)送及銷售.(見(jiàn)下頁(yè))其中:增益(dB)=10log10輸出功率/輸入功率=20log10輸出電壓/輸入電壓或損失(dB)=10log10輸入功率/輸出功率=20log10輸入電壓/輸出電壓電壓(dBV)=20log10該點(diǎn)以V計(jì)之電壓/標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度(1V)此電壓是在50阻抗上測(cè)得:以跨在50阻抗上之負(fù)載,1V均方根電壓所產(chǎn)生功率為參考標(biāo)準(zhǔn).或dBV=20log10(50阻抗上電壓,單位為V)dBV表示高出1V多少個(gè)dB,也就是以dB表示高出1V/50標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度有多少 第23頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一 電源

17、輻射干擾第24頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一電源傳導(dǎo)干擾第25頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一電源的安規(guī)為什么要制定安規(guī)？安規(guī)方面，我們手機(jī)充電器適用的標(biāo)準(zhǔn)是GB4943，（其對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是IEC60950，UL60950）第26頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一電源的安規(guī)要求-安全距離及其相關(guān)安全要求 安全距離包括電氣間隙（空間距離），爬電距離（沿面距離）和絕緣穿透距離1、電氣間隙：兩相鄰導(dǎo)體或一個(gè)導(dǎo)體與相鄰電機(jī)殼表面的沿空氣測(cè)量的最短距離。2、爬電距離：兩相鄰導(dǎo)體或一個(gè)導(dǎo)體與相鄰電機(jī)殼表面的沿絕絕緣表面測(cè)量的最短距離

18、。 第27頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一電源的安規(guī)要求-安全距離及其相關(guān)安全要求電氣間隙 ：根據(jù)測(cè)量的工作電壓及絕緣等級(jí)，即可決定距離 通常： 一次側(cè)交流部分：保險(xiǎn)絲前LN2.5mm，L.N -PE（大地）2.5mm，保險(xiǎn)絲裝置之后可不做要求，但盡可能保持一定距離以避免發(fā)生短路損壞電源。一次側(cè)交流對(duì)直流部分2.0mm一次側(cè)直流地對(duì)大地2.5mm （一次側(cè)浮接地對(duì)大地）一次側(cè)部分對(duì)二次側(cè)部分4.0mm，跨接于一二次側(cè)之間之元器件二次側(cè)部分之電隙間隙0.5mm即可二次側(cè)地對(duì)大地1.0mm即可附注：決定是否符合要求前，內(nèi)部零件應(yīng)先施于10N力，外殼施以30N力，以減少其距離

19、，使確認(rèn)為最糟情況下，空間距離仍符合規(guī)定。 第28頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一電源的安規(guī)要求爬電距離通常：（1）、一次側(cè)交流部分：保險(xiǎn)絲前LN2.5mm，L.N 大地2.5mm，保險(xiǎn)絲之后可不做要求，但盡量保持一定距離以避免短路損壞電源。 （2）、一次側(cè)交流對(duì)直流部分2.0mm （3）、一次側(cè)直流地對(duì)地4.0mm如一次側(cè)地對(duì)大地 （4）、一次側(cè)對(duì)二次側(cè)6.4mm，如光耦、Y電容等元器零件腳間距6.4mm要開(kāi)槽。 （5）、二次側(cè)部分之間0.5mm即可 （6）、二次側(cè)地對(duì)大地2.0mm以上 （7）、變壓器兩級(jí)間8.0mm以上第29頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3

20、點(diǎn)29分，星期一充電器性能失效主要原因1、線性充電器的fuse失效 可能原因：1、繞組溫升過(guò)高（當(dāng)?shù)赜脩綦妷哼^(guò)高，或使用溫度較高） 2、變壓器加工時(shí)，沒(méi)有很好地控制fuse的加工溫度2、乾坤RCC充電器的三極管失效：開(kāi)關(guān)三極管有動(dòng)作延遲時(shí)間，開(kāi)關(guān)損耗過(guò)大。結(jié)溫過(guò)高而損壞。電壓電流關(guān)斷導(dǎo)通第30頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一3、線性4230充電器的三極管失效 三極管結(jié)溫過(guò)高而損壞D882此類熱失效以后應(yīng)該能過(guò)高溫老化實(shí)驗(yàn)?zāi)茏龀鰜?lái)第31頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一其它開(kāi)關(guān)電源芯片壞主要是芯片中的MOS管被燒壞：原因1、尖峰電壓的問(wèn)題：主變壓器的

21、漏感的作用就像是與功率晶體管D極串聯(lián)的一個(gè)小電感。當(dāng)晶體管中電流被關(guān)斷時(shí)，這個(gè)漏感使得D極電壓波形的正跳邊沿上產(chǎn)生一個(gè)突增的脈沖。這個(gè)尖峰電壓上升幅度可能超過(guò)兩倍以上的尖峰電壓值，這個(gè)尖峰電壓如果不受限制，則漏感中的儲(chǔ)能每半周中在晶體管上的損耗會(huì)使管子損壞。 改善方法：提高M(jìn)OS耐壓，把吸收回路做好一些原因2、電網(wǎng)中的浪涌電壓等干擾，靜電干擾等。 改善方法：增強(qiáng)電磁抗干擾能力。第32頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一充電器的可靠性檢驗(yàn)-溫度分布 目的：確保待測(cè)物之可靠度；確認(rèn)各組件均在溫度規(guī)格范圍內(nèi)使用及有無(wú)組件異常溫度上升。適用：所有機(jī)種適用。測(cè)試條件： a.輸入電壓：規(guī)格范圍之最小、最大值。(AC 115V/230VAC 90V/265V) b.負(fù) 載：100% (最小0%、最大,100%)。 c.輸出電壓：額定。 d.周圍溫度：規(guī)格書中使用范圍之最高溫度。 測(cè)試方法:a. 輸入電壓加入后，穩(wěn)定狀況下，測(cè)組件表面及焊接點(diǎn)之溫度分布。b. 量測(cè)之溫度與溫度Derating率比較，確認(rèn)有無(wú)異常發(fā)熱組件，參考溫度 Derating 率。 第33頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)29分，星期一充電器的可靠性檢驗(yàn)-元件降額使用 目的：確保待測(cè)物之可靠度，確認(rèn)組件實(shí)際使用時(shí)能在絕對(duì)最大額定下之Derating 率范圍內(nèi)。 適用：