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防火節(jié)能型手機(jī)充電器電路設(shè)計(jì)

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防火節(jié)能型手機(jī)充電器電路設(shè)計(jì)

伴隨著當(dāng)今電源技術(shù)的快速發(fā)展,手機(jī)已成為了我們?nèi)粘I钪胁豢扇鄙俚娜沼闷?,而手機(jī)充電器做為手機(jī)極其關(guān)鍵的零配件,卻經(jīng)常引起電能浪費(fèi)及起火等安全事故的產(chǎn)生,所以其功能的優(yōu)劣一直以來也是備受關(guān)注的重點(diǎn)。
目前的充電器是由小功率開關(guān)電源構(gòu)成的,根據(jù)橋式整流,通過電解電容濾波后提供給開關(guān)電源控制芯片??刂菩酒a(chǎn)生的高頻PWM脈沖根據(jù)高頻變壓器降壓,再通過高頻整流濾波后提供給手機(jī)電池充電。
目前的手機(jī)充電器存在如下問題:
(1)通過長時(shí)間工作后,整流橋、電解電容、開關(guān)電源控制芯片老化引起故障,從而導(dǎo)致過流、短路引起起火。特別是我們習(xí)慣充電完后未拔出充電器時(shí)更為嚴(yán)重;
(2)每一次接通電源時(shí)電解電容受到很大的浪涌電流沖擊,加快老化速度;
(3)充完電后未拔出充電器,長期處于待機(jī)工作狀態(tài)消耗電量,造成電能浪費(fèi);
(4)瞬間過壓的能力差,一旦產(chǎn)生瞬間過壓容易產(chǎn)生元件損壞導(dǎo)致過流、短路引起起火。
由于以上問題提出防火節(jié)能型手機(jī)充電器,這種充電器利用由場效應(yīng)管和低功耗單片機(jī)構(gòu)成微功耗智能型電子開關(guān),正常充電時(shí)電子開關(guān)飽和導(dǎo)通進(jìn)行充電,當(dāng)充電結(jié)束時(shí)自動(dòng)斷開充電器進(jìn)入待機(jī)狀態(tài),其待機(jī)功耗約13mW,幾乎不耗電,可長期接通電源。一旦充電器故障引起短路、過流,則快速自動(dòng)斷開,并提示故障。且可吸收浪涌電流,能承受600V、5s的瞬時(shí)過壓,大大提高了充電器的安全性。

控制電路如圖5所示,以華為手機(jī)充電器為例,其正常充電時(shí)工作電流約0.2A,若設(shè)定過流保護(hù)點(diǎn)為0.5A,則能滿足所有充電器的要求。當(dāng)出現(xiàn)過流、短路電流超過0.5A時(shí),由Q2構(gòu)成的硬件電路進(jìn)行快速限流,再通過單片機(jī)分析后停止充電,此時(shí)紅色LED閃亮表示故障。

控制電路圖

控制電路圖
由 Q2、Q3、R4、R5、R6及單片機(jī) U1 組成快速限流電路。

采用圖解法確定限流電阻R4。Q2的UGS和ID之間的關(guān)系應(yīng)同時(shí)滿足式(1)表示的轉(zhuǎn)移特性關(guān)系及式(2)表示的外部特性關(guān)系,如圖所示。

K1457的轉(zhuǎn)移特性及外部特性曲線圖

K1457的轉(zhuǎn)移特性及外部特性曲線圖

公式


圖6 K1457的轉(zhuǎn)移特性及外部特性曲線圖


式(2)中 UA=5 V,由于 R5、R6遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 R4,因此 R5、R6對(duì)R4影響忽略不計(jì)。

可見當(dāng)限流電流約為0.5 A時(shí) R4=3.3 Ω、UGS≈3.3 V。當(dāng)充電器正常工作時(shí)只需約0.2 A的電流,此時(shí)場效應(yīng)管工作在 B點(diǎn),UGS≈4.3 V,此時(shí)Q2可提供的電流遠(yuǎn)大于1 A,因此Q2處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

當(dāng)電路處于限流時(shí) R4兩端的電壓經(jīng)過 R5、R6分壓后應(yīng)得的電壓應(yīng)大于0.5 V使Q3導(dǎo)通,為此應(yīng)滿足式(3)的條件。

公式
式中ID=0.5 A為過流保護(hù)點(diǎn),R4=3.3 Ω,因此選取標(biāo)稱值R5=1 kΩ,R6=2.2 kΩ。

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| 發(fā)布時(shí)間:2021.05.16    來源:
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