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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(lái)也是備受關(guān)注的重點(diǎn)。
目前的充電器是由小功率開(kāi)關(guān)電源構(gòu)成的，根據(jù)橋式整流，通過(guò)電解電容濾波后提供給開(kāi)關(guān)電源控制芯片。控制芯片產(chǎn)生的高頻PWM脈沖根據(jù)高頻變壓器降壓，再通過(guò)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(wèn)題：
(1)通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間工作后，整流橋、電解電容、開(kāi)關(guān)電源控制芯片老化引起故障，從而導(dǎo)致過(guò)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(zhǎng)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(guò)壓的能力差，一旦產(chǎn)生瞬間過(guò)壓容易產(chǎn)生元件損壞導(dǎo)致過(guò)流、短路引起起火。
由于以上問(wèn)題提出防火節(jié)能型手機(jī)充電器，這種充電器利用由場(chǎng)效應(yīng)管和低功耗單片機(jī)構(gòu)成微功耗智能型電子開(kāi)關(guān)，正常充電時(shí)電子開(kāi)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(kāi)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(zhǎng)期接通電源。一旦充電器故障引起短路、過(guò)流，則快速自動(dòng)斷開(kāi)，并提示故障。且可吸收浪涌電流，能承受600V、5s的瞬時(shí)過(guò)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(guò)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(guò)流、短路電流超過(guò)0.5A時(shí)，由Q2構(gòu)成的硬件電路進(jìn)行快速限流，再通過(guò)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(jiàn)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(chǎng)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(guò) 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(guò)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(lái)源：
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