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防火節能型手機充電器電路設計

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防火節能型手機充電器電路設計

伴隨著當今電源技術的快速發展,手機已成為了我們日常生活中不可缺少的日用品,而手機充電器做為手機極其關鍵的零配件,卻經常引起電能浪費及起火等安全事故的產生,所以其功能的優劣一直以來也是備受關注的重點。
目前的充電器是由小功率開關電源構成的,根據橋式整流,通過電解電容濾波后提供給開關電源控制芯片??刂菩酒a生的高頻PWM脈沖根據高頻變壓器降壓,再通過高頻整流濾波后提供給手機電池充電。
目前的手機充電器存在如下問題:
(1)通過長時間工作后,整流橋、電解電容、開關電源控制芯片老化引起故障,從而導致過流、短路引起起火。特別是我們習慣充電完后未拔出充電器時更為嚴重;
(2)每一次接通電源時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,長期處于待機工作狀態消耗電量,造成電能浪費;
(4)瞬間過壓的能力差,一旦產生瞬間過壓容易產生元件損壞導致過流、短路引起起火。
由于以上問題提出防火節能型手機充電器,這種充電器利用由場效應管和低功耗單片機構成微功耗智能型電子開關,正常充電時電子開關飽和導通進行充電,當充電結束時自動斷開充電器進入待機狀態,其待機功耗約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,則快速自動斷開,并提示故障。且可吸收浪涌電流,能承受600V、5s的瞬時過壓,大大提高了充電器的安全性。

控制電路如圖5所示,以華為手機充電器為例,其正常充電時工作電流約0.2A,若設定過流保護點為0.5A,則能滿足所有充電器的要求。當出現過流、短路電流超過0.5A時,由Q2構成的硬件電路進行快速限流,再通過單片機分析后停止充電,此時紅色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 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之間的關系應同時滿足式(1)表示的轉移特性關系及式(2)表示的外部特性關系,如圖所示。

K1457的轉移特性及外部特性曲線圖

K1457的轉移特性及外部特性曲線圖

公式


圖6 K1457的轉移特性及外部特性曲線圖


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

可見當限流電流約為0.5 A時 R4=3.3 Ω、UGS≈3.3 V。當充電器正常工作時只需約0.2 A的電流,此時場效應管工作在 B點,UGS≈4.3 V,此時Q2可提供的電流遠大于1 A,因此Q2處于飽和導通狀態。

當電路處于限流時 R4兩端的電壓經過 R5、R6分壓后應得的電壓應大于0.5 V使Q3導通,為此應滿足式(3)的條件。

公式
式中ID=0.5 A為過流保護點,R4=3.3 Ω,因此選取標稱值R5=1 kΩ,R6=2.2 kΩ。

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| 發布時間:2021.05.16    來源:
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