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防火节能型手机充电器电路设计

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防火节能型手机充电器电路设计

伴随着当今电源技术的快速发展,手机已成为了我们日常生活中不可缺少的日用品,而手机充电器做为手机极其关键的零配件,却经常引起电能浪费及起火等安全事故的产生,所以其功能的优劣一直以来也是备受关注的重点。
目前的充电器是由小功率开关电源构成的,根据桥式整流,通过电解电容滤波后提供给开关电源控制芯片?刂菩酒母咂礟WM脉冲根据高频变压器降压,再通过高频整流滤波后提供给手机电池充电。
目前的手机充电器存在如下问题:
(1)通过长时间工作后,整流桥、电解电容、开关电源控制芯片老化引起故障,从而导致过流、短路引起起火。特别是我们习惯充电完后未拔出充电器时更为严重;
(2)每一次接通电源时电解电容受到很大的浪涌电流冲击,加快老化速度;
(3)充完电后未拔出充电器,长期处于待机工作状态消耗电量,造成电能浪费;
(4)瞬间过压的能力差,一旦产生瞬间过压容易产生元件损坏导致过流、短路引起起火。
由于以上问题提出防火节能型手机充电器,这种充电器利用由场效应管和低功耗单片机构成微功耗智能型电子开关,正常充电时电子开关饱和导通进行充电,当充电结束时自动断开充电器进入待机状态,其待机功耗约13mW,几乎不耗电,可长期接通电源。一旦充电器故障引起短路、过流,则快速自动断开,并提示故障。且可吸收浪涌电流,能承受600V、5s的瞬时过压,大大提高了充电器的安全性。

控制电路如图5所示,以华为手机充电器为例,其正常充电时工作电流约0.2A,若设定过流保护点为0.5A,则能满足所有充电器的要求。当出现过流、短路电流超过0.5A时,由Q2构成的硬件电路进行快速限流,再通过单片机分析后停止充电,此时红色LED闪亮表示故障。

控制电路图

控制电路图
由 Q2、Q3、R4、R5、R6及单片机 U1 组成快速限流电路。

采用图解法确定限流电阻R4。Q2的UGS和ID之间的关系应同时满足式(1)表示的转移特性关系及式(2)表示的外部特性关系,如图所示。

K1457的转移特性及外部特性曲线图

K1457的转移特性及外部特性曲线图

公式


图6 K1457的转移特性及外部特性曲线图


式(2)中 UA=5 V,由于 R5、R6远远大于 R4,因此 R5、R6对R4影响忽略不计。

可见当限流电流约为0.5 A时 R4=3.3 Ω、UGS≈3.3 V。当充电器正常工作时只需约0.2 A的电流,此时场效应管工作在 B点,UGS≈4.3 V,此时Q2可提供的电流远大于1 A,因此Q2处于饱和导通状态。

当电路处于限流时 R4两端的电压经过 R5、R6分压后应得的电压应大于0.5 V使Q3导通,为此应满足式(3)的条件。

公式
式中ID=0.5 A为过流保护点,R4=3.3 Ω,因此选取标称值R5=1 kΩ,R6=2.2 kΩ。

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| 发布时间:2021.05.16    来源:
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