手機(jī)充電電池的工作原理

　　鋰離子電池的工作機(jī)理是：電池充電時，正極材料中的鋰形成離子溶出，嵌入到負(fù)極改性石墨層中;電池放電時，鋰離子從石墨層中脫嵌，穿過隔離膜回填到正極鈷氧化鋰的層狀結(jié)構(gòu)中。隨充放電的進(jìn)行鋰離子不斷的從正極和負(fù)極中嵌入和脫出，所以也有人稱其為“搖椅電池”鋰離子電池單體的額定電壓為 3.6V,充電限制電壓為 4.2V，放電限制電壓為 2.5V 。

　　鋰離子電池的充電過程分為兩個步驟：先是恒流充電，其電流恒定，電壓不斷升高，當(dāng)電壓充到 4.2V 的時候自動轉(zhuǎn)換為恒壓充電，在恒壓充電時電壓恒定，電流是越來越小的直到充電電流小于預(yù)先設(shè)定值為止，所以有人用直充對手機(jī)電池進(jìn)行充電的時候明明電量顯示已經(jīng)滿格了，可是還是顯示正在充電，其實(shí)這個時候的電壓已經(jīng)達(dá)到了 4.2V 所以電量顯示為滿格，那時就是在進(jìn)行恒壓充電過程，那么有人也許會問，為什么要進(jìn)行恒壓充電呢，直接用恒流充到 4.2V 不就行了嗎，其實(shí)很容易解釋，因?yàn)槊恳粋€電池都有一定的內(nèi)阻，當(dāng)用恒流進(jìn)行充電到 4.2V 的時候，這個 4.2V 其實(shí)并不是電池實(shí)際的電壓，而是電池的電壓加上電池內(nèi)阻上消耗的電壓之和，如果電流很大那么在內(nèi)阻上消耗的電壓也就很大，所以那是實(shí)際電池的電壓可能比 4.2V 小很多，所以要用恒壓充電過程，把充電的電流慢慢降下來，這樣電池的實(shí)際電壓就很接近 4.2V 。

?????? 本文詳細(xì)介紹了一種開關(guān)型手機(jī)充電器的工作原理。該充電器具有鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池充電轉(zhuǎn)換開關(guān)，并具有放電功能。在150～250V、40mA的交流市電輸入時，可輸出300±50mA的直流電流。根據(jù)實(shí)物繪出了工作原理圖，供讀者參考。

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　　該充電器采用了RCC型開關(guān)電源，即振蕩抑制型變換器，它與PWM型開關(guān)電源有一定的區(qū)別。PWM型開關(guān)電源由獨(dú)立的取樣誤差放大器和直流放大器組成脈寬調(diào)制系統(tǒng);而RCC型開關(guān)電源只是由穩(wěn)壓器組成電平開關(guān)，控制過程為振蕩狀態(tài)和抑制狀態(tài)。由于PWM型開關(guān)電源中的開關(guān)管總是周期性的通斷，系統(tǒng)控制只是改變每個周期的脈沖寬度，而RCC型開關(guān)電源的控制過程并非線性連續(xù)變化，它只有兩個狀態(tài)：當(dāng)開關(guān)電源輸出電壓超過額定值時，脈沖控制器輸出低電平，開關(guān)管截止;當(dāng)開關(guān)電源輸出電壓低于額定值時，脈沖控制器輸出高電平，開關(guān)管導(dǎo)通。當(dāng)負(fù)載電流減小時，濾波電容放電時間延長，輸出電壓不會很快降低，開關(guān)管處于截止?fàn)顟B(tài)，直到輸出電壓降低到額定值以下，開關(guān)管才會再次導(dǎo)通。開關(guān)管的截止時間取決于負(fù)載電流的大小。開關(guān)管的導(dǎo)通/截止由電平開關(guān)從輸出電壓取樣進(jìn)行控制。因此這種電源也稱非周期性開關(guān)電源。

　　220V市電經(jīng)VD1～VD4橋式整流后在V2的集電極上形成一個300V左右的直流電壓。由V2和開關(guān)變壓器組成間歇振蕩器。開機(jī)后，300V直流電壓經(jīng)過變壓器初級加到V2的集電極，同時該電壓還經(jīng)啟動電阻R2為V2的基極提供一個偏置電壓。由于正反饋?zhàn)饔?，V2 Ic迅速上升而飽和，在V2進(jìn)入截止期間，開關(guān)變壓器次級繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓使VD7導(dǎo)通，向負(fù)載輸出一個9V左右的直流電壓。開關(guān)變壓器的反饋繞組產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖經(jīng)VD5整流、C1濾波后產(chǎn)生一個與振蕩脈沖個數(shù)呈正比的直流電壓。此電壓若超過穩(wěn)壓管VD17的穩(wěn)壓值，VD17便導(dǎo)通，此負(fù)極性整流電壓便加在V2的基極，使其迅速截止。V2的截止時間與其輸出電壓呈反比。VD17的導(dǎo)通/截止直接受電網(wǎng)電壓和負(fù)載的影響。電網(wǎng)電壓越低或負(fù)載電流越大，VD17的導(dǎo)通時間越短，V2的導(dǎo)通時間越長，反之，電網(wǎng)電壓越高或負(fù)載電流越小，VD5的整流電壓越高，VD17的導(dǎo)通時間越長，V2的導(dǎo)通時間越短。V1是過流保護(hù)管，R5是V2 Ie的取樣電阻。當(dāng)V2 Ie過大時，R5上的電壓降使V1導(dǎo)通，V2截止，可有效消除開機(jī)瞬間的沖擊電流，同時對VD17的控制功能也是一種補(bǔ)償。VD17以電壓取樣來控制V2的振蕩時間，而V1是以電流取樣來控制V2振蕩時間的。

　　如果是為鎳鎘、鎳氫電池充電，由于這類電池存在一定的記憶效應(yīng)，需不定時對其進(jìn)行放電。SW1是鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池充電轉(zhuǎn)換開關(guān)。SW1與精密基準(zhǔn)電源SL431為運(yùn)放LM324⑨提供兩個不同的精密基準(zhǔn)源，由SW1切換。在給鎳鎘、鎳氫電池充電時，LM324⑨腳的基準(zhǔn)電壓約0。09V(空載);在給鋰離子電池充電時，LM324⑨腳的基準(zhǔn)電壓約為0。08V(空載)，這種設(shè)計是由這兩種類型電池特有的化學(xué)特性決定的。按下SW2，V5基極瞬間得一低電平而導(dǎo)通，可充電池上的殘余電壓通過V5的ec極在R17上放電，同時放電指示燈VD14點(diǎn)亮。在按下SW2后會隨即釋放，這時可充電池上的殘余電壓通過R16、R13分壓，C9濾波后為V4的基極提供一個高電平，V4導(dǎo)通，這相當(dāng)于短接SW2。隨著放電時間的延長，可充電池上的殘余電壓也越來越低，當(dāng)V4基極上的電壓不能維持其繼續(xù)導(dǎo)通時，V4截止，放電終止，充電器隨即轉(zhuǎn)入充電狀態(tài)。

　　由于鋰電不存在記憶效應(yīng)，當(dāng)電池低于3V時便不能開機(jī)，其殘余電壓經(jīng)電阻R40、R41分壓后得到2。53V送入運(yùn)算放大器的同相端③、⑤、⑩腳，由于LM324⑨腳電壓在負(fù)載下始終為2。66V，因此⑧腳輸出低電平，V3導(dǎo)通，+9V電壓通過V3 ec極、VD8向可充電池充電。IC1 d在電容C6的作用下，{14}腳輸出的是脈沖信號，由于IC1⑧腳為低電平，因此VD12處于閃爍狀態(tài)，以指示電池正在充電，對應(yīng)容量為20%。隨著充電時間的延長，可充電池上的電壓逐漸上升。當(dāng)R40、R41的分壓值約等于2。58V時，即IC1③腳等于2。58V時，IC1②腳經(jīng)電阻分壓后得2。57V，其①腳輸出高電平(由于在充電時，IC1⑨腳電壓始終是2。66V，V6導(dǎo)通;反之在空載時，IC1⑨腳為0。08V，V6截止)，VD10、VD11點(diǎn)亮，對應(yīng)指示容量為40%、60%。當(dāng)R40、R41的分壓值上升到2。63V時，即IC1⑤腳等于2。63V，其⑥腳經(jīng)電阻分壓后得2。63V，⑦腳輸出高電平，VD9點(diǎn)亮，對應(yīng)充電容量為80%。只有IC1⑩腳電壓≥2。66V時，⑧腳才輸出高電平，VD13點(diǎn)亮，對應(yīng)充電容量為100%。即使VD13點(diǎn)亮?xí)r，VD12仍處于閃爍狀態(tài)，這表示電池仍未達(dá)到完全飽和。只有IC1⑧腳電壓>6。5V時，VD12才逐漸熄滅，表示電池完全充至飽和。

　　VD16在電路中起過充、過流保護(hù)作用，VD8起反向保護(hù)作用，避免充電器斷電后，電池反向放電。