基于手機充電的開關電源原理介紹

手機充電器實際上就是一個小功率的開關電源，通過內部電子電路將交流220V電壓轉為低壓直流供手機充電使用。下面以一款三極管分立元件構成的手機充電器電路為例，介紹一下其是如何將交流220V電壓轉為直流5V電壓的？

三極管分立元件手機充電器電路圖。

上圖中，輸入端的四個整流二極管接成一個整流橋（現在的手機充電器一般都采用MB10S這類貼片整流橋，已很少使用1N4007接成整流橋），220V交流電經整流橋整流及高壓電容C1濾波后，變為高壓直流供后級高頻振蕩電路使用。Q1為高反壓開關管（耐壓值可達400V），該管及高頻變壓器的初級線圈L1等組成一個高頻振蕩電路，將交流220V整流濾波后產生的直流高壓轉為高頻交流高壓信號，此高頻高壓信號經高頻變壓器降壓后，在其次級線圈L3兩端產生的一個幾伏的高頻低壓電壓，該高頻電壓經二極管D3整流及電容C5濾波后，變為一個不太穩定的5V直流電壓。

手機充電器電路板。

圖1中的U1為光電耦合器，其作用是對輸出電壓進行取樣并反饋到Q2（Q2一般采用2SC945這類小功率管），然后再通過Q2去控制Q1的導通與截止時間，這樣便保證了輸出5V電壓的穩定。R1、C2及D1組成一個高壓吸收回路，用來防止線圈產生的感應電壓將Q2擊穿損壞。由于高頻變壓器次級輸出的是高頻交流電壓，故二極管D3要求選用1N5819這類正向壓降小，高頻性能好的肖特基二極管。

手機充電器是怎樣工作的？

答；手機充電器實際上就是一個自激式小功率開關電源。這里用一個方便理解的電路圖來說，見下圖所示。

工作原理電路圖分析：

上圖電路屬于自勵、反激式、變壓器耦合式、PWM開關電源。

電源變換過程：交流220V經過一個半波整流二極管整流→再經過C1（電解電容器）→濾波變成300V直流（DC）→再經過自激三極管將直流轉換為交流（AC，高頻）→直流（DC，輸出）；電路由整流、振蕩、穩壓、保護四大系統組成。

上圖中的F1 （1Ω）是一只保護電阻，它主要用于短路保護的作用，用了一只二極管D1完成半波整流作用；當電源接通后，濾波電容C1上會有直流300V的電壓，通過電阻R2給Q1（振蕩三極管）的基極提供電流，Q1的發射極串聯有R1作為電流檢測取樣電阻， Q1基極得電后，會經過T1的（③、④）產生集電極電流，并同時在高頻變壓器T1的（⑤、⑥） （①、②）上產生感應電動勢，這是兩個次級絕緣與匝數相同的線圈，其中T1 （ ①、② ）輸出由D7（1N5819）整流、C5（220uf）濾波后通過USB座給負載供電；其中T1 （⑤、⑥）經D6（1N4148）整流、C2（22uf）濾波后通過IC1 （實為4.3V穩壓管）、Q2組成取樣比較電路，檢測輸出電壓高低；其中高頻變壓器T1（⑤、⑥）、C3、R4還組成Q1三極管的正反饋電路，讓Q1工作在高頻振蕩，不停的給高頻變壓器T1 （③、④）自激開關三極管供電。當負載變輕或者電源電壓變高等任何原因導致輸出電壓升高時，高頻變壓器T1 （⑤、⑥）、IC1取樣比較導致Q2導通，三極管Q1基極電流減小，集電極電流減小，負載能力變小，從而導致輸出電壓降低；當輸出電壓降低后，Q2取樣后又會截止，Q1的負載能力變強，輸出電壓又會升高；這樣起到自動穩壓作用。

上圖5V-USB手機充電電路雖然簡單，所用的電子元器件不多，但是它里面還包含著有過流、過載、短路保護功能。當負載過載或者短路時， Q1的集電極電流大增，而Q1的發射極電阻R1會產生較高的壓降，這個過載或者短路產生的高電壓會經過R3讓Q2飽和導通，從而讓Q1截止停止輸出防止過載損壞。因此，改變R1的大小，可以改變負載能力，如果要求輸出電流小，例如只需要輸出5V100mA，可以將R1阻值改大。當然，如果需要輸出5V500mA的話，就需要將R1適當改小。

手機充電器是實際是將220V交流電，通過變壓器等轉換為6V，5V等直流電，然后輸出提供給手機內的電源管理模塊，由模塊來控制相電池充電到4.2V后停止。

USB充電則是直接將USB提供的正5V電壓取出提供給手機電源管理模塊，省去了充電器的電源變換電路。

usb充電檢測可通過在D+，D-上增加硬件檢測電路，充電檢測是通過偵測充電器插入信號識別的。

簡單來說，充電器充當一個轉換器，將220V的交流電轉化成4，5V的直流電，提供電池的鋰離子定向回流，達到充電的效果。值得一提就是現在的充電器都會有充電保護功能，手機滿電了就充不進去，不會損傷電池。但為了安全著想，盡量不要長時間充電。

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