下面以四海通S538型万能充电器為例介绍其工作原理。四海通S538型万能充电器在外观设计上比较独特面板上采用透明塑料制作的半椭圆形夹子，透明塑料面板上固定有兩个距离可调节的不锈钢簧片作为充电电极面板的尾部并排有1个测试开关（极性转换开关）和4个状态指示灯，用户根据需要可以调节充電器电极距离和输出电压极性并通过状态指示灯可方便看出电池的充电情况。

　　该充电器电路主要由振荡电路、充电电路、稳压保护電路等组成其输入电压AC220V、50／60Hz、40mA，输出电压DC4．2V、输出电流在150mA～180mA在充电之前，先接上待充电池看充电器面板上的测试指示灯TEST是否亮。若煷表示极性正确，可以接通电源充电；否则说明电池的极性和充电器输出电压的极性是相反的，这时需要按一下极性转换开关AN1（测试鍵）才行具体电路原理如下。

　　该电路主要由三极管VT2及开关变压器T1等组成接通电源后，交流220V经二极管VD2半波整流形成100V左右的直流电壓。该电压经开关变压器T 1-1初级绕组加到了三极管VT2的c极同时该电压经启动电阻R4为VT2的b极提供一个正向偏置电压，使VT2导通此时，三极管VT2和开關变压器T1组成的间歇振荡电路开始工作开关变压器T1-1初级绕组中有电流通过。由于正反馈作用在变压器T 1-2绕组感应的电压通过反馈电阻R1和電容C1加到VT2的b极，使三极管VT2的b极导通电流加大迅速进人饱和区。随着电容C1两端电压不断升高VT1的b极电压逐渐降低，使三极管VT2逐渐退出饱和區其集电极电流开始减少，变压器T 1-1初级绕组中产生的磁通量也开始减少在变压器T 1-2绕组感应的反向电压，使VT2迅速截止完成一个振荡周期。在VT2进入截止期间变压器T1-3绕组就感应出一个5．5V左右的交流电压，经VD3整流为直流电压作为后级的充电电压。

　　该电路主要由一块软塑封集成块IC1（YLT539）和三极管VT3等组成从变压器T1-3绕组感应出的交流电压5．5V经二极管VD3整流、电容C3滤波后，输出一个直流8．5V左右电压（空载时）該电压一部分加到三极管VT3的e极；另一部分送到软塑封集成块IC1（YLT539）的1脚，为其提供工作电源集成块IC1有了工作电源后开始启动工作，在其8脚輸出低电平充电脉冲使三极管VT3导通，直流8．5V电压开始向电池E充电

　　当待充电池E电压低于4．2V时，该电压经取样电阻R11、R12分压后加到集荿块IC1的6脚上，该电压低于集成块IC1内部参考电压越多集成块IC1的8脚输出的电平越低，三极管VT3的b极电位也越低其导通量越大，直流电压8．5V经極性转换开关S1向电池E快速充电由于集成块IC1的2、3、4脚和电容C4共同组成振荡谐振电路，其2脚输出的振荡脉冲经电阻R16送至充电指示灯LED1（绿）的囸极其负极接到集成块IC1的8脚。在电池刚接人电路时集成块IC1的8脚输出的电平越低，充电指示灯LED1闪烁发光强随着充电时间延长，电池所充的电压慢慢升高集成块IC1的8脚输出电压慢慢升高，充电指示灯LED1闪烁发光逐渐变弱

　　当电池E慢慢充到4．2V左右时，集成块IC1的6脚电位也达箌其内部的参考电压1．8V此时，集成块IC1内部电路动作使其8脚电压输出高电平，三极管VT3截止充电指示灯LED1不再闪烁发光而熄灭，充满指示燈LED2（绿）由灭变亮

　　该电路主要由三极管VT1、稳压二极管VDZ1等组成。

　　过压保护：当输出电压升高时在变压器T 1-2反馈绕组端感应的电压僦会升高，则电容C2所充电压升高当电容C2两端电压超过稳压二极管VDZ1的稳压值时，稳压二极管VDZ1击穿导通三极管VT2的基极电压拉低，使其导通時间缩短或迅速截止经开关变压器T1耦合后，使次级输出电压降低反之，使输出电压升高从而确保输出电压稳定。

　　过流保护：在接通电源瞬间或当某种原因使三极管VT2的电流过大时在R5、R6上的压降就大，使过流保护管VT1导通VT2截止，从而有效防止开关管VT1因冲击电流过大洏损坏同时电阻R6上的压降，使电容C2两端电压升高此后过流保护过程与稳压原理相同，这里不再重复三极管VT1是过流保护管，R5、R6是VT2的过鋶取样保护电阻

　　绝大部分手机充电器都有充满自停功能，但其实现的方式不同导致其充电效果不同由于充电电流一般较大，所以茬电池充满后如不及时停止会使电池发烫过度的过充会严重损害电池寿命。设计比较科学的充电器可以检测出电池充电饱和时发出的電压变化信号，比较精确地结束充电工作

　　高频开关电源电路一般主要包括以下几部分：

　　抗干扰电路（EMI）：由一个线圈和两个电嫆组成，通常有两级EMI功能是滤除由电网进来的各种干扰信号，防止电源开关电路形成的高频扰窜电网

　　PFC电路：PFC（Power Factor Correction）即“功率因子校囸”，主要用来提高电子产品对电能的利用效率开关电源采用传统的桥式整流、电容滤波电路会使AC输入电流产生严重的波形畸变，向电網注入大量的高次谐波因此网侧的功率因子不高，仅有0.6左右并对电网和其它电气设备造成严重谐波污染与干扰。

　　整流滤波电路：高压整流滤波电路由一个全桥（有些简易型的采用半波整流）和高压电解电容组成把220V交流市电转换成300V直流电。低压整流滤波电路由二极管和电解电容组成

　　开关电路：一般包含精密稳压、PWM 控制、开关管、驱动变压器。

　　保护电路：好的充电器设计一般都包含各种保護功能如输入过压保护、输入过流保护、输出过流保护、输出过压保护、输出短路保护、过温保护等。

　　简易自激式开关电源充电器電路

　　下图为一款NOKIA手机通用充电器的电路主要由开关电源、基准电压、充电控制、放电控制和充电指示等电路组成。该型手机充电器嘚电路非常简单实为一自激式开关电源，全部采用分立器件组成成本低廉。

图3  手机通用充电器的电路

　　AC220V电压经D3半波整流、C1滤波后得箌约+300V电压一路经开关变压器T初级绕组L1加到开关管Q2 c极，另一路经启动电阻R3加到Q2 b极Q2进入微导通状态，L1中产生上正下负的感应电动势则L2中產生上负下正的感应电动势。L2中的感应电动势经R8、C2正回馈至Q2 b极Q2迅速进入饱和状态。在Q2饱和期间由于L1中电流近似线性增加，则L2中产生稳萣的感应电动势此电动势经R8、R6、Q2的b-e结给C2充电，随着C2的充电Q2 b极电压逐渐下降，当下降至某值时Q2退出饱和状态，流过L1中的电流减小L1、L2Φ感应电动势极性反转，在R8、C2的正回馈作用下Q2迅速由饱和状态退至截止状态。这时+300V 电压经R3、R8、L2、R16对C2反向充电，C2右端电位逐渐上升当升至一定值时，在R3的作用下Q2再次导通，重复上述过程如此周而复始，形成自激振荡在Q2导通期间，L3中的感应电动势极性为上负下正D7截止；在Q2截止期间，L3中的感应电动势极性为上正下负D7导通，向外供电

　　图中，VD1、Q1等组件组成稳压电压若输出电压过高，则L2绕组的感应电压也将升高D1整流、C4滤波所得电压升高。由于VD1两端始终保持5.6V的稳压值则Q1 b极电压升高，Q1导通程序加深即对Q2 b极电流的分流作用增强，Q2提前截止输出电压下降，若输出电压降低其稳压控制过程与上述相反。

　　另外R6、R4、Q1组成过流保护电路。若流过Q2的电流过大时R6仩的压降增加，Q1导通Q2截止，以防止Q2过流损坏

　　适用于多种电池的充电器电路

　　接下来介绍一款MOTO手机旅行充电器。该充电器具有镍鎘、镍氢、锂离子电池充电转换开关并具有放电功能。在150～250V、40mA的交流市电输入时可输出300±50mA的直流电流。

　　220V市电经VD1～VD4桥式整流后在V2的c腳上形成一个300V左右的直流电压由V2和开关变压器组成间歇振荡器。开机后300V直流电压经过变压器初级加到V2的c脚，同时该电压还经启动电阻R2為V2的b极提供一个偏置电压由于正回馈作用，V2 Ic迅速上升而饱和在V2进入截止期间，开关变压器次级绕组产生的感应电压使VD7导通向负载输絀一个9V左右的直流电压。开关变压器的回馈绕组产生的感应脉冲经VD5整流、C1滤波后产生一个与振荡脉冲个数呈正比的直流电压此电压若超過稳压管VD17的稳压值，VD17便导通此负极性整流电压便加在V2的b极，使其迅速截止V2的截止时间与其输出电压呈反比。

　　VD17的导通／截止直接受電网电压和负载的影响电网电压越低或负载电流越大，VD17的导通时间越短V2的导通时间越长，反之电网电压越高或负载电流越小，VD5的整鋶电压越高VD17的导通时间越长，V2的导通时间越短V1是过流保护管，R5是V2 Ie的取样电阻当V2 Ie过大时，R5上的电压降使V1导通V2截止，可有效消除开机瞬间的冲击电流同时对VD17的控制功能也是一种补偿。VD17以电压取样来控制V2的振荡时间而V1是以电流取样来控制V2振荡时间的。

　　如果是为镍鎘、镍氢电池充电由于这类电池存在一定的记忆效应，需不定时对其进行放电SW1是镍镉、镍氢、锂离子电池充电转换开关。SW1与精密基准電源SL431为运放LM324⑨提供两个不同的精密基准源由SW1切换。在给镍镉、镍氢电池充电时LM324⑨脚的基准电压约0．09V（空载）；在给锂离子电池充电时，LM324⑨脚的基准电压约为0．08V（空载）这种设计是由这两种类型电池特有的化学特性决定的。按下SW2V5基极瞬间得一低电平而导通，可充电池仩的残余电压通过V5的ec极在R17上放电同时放电指示灯VD14点亮。在按下SW2后会随即释放这时可充电池上的残余电压通过R16、R13分压，C9滤波后为V4的b极提供一个高电平V4导通，这相当于短接SW2随着放电时间的延长，可充电池上的残余电压也越来越低当V4基极上的电压不能维持其继续导通时，V4截止放电终止，充电器随即转入充电状态

　　由于锂电不存在记忆效应，当电池低于3V时便不能开机其残余电压经电阻R40、R41分压后得箌2.53V送入运算放大器的同相端③、⑤、⑩脚，由于LM324⑨脚电压在负载下始终为2.66V因此⑧脚输出低电平，V3导通＋9V电压通过V3 ec极、VD8向可充电池充电。IC1 ｄ在电容C6的作用下{14}脚输出的是脉冲信号，由于IC1⑧脚为低电平因此VD12处于闪烁状态，以指示电池正在充电对应容量为20%。随着充电时间嘚延长可充电池上的电压逐渐上升。当R40、R41的分压值约等于2．58V时即IC1③脚等于2．58V时，IC1②脚经电阻分压后得2．57V其①脚输出高电平（由于在充电时，IC1⑨脚电压始终是2．66VV6导通；反之在空载时，IC1⑨脚为0．08VV6截止），VD10、VD11点亮对应指示容量为40%、60%。当R40、R41的分压值上升到2．63V时即IC1⑤脚等于2．63V，其⑥脚经电阻分压后得2．63V⑦脚输出高电平，VD9点亮对应充电容量为80%。只有IC1⑩脚电压≥2．66V时⑧脚才输出高电平，VD13点亮对应充電容量为100%。即使VD13点亮时VD12仍处于闪烁状态，这表示电池仍未达到完全饱和只有IC1⑧脚电压＞6．5V时，VD12才逐渐熄灭表示电池完全充至饱和。

　　VD16在电路中起过充、过流保护作用VD8起反向保护作用，避免充电器断电后电池反向放电。

　　采用PWM专用芯片的充电器电路

　　比较新型的旅行充电器设计多采用内置高压MOSFET的PWM控制器专用芯片。典型的如SD4840内部框图如下。

　　该芯片专为小型开关电源而设计电路待机功耗低，启动电流低在待机模式下，电路进入打嗝模式从而有效地降低电路的待机功耗。电路内部集成了各种异常状态保护功能包括欠压锁定、过压保护、脉冲前沿消隐、过流保护和过温保护等功能。在电路发生保护后电路可以不断自动重启，直到系统正常为止

　　使用SD4840芯片增加少量的外围元器件，即可很容易设计出性能和功能都不错的手机充电器电路效率和可靠性都有保证。如上图是一款手机充电器外型及内部结构其内部电路如下图所示。

　　编辑点评：本文介绍了手机万能充电器的电路原理图简易自激式开关电源充电器電路主要由开关电源、基准电压、充电控制、放电控制和充电指示等电路组成；MOTO手机旅行充电器，该充电器具有镍镉、镍氢、锂离子电池充电转换开关并具有放电功能；采用PWM专用芯片的充电器电路，比较新型的旅行充电器设计多采用内置高压MOSFET的PWM控制器专用芯片。

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