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新思路下設計的帶大電流USB輸出多功能充電器

 很早之前我就開了一個超薄設計的充電器外殼,有usb母座輸出,可以充4節AA或者AAA尺寸電池,最早我就可以兼容鎳氫和磷酸鐵鋰電池,其實兼容這兩種在當時也并不容易,后來并不成功,還是質量問題,關鍵是效率不高,發熱過大,借鑒的人賺了錢,我這個原創倒是虧了不少。

去年我測試蘋果原裝2.1A輸出,典型數據如下圖:

  

空載電壓通常是5.15V左右,按標稱帶載,輸出電容引腳電壓5.10V左右,電流2.10A,輸入功率13.04瓦,效率大約82%,測了幾個,大體差不多,差的也在80%以上。

去年我做了一些改進,但是智能充電器,內置電源的,傳統通常做法,低壓都有兩個繞組,我做了很多變壓器,也打過很多版本的電路板,變壓器的繞法也是奇奇怪怪,自己想的,問電源壇上幾個朋友,最高的也只有78%的5V效率,而且,這樣的變壓器交給變壓器廠,屆時不良率一定奇高,把好的成品送人這后,暫時擱置了。

今年突然想到一個思路,就用一路5V輸出,而且,變壓器用正規EFD磁芯,銅線這些都用盡量粗的,先不管安規,看看效率能多少,蘋果用了超低壓降肖特基,10安的,我也用超低壓降肖特基,我用了比一般大的7N65來做開關管,正規的,不過我的殼子太薄,剪掉一段金屬封裝。結果效率確實很好。

如圖:同樣的2.100安帶載,同樣測試輸出電容電壓。

 

 

電壓約5.21V和2.10A下,同一個功率計,輸入12.95瓦,測得效率84.5%左右,這個是良好的開端,實際用4安帶載長時間也沒有問題。

當然,這個輸出不是三層絕緣線繞的,如果用的話,實際跟蘋果估計是伯仲之間,只是我這個有空間,再并一個超低壓降肖特基,效率還可以高,舍得下本錢的話,并它若干個,^_^

關鍵是去掉副繞組,副繞組是個讓我頭疼的東西,因為的設計的充電器,是兼容鎳氫鎳鋅磷酸鐵鋰和鋰離子電池的,主輸出在光耦控制下,輸出電壓高高低低,副繞組跟著高高低低,副繞組整流用肖特基,100多V的也會被擊穿,這也是個隱患,用快恢復之類的,主輸出低時副輸出明顯電壓不足,另外,為了開啟mos有低的發熱,我有設計讓mos以更合理的Vgs開啟MOS,這也需要一個約8V左右的電壓,因為鋰電池充飽都有4.2V了。

太晚了,明天再聊。        

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2013-09-18 12:20

智能充電器都有控制和指示顯示等部分,一般待機耗電幾個毫安到幾十毫安,比如這個雙色指示燈加溫感等耗電都在十毫安以上。

 

為了得到單片機,顯示等需要的穩定5v,有很多辦法,如下圖,1是常規的做法。不過通常沒有那個8.5V,那個是為了充多種電池必須用到的開啟mos用的電壓。

2是后來我想到,用非線性降壓替代線性降壓。

1做法缺點明顯,一個是功耗相對很大,二是極限下工作不理想,極限有兩種,放入充電器里面的四個電池都是0V但是沒有短路的電池,這個時候這路輸出電壓低到5v都不到,好點的情況是燈閃爍,不然就單片機重啟,另一種極限是放的四個電池都是4.2V截止的鋰電池,這個時候這個副繞組輸出電壓會飚高,穩壓ic的發熱更大了。

2的功耗倒是低多了,但是需要的電容非常大,光耦控制了輸出,主輸出是關斷狀態,這個副繞組也要幾十毫安輸出,待機功耗大,而且這個繞組的輸出電壓波動也很劇烈,當然其實細節上有很多調整,比如主輸出給單片機哪路補電,還有試過特殊電容,總共十幾次改動吧,但是,波動難免,變壓器效率也做不高,怎么做也到不了80%,也不理想,慢慢就擱置了。

3是最近想的新辦法,只做一路輸出,用肖特基分出一路來,升壓到8.5V左右,隔出開mos的8.5V,升出來的8.5v又降壓到5V,得到穩定的5V,這個5V一開始都是用的非線性降壓,后來發現還是傳統穩壓ic出來紋波好。極限情況下,升壓ic可以靠留在電容的電繼續升壓,電容的電也是有限的,程序做了相應安排后,不論什么極限情況都可以很好的維持8.5V穩定。 

這樣這個充電器就比較理想了,做為5V電源,效率超過了常見的名牌,兼容充常見的鎳氫,鎳鎘,鎳鋅,磷酸鐵鋰,鋰離子電池,而且脈沖充電下,鋰電池比常規CCCV快多了。

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2013-09-18 15:58

 第三種電路產生的5v紋波很理想,如圖:

給鎳氫充電的電池波形,脈沖的時間相對一般的短很多,脈寬只有100多毫秒,停十幾個毫秒以便升壓電路能持續的工作,不過這樣程序要麻煩很多。

 

給磷酸鐵鋰,鋰電池充電時,占空比比鎳氫鎳鋅鎳鎘電池要少50%,不停一半,相對電流太大,而且充電器的負擔也太重,發熱會比較大。波形如圖:

 

 

 

 

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2013-09-18 16:18

  現在就可以很好的充4種電池了,這個我早就做了,但是效果沒有現在這么好,單片機的基準很準,程序也做了很多優化。如圖:

  

電池的類型通過燈做了區別,鎳類電池,包括鎳鎘鎳鋅鎳氫三種充電電池,充電時紅燈恒亮,鋰類電池,包括磷酸鐵鋰和鋰離子鋰聚合物電池,充電時綠燈閃爍,所以拍照有時對應的燈是滅的狀態,實際是綠色閃爍。

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abccba
LV.9
5
2013-09-18 17:28
欣賞ing。
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張高琨
LV.8
6
2013-09-18 20:46
@邊際力度
 第三種電路產生的5v紋波很理想,如圖:[圖片]給鎳氫充電的電池波形,脈沖的時間相對一般的短很多,脈寬只有100多毫秒,停十幾個毫秒以便升壓電路能持續的工作,不過這樣程序要麻煩很多。[圖片] 給磷酸鐵鋰,鋰電池充電時,占空比比鎳氫鎳鋅鎳鎘電池要少50%,不停一半,相對電流太大,而且充電器的負擔也太重,發熱會比較大。波形如圖:[圖片]    

這波形不錯.....

 

越來越牛了.....

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