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新思路下设计的带大电流USB输出多功能充电器

 很早之前我就开了一个超薄设计的充电器外壳,有usb母座输出,可以充4节AA或者AAA尺寸电池,最早我就可以兼容镍氢和磷酸铁锂电池,其实兼容这两种在当时也并不容易,后来并不成功,还是质量问题,关键是效率不高,发热过大,借鉴的人赚了钱,我这个原创倒是亏了不少。

去年我测试苹果原装2.1A输出,典型数据如下图:

  

空载电压通常是5.15V左右,按标称带载,输出电容引脚电压5.10V左右,电流2.10A,输入功率13.04瓦,效率大约82%,测了几个,大体差不多,差的也在80%以上。

去年我做了一些改进,但是智能充电器,内置电源的,传统通常做法,低压都有两个绕组,我做了很多变压器,也打过很多版本的电路板,变压器的绕法也是奇奇怪怪,自己想的,问电源坛上几个朋友,最高的也只有78%的5V效率,而且,这样的变压器交给变压器厂,届时不良率一定奇高,把好的成品送人这后,暂时搁置了。

今年突然想到一个思路,就用一路5V输出,而且,变压器用正规EFD磁芯,铜线这些都用尽量粗的,先不管安规,看看效率能多少,苹果用了超低压降肖特基,10安的,我也用超低压降肖特基,我用了比一般大的7N65来做开关管,正规的,不过我的壳子太薄,剪掉一段金属封装。结果效率确实很好。

如图:同样的2.100安带载,同样测试输出电容电压。

 

 

电压约5.21V和2.10A下,同一个功率计,输入12.95瓦,测得效率84.5%左右,这个是良好的开端,实际用4安带载长时间也没有问题。

当然,这个输出不是三层绝缘线绕的,如果用的话,实际跟苹果估计是伯仲之间,只是我这个有空间,再并一个超低压降肖特基,效率还可以高,舍得下本钱的话,并它若干个,^_^

关键是去掉副绕组,副绕组是个让我头疼的东西,因为的设计的充电器,是兼容镍氢镍锌磷酸铁锂和锂离子电池的,主输出在光耦控制下,输出电压高高低低,副绕组跟着高高低低,副绕组整流用肖特基,100多V的也会被击穿,这也是个隐患,用快恢复之类的,主输出低时副输出明显电压不足,另外,为了开启mos有低的发热,我有设计让mos以更合理的Vgs开启MOS,这也需要一个约8V左右的电压,因为锂电池充饱都有4.2V了。

太晚了,明天再聊。        

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2013-09-18 12:20

智能充电器都有控制和指示显示等部分,一般待机耗电几个毫安到几十毫安,比如这个双色指示灯加温感等耗电都在十毫安以上。

 

为了得到单片机,显示等需要的稳定5v,有很多办法,如下图,1是常规的做法。不过通常没有那个8.5V,那个是为了充多种电池必须用到的开启mos用的电压。

2是后来我想到,用非线性降压替代线性降压。

1做法缺点明显,一个是功耗相对很大,二是极限下工作不理想,极限有两种,放入充电器里面的四个电池都是0V但是没有短路的电池,这个时候这路输出电压低到5v都不到,好点的情况是灯闪烁,不然就单片机重启,另一种极限是放的四个电池都是4.2V截止的锂电池,这个时候这个副绕组输出电压会飚高,稳压ic的发热更大了。

2的功耗倒是低多了,但是需要的电容非常大,光耦控制了输出,主输出是关断状态,这个副绕组也要几十毫安输出,待机功耗大,而且这个绕组的输出电压波动也很剧烈,当然其实细节上有很多调整,比如主输出给单片机哪路补电,还有试过特殊电容,总共十几次改动吧,但是,波动难免,变压器效率也做不高,怎么做也到不了80%,也不理想,慢慢就搁置了。

3是最近想的新办法,只做一路输出,用肖特基分出一路来,升压到8.5V左右,隔出开mos的8.5V,升出来的8.5v又降压到5V,得到稳定的5V,这个5V一开始都是用的非线性降压,后来发现还是传统稳压ic出来纹波好。极限情况下,升压ic可以靠留在电容的电继续升压,电容的电也是有限的,程序做了相应安排后,不论什么极限情况都可以很好的维持8.5V稳定。 

这样这个充电器就比较理想了,做为5V电源,效率超过了常见的名牌,兼容充常见的镍氢,镍镉,镍锌,磷酸铁锂,锂离子电池,而且脉冲充电下,锂电池比常规CCCV快多了。

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2013-09-18 15:58

 第三种电路产生的5v纹波很理想,如图:

给镍氢充电的电池波形,脉冲的时间相对一般的短很多,脉宽只有100多毫秒,停十几个毫秒以便升压电路能持续的工作,不过这样程序要麻烦很多。

 

给磷酸铁锂,锂电池充电时,占空比比镍氢镍锌镍镉电池要少50%,不停一半,相对电流太大,而且充电器的负担也太重,发热会比较大。波形如图:

 

 

 

 

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2013-09-18 16:18

  现在就可以很好的充4种电池了,这个我早就做了,但是效果没有现在这么好,单片机的基准很准,程序也做了很多优化。如图:

  

电池的类型通过灯做了区别,镍类电池,包括镍镉镍锌镍氢三种充电电池,充电时红灯恒亮,锂类电池,包括磷酸铁锂和锂离子锂聚合物电池,充电时绿灯闪烁,所以拍照有时对应的灯是灭的状态,实际是绿色闪烁。

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abccba
LV.9
5
2013-09-18 17:28
欣赏ing。
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张高琨
LV.8
6
2013-09-18 20:46
@边际力度
 第三种电路产生的5v纹波很理想,如图:[图片]给镍氢充电的电池波形,脉冲的时间相对一般的短很多,脉宽只有100多毫秒,停十几个毫秒以便升压电路能持续的工作,不过这样程序要麻烦很多。[图片] 给磷酸铁锂,锂电池充电时,占空比比镍氢镍锌镍镉电池要少50%,不停一半,相对电流太大,而且充电器的负担也太重,发热会比较大。波形如图:[图片]    

这波形不错.....

 

越来越牛了.....

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