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1、1诺基亚 USB 手机充电器 AC-8C中山市技师学院 葛中海如图 3-13 所示为赛尔康技术（深圳）有限公司为诺基亚制造 USB 手机充电器 AC-8C。产品规格：输入 AC100240V ，50Hz-60Hz&150mA；输出 5V600mA。图 3-13 诺基亚 USB 手机充电器 AC-8C如图 3-14 所示为诺基亚 USB 手机充电器 AC-8C 电路原理图。由于充电器的输出功率较小、体积小，所以没有设置共模干扰抑制电路。市电经保险 （也叫熔断电阻，兼具电阻和保险丝1R的双重功能）输入，D 5D 8 桥式整流、 、 与 组成 型滤波电路；滤波后的电压经变压1CL2器 M1 初级绕组
2、加到开关管 T2（13003G ）的集电极。 是磁阻，抑制差模干扰。2C4T130GR.8k5MA三VF/D6N7*LH9ISBWmK图 3-14 诺基亚 USB 手机充电器 AC-8C 电路原理图满载时，AC110V 输入整流滤波后的直流平均电压约为 160V，如图 3-15 所示。若是AC220V 输入，则整流滤波后的直流平均电压为 AC110V 输入的 2 倍。图 3-15 AC110V 输入整流滤波电压波形1工作原理初始上电时，电阻 和 给 T2 提供启动电流，一旦启动工作，断开 和 系统仍能自2R3 2R3激振荡，但断电后不能重新启动，故 和 称启动电阻 。3RT2 导通时，集电极电
3、流 由零开始上升，主绕组（1-4）电感励磁储能，感应电压“上正Ci整流滤波电压近似于锯齿波直流电压平均值 基准电平CH1 档位3下负” 。根据变压器同名端可知，辅助绕组（2-3）感应正极性电压，经阻容振荡电路（ 、9R）加到 T2 基极、加速其导通饱和；次级侧，二极管 D51 截止。T 2 截止时，变压器绕组极性3C反转，辅助绕组形成使 T2 基极电流减小的正反馈、加速其截止， 放电以准备进入下一个振3C荡周期；次级侧，二极管 D51 导通，变压器次级释放能量供给负载。在图 3-14 中， 充电时间设定了 T2 导通的最大脉冲宽度。实际上，在开关电源中，所谓3C开关管的饱和并非指手册上规定的集
4、电极饱和电流，而是电容充电临近结束时，使加到开关管基极的正反馈电流减小，开关管达到 的状态。也就是说，这种饱和是 限制下的饱和，BiC Bi使开关管的 减小，通过正反馈转入截止状态。Ci辅助绕组电压“上负下正”时，由 D2、 整流滤波给光耦中的光电晶体管提供电源；当5光耦中的光电二极管发光增强，光电晶体管导通电流增大，经电阻 加到脉宽调制管 T1 的基1R极，分流开关管 T2 的基极电流，促使其提前导通，占空比减小，输出电压降低。次级侧，二极管 D51 整流、 滤波的电压一路经 给光耦（IC 51）中的光电二极管供电；51C51二路经稳压二极管 D83、D 84 与并联电阻 返回；三路经 、
5、输出供给手机或8573/R502C充电宝充电。充电电流的路径：二极管 D51 负载 GND2 GND 1（返0 5873/R回次级） 。2稳压输出一般来说，刚充电时电流较大，并联电阻 的压降较大，经电阻 使 T51 导58753/R61通。此时，光耦中的光电二极管受 T51 控制，发光最强。因此，光耦中的光电晶体管发射极输出电压最高，反馈控制作用也最强。此时，次级整流输出电压，即电容 两端电压最高，等51C于稳压二极管 D83、D 84 两端的电压与 的压降之和。 图 3-14 所示原理图标注的几58753/R个电压数值就是这种工作状态下测得的，可见充电电流可达 690mA（=69mV/ =6
6、9mV/0.1） 。50R电池充电后期所需电流减小，并联电阻 的压降减小，可能不足以使 T51 导通，58753/R此时，次级整流输出电压，即电容 两端电压最高随充电电流而变化，仍然等于稳压二极管51CD83、D 84 两端的电压与 的压降之和。8753/R无论负载状况如何，稳压二极管 D83、D 84 两端的电压均由 D82（TL431）决定。根据TL431 的工作原理，该电压为=2.5 =5V843DV或 1096R4虽与 并联（ 太小） ，但阻值太大，可忽略不计（去掉该元件对工作108R10958753/R无影响） 。 与 串联后并联于 TL431 的 R 和 K 之间，用于频率补偿。C
7、由于手机电池及充电宝都不是恒压负载，当其电压低时（比如，电用完时为 3.7V）充电电流大，电压高时（比如，即将充满时为 4.2V） ，充电电流小。因此，在稳压输出电路中串联一只阻值很小的电阻 。大电流时压降大，电池内部充电管理电路模块两端的电压低，有利于50R减小其功耗；电池电压升高后小电流充电，此时 压降小，有利于对电池充电。50R3过流保护是过流检测电阻，是一个非常关键的元件，它两端电压与开关管 T2 发射极电流成正比。12R当 两端电压超过 T1 发射极死区电压时，T 1 开始导通、分流 T2 基极电流。比如，若由于某种原因导致反馈失效，开关管 T2 导通时间过长、电流过大。T 2 的发
8、射极输出电流约 300mA 时在上的压降约为 0.66V（=300mA 2.2） ，该电压经 与 低通滤波使 T1 导通，分流开关12 10R6C管 T2 的基极电流，抑制开关管 T2 输出电流进一步增大。4温度补偿由前述原理分析可知，T 51 在大电流充电时起控。可以想象，大电流充电时变压器、开关管T2 和整流二极管 D51 都会发出较多热量，若环境温度也高，热量不易散失，则密封塑料壳中的充电器所有元器件都要受到温升的影响，其中，影响最为严重的元件是处于放大状态的晶体管T51。晶体管发射结具有负温度特性，温度升高发射结特性曲线左移；同样的基极电流 55时的发射结压降 小于 25时的发射结压降
9、 ，如图 3-16 所示。因此，就会出现这样的工作1BEV2BEV情形：开始大充电时并联电阻 的压降较高，经电阻 使 T51 导通。充电一段时58753/R61R间以后，充电器内部温度升高，由于晶体管发射结的负温度特性，并联电阻 的压58753/R降降低。若在 T51 发射结并联负温度系数的电阻，可以弥补这种缺陷。5图 3-16 晶体管发射结特性曲线的温度特性原理图中 NTC51 是负温度系数的电阻，常温下约 1.75k，与固定电阻 串联，构成 T5160R基极电流的分流支路。当温度升高时 T51 发射结电压降低，NTC 51 的阻值减小，分流更多的电流，压降增大， 的压降基本不变，保持充电电
10、流不因温升而减小。61R58753/R笔者做了 2 个实验印证：第一个实验是用电烙铁烫 T51，由于晶体管发射结的负温度特性，其 减小， 的压降随之降低，可见 T51 温升导致充电电流减小。第二个实验是BEV58753/用电烙铁烫 NTC51，由于 T51 发射结压降基本不变，温升导致 NTC51 阻值减小、所在支路分流增大， 的压降增大，所以， 的压降升高，可见 NTC51 温升导致充电电流增大。61R58753/R若 T51、 NTC51 温度同升同降，负温度特性作用正好能相互抵消，则充电电流可以不随温度而变化。另外，简单说明一下其它元件的作用。稳压二极管 D83、D 83 并联于输出端，
11、若 TL431 失控输出电压过高，D 83、D 83 击穿，稳定输出电压，以免损坏电池。并联于 T51 发射结、集电结的电容 、 容量较小。可以认为 与 组成低通滤波电路， 跨接于相位反的两信号5C761R5C57C之间，相用与频率。 与 串联后，并联于 T51 发射结两端，作用不太明显。 、 与 D1635 4RC构成 RCD 吸收电路，但因 D1 串联电阻 ，使得在开关管 T2 关断瞬间的尖峰吸收效果大打折7扣。5波形测试（1）开关管 T2 基极和集电极电压波形用数字存储示波器测量开关管 T2 基极和集电极电压波形，如图 3-17（a）所示。6（a ）满载，开关频率较低用数字存储示波器测量
12、开关管 T2 基极和集电极电压波形，如图 3-17（a）所示。（b）轻载，开关频率较高图 3-17 T2 基极（CH 1）和集电极（CH 2）电压波形由图 3-17 可见，开关管 T2 的 基极、集电极均为高频脉冲电压，在导通时间上为同步关系，在控制关系上二者反相。需要指出的是，无论脉冲上升沿或下降沿均不如它激式开关电源陡峭（参见第 4 章） ，这是自激式开关电源的特点。在图 3-17 中，T 2 导通期间（ ）集电极电压为零；T 2 截止期间（ ） ，集电极电压ONt OFt（不计截止瞬间的尖峰脉冲）接近 250V。该电压是输入电源整流滤波直流电压与主绕组自感电压之和，因为这期间主绕组感应电
13、压“下正上负” ，所以叠加电压远高于输入电源整流滤波电压。工程实践中，刚刚接触开关电 源的新手往往会犯一个共同的致命 错误：拿测试普通电路的方法测开关电源！如图 3-18（a）所示为示波器直接测试是开关电源高压侧的原理 简图。由于示波器“保护地（G）”与探头地（信号地）在仪器内部直接相连（同时也接机壳），当探头地（信号地）连接到开关电源的“热地”时，一旦接通电源，开关 电源的保险管就会立即 烧毁。 这是因为火线（L）经保险管、整阅读资料CH2 振幅约占 8 格，指示T2 集电极脉冲电压幅度：5div 50V/div=250VCH1 振幅约占 1.5 格，指示 T2 基极脉冲电压幅度：1.5di
14、v 2.0V/div=3.0VCH2 振幅约占 8 格，指示T2 集电极脉冲电压幅度：5div 50V/div=250VCH1 振幅约占 1.5 格，指示 T2 基极脉冲电压幅度：1.5div 2.0V/div=3.0V7流二极管和探头地（信号地）连接到“保护地”上，而“保护地”和零线（N）通过大地是连在一起的，即电网的火线（L）与零线（N） 经过保险管、二极管构成回路，故一定会 烧毁保险管（火线和零线对调一样会出现该故障）。如图 3-18（b），市电电网经变比为 1:1 的隔离变压器输出交流电，次级绕组两端没有火线（L）与零 线（N）之分，只有电压的相对高低。当探头地连接到开关电源的“热地”
15、时，次级绕组两端均通过相应的整流二极管、探 头地连接到“ 保护地”上，但隔离变压器的初次级绕组均不会被短路，开关电源可以安全工作。当然，如果工作现场没有隔离 变压器，可以考 虑把示波器中 间的“ 保护地（G）”与插座的接地线断开。不过，当示波器探头地（信号地）连接到开关电源的 “热地”时，示波器外壳与市 电只隔了一只二极管，所以对人体是危 险的。另外，由于示波器“保护地（G）”断开，其内部开关电源产生的共模干扰无泄放通路，可能会起影引起仪器的稳定性和 测量精度。VT1AC20DF三R:（a）不经隔离变压器测试，错误 （b）经隔离变压器测试，正确图 3-18 示波器测试开关电源的方法（2）开关管
16、 T2 基极和发射极 电压波形用数字存储示波器测量开关管 T2 基极和发射极电压波形，如图 3-19 所示。图 3-19 T2 基极（CH 1）和发射极（CH 2）电压波形CH1 振幅约占 3 格，指示 T2 基极脉冲电压幅度：3div 1.0V/div=3.0VCH2 振幅约占 2 格，指示T2 集电极脉冲电压幅度：2div 200mV/div=0.4V8开关管 T2 发射极电压是 在 上的压降，因 只能从发射极经 流到地，由图 3-19 可Ei12REiEi见，发射极电压只能大于或等于零。根据测试的电压峰值约 400mV，可以计算出发射极电流峰值约约为 182mA（= =400mV/2.2） 。12/VR根据图 3-19 所示波形还可以计算出开关电源的占空比，方法如下：启用数字存储示波器的“CURSOR”复合按钮功能，测量出开关管 T2 的导通时间 约为 6.8us
