简易手机充电器的设计

前言

随着手机的普及，手机充电器已经成为现代家庭中常用的电器之一。手

机的品牌和型号众多，各种手机充电器形状和接口不同，但它们的原理和功能

基本累死，电路结构大同小异。本文就各种简易手机充电器做一下研究。

目前市场上的充电器有USB手机充电器、手机万能充电器、太阳能手机

充电器、电源适配手机充电器几种。

一、 USB充电器方案

2 0 0 6 年12 月, 信息产业部正式发布“移动通信手持机充电器及接口技术要求和测试方法”标准, 2007 年6 月14 日起, 强制执行该标准。该标准将使充电器及手机采用通用串行总线(Univer-sal Serial Bus US B) 接口, 可实现一线多用, 可用于充电, 也可用于数据传输。

1 USB接口手机充电器方案

Usb 是新型的热插拔式接口, 除了丰富的数据通讯功能外, 电源还可用于给手机充电。在常见的铿离子电池充电方案中, 首选的是恒流恒压(Con-stant Current Constant Voltage，CCCV)充电方案。

1.1 USB 接口

USB是一种带有电源和地的双向数据端口，U SB 总线能够为所有类型的低功耗电子设备提供电源。但是, 可用电流是受限的。低功率端口提供的电源为4.4 V 一5.25 V、电流为10 m A ; 高功率端口提供的电源为4.75 v 一5.25 v、电流为100 mA。图l 是USB 2.0 压降示意图。

US B 规范定义了1 个单位负载为10 m A, 任何设备允许吸取的最大电流为5 个单位负载。由USB主机或带电源的集线器提供的能驱动5个单位负载, 电缆外设端的最小可用电压为4.5v。而由USB总线驱动的集线器能驱动1个单位负载, 提供的最小电压为4.35 V 。用这些电压对充电电压典型要求为4.2 V 的锂电池充电时, 只有很小的裕度, 这使得充电器的压降变得极为重要。所有接入U SB 端口的设备必须经过枚举过程, 枚举过程完成后, 如果主机的电源管理软件允许, 则大功率设备可以吸取更大的电流, 否则主机将关闭USB端口。

1.2 手机锂电池CCCV 充电方案

一个典型的cccv充电曲线如图1所示。

充电器必须首先检查电池, 以便确定对电池进行快速充电是否安全。如果电池电压低于约2 .5 v , 1c 的充电就会对电池造成永久性的损伤。此时, 充电器通常

是以C/ 10 一c/15 巧量级的速率对电池进行涓充, 直到其电压上升到规定限。一旦电池通过检查, 充电器便以恒定电流始电池充电。如果配备了安全定时器, 充电器在启动快速充电的同时还会开启定时器。随着电池电压在恒流充电下的上升, 充电器持续提供恒定电流直到电池电压到达恒压( vcv ) 门限。当电池到达恒压门限时, 实际的充电量接近于其容量的40 % 至70 % 。为了充满电池, 充电器提供一个等于Vcv 门限的恒定电压, 在此充电阶段, 充电电流随着时间逐渐减小, 恒定电压一直持续到充电电流降低至c/ 10 一c/15 巧, 或者安全定时器到时, 一个充电过程结束。

2 USB手机充电器电路

目前, 许多芯片公司都开发出了USB接口的锂离子电池手机充电IC。Linear Technology公司推出的单节锂离子电池充电器LTC4062符合USB总线技术规范。图3 是用LTC4062设计的USB手机充电器电路。

2.1 LTC4 O6 2 主要性能

( l) 可以用插头式( AC/DC适配器) 电压4.3V 一8V 或USB端口供电;

( 2 ) 完善的充电算法: 预设浮充电压为4.2V土0 .35 % ,在VRAT>2.9V时, 以大电流恒流ICHG=1000/Rporg充电, Ichgmax可达1A;在Vbat<2.9v 时, 实现涓流编Itrikl=Ichg/10充电; 当电池电压接近4.2V时改为恒压充电, 至IDET时终止充电;

( 3) C/5可设定Ichg及Ichg/5充电模式,以满足不同充电电源及电池容量的需要;

(4) 由TIMER端决定多种终止充电方式: TIMER接Ctimer,定时器控制在

T=3Ctimer/0.1uf* h/1时终止充电;TIMER接GND , 在充电电流小于设定电流

Idet=100/Rdet时终止充电;TIMER接Vcc, 用户根据充电状态指示来终止充电; (5 ) 充电过程指示: LED亮表示充电、LED灭表示充电终止, LED闪亮表示电池未装好或有故障。

2. 2 LTC4O62工作原理

开机后, 充电器检测电池的电压Vbat, 若Vbat<2.9V ,以Ichg/l0电流作涓流充电; 当电池电压升到3V时,涓流充电结束,以设定的Ichg恒流充电; 当电池电压Vbat上升约到4.2 v 时, 以恒压4.2 V 充电, 此时充电电流下降, 当电池充电电流降到终止充电阀值检测电流Idet。时, 终止充电( 检测充电电流终止充电方式) 。若充电电池的电压Vbat>3 V , 则直接用Ichg恒流充电, 无涓流充电阶段。

LTC4062可采用5V插头式电源或U SB 端口作电源进行充电, 若两种电源都接上, 则S V 插头式电源优先。采用5V插头式电源可提供Ichg=1000/（Rporg//R4）充电电流, 在USB端口供电时, 充电电流减小到Ichg=1000/Rporg<500mA。

2.3 主机对充电器的枚举

所有接人USB 端口的设备启动时消耗电流都不能超过10 n 1A。与主衫U左行通信后, 主机才能决定是否可以用足50 n 1A 电流。如果U SB 设备未经过枚举过程便从U SB 端口吸取大电流(超过1 个单位负载), 则主机会检测到过流状态, 并会关闭正在使用的一个或多个US B 端口。该充电器设计了一个R C 积分电路接到c/ 5 端, 解决了U SB 设备未经过枚举过程便从US B 端口吸取大电流而导致主机关闭USB 端口的难题。当U SB 端口接人充电器后, 口5端为低电平, U SB 端口的电流< lo mA, 在T = R c时间内, 主机已完成对U SB 端口的枚举,C/ 5 端为高电平, 充电器进人全电流充电。