手机(或其它小电器)充电器多如牛毛,不同厂家的电路结构大不相同,随着科技的进步新技术、新元件的出现又增加了新款的充电器,再加上山寨充电器充斥其中,导致小小充电器电路结构琳琅满目,让人应接不暇。但有一款比较现代也比较简洁、很容易看懂电路图、容易查找故障的分立元件充电器,可作为经典教材进行研究,笔者使用这款充电器已有三年之久,由于后来大电流的快充的出现,现在已经不用它了,只将其作为一种研究对象进行分析,今天就将此分享给大家。
电路原理图见下图:
电路图分析:
一、该电路属于自励、反激式、变压器耦合型、pwm开关电源;电源变换过程:交流(ac,输入市电)→直流(dc)→交流(ac,高频)→直流(dc,输出);电路由整流、振荡、稳压、保护四大系统组成。
二、输入整流、滤波电路:由二极管vd1、电解电容器c1组成,属于半波整流电路,输出脉动直流电压,峰值电压311v,经电容滤波达到300v左右的直流电压。vd1为1n4007这个二极管使用比较普遍,最大整流电流1a,最大反向电压1000v;电解电容器的耐压要大于300v;
三、振荡电路:由r2、vt1、l1、l2、c4、r5组成,如果没有l2、c4、r5反馈支路的存在,三极管vt1过着一种平淡的田园生活,它通过偏置电阻r2提供合适的偏压,形成了一般的放大电路,但第三者---反馈电路的插足让它的生活不再平静,而是动荡不安--形成了振荡电流。
l2为反馈线圈,从图上l1、l2同名端的关系看出该反馈属于正反馈,于是形成了振荡电路,由于电容c4的存在导致该振荡电路形成的振荡是间歇振荡,不是正弦波;
起振过程:电路接通时,启动电阻r2为电路提供偏置电流,于是vt1的集电极就有电流ic通过ic,当集电极线圈l1电流发生变化时(0→增加),就会产生自感电动势,方向上+下-,因l2与l1同绕在一个磁心上,于是l2在互感的作用下,产生下+上-的感应电动势;diangon.com版权所有。它相当于一个电源,通过c4、r5、三极管vt1的发射结形成了回路进行充电,于是三极管vt1的发射结电压ube在原来偏流的基础上又增加了一个附加电流,ib增加,ic随之增加,相应l2互感电动势进一步增加,反馈强烈的进行,于是在输出端形成了很陡峭的一个输出波形。
但是这种增加不会无限制的提高,因为电容的充电性质是这样的:接通瞬间相当于短路,之后慢慢升高,充电电流逐步减小,于是电容c2两端的电压逐步升高,极性右+左-,这个逐步增高的电压对正反馈形成了阻碍,所谓“带出徒弟饿死师傅”,当达到一定值时,其负值电压与三极管vt1的发射结偏置电压极性相反,使ube逐渐减小,减小到0.5v时,三极管就截止了。
截止时这时电容c4的电压达到最大,充电电流为零,它不会因之而消停,只要有机会就会放电。它的负电压为电源电压对其充电创造了条件,于是电源电压经过r2对其反充电,不仅抵消了其原有的充电电压还对其反向充电,使其电压左+右-,并且逐步升高,当升高超过0.5v时,于是三极管又具备了导通条件,新一轮的振荡又开始了,如此周而复始的进行着。
从以上分析可知三极管vt1起到了开关作用,时而导通时而截止,生生息息,不断进行着振荡。
当三极管vt1截止时,会在l3两端产生上+下-的互感电动势,有电能输出,经二极管整流、滤波之后形成输出直流;vd7、r6为输出指示电路;只有截止时才会有输出,导通时没有,这就是反激式的来由。
四、稳压电路:由三极管vt2、vd3、c3、vd4、vd5组成;vd5在开关三极管vt1截止时导通:l2上+,c3上+、二极管vd5形成回路;c3电压上+下-,电压6v,上端接地电位0v,则下端电位-6v,这是一个取样电压,为标准值,要使vd4导通,则在vd4左端电位0.2v即可。当电压增高时,电容c3电压增高,即下端电位低于-6v,而vd4两端电压不变,于是左端电位被拉低,低于0.2v,拉低了三极管vt1的基极电位,使其饱和时间缩短,达到了稳压目的。
五、保护电路
短路保护:由输入端保护电阻r1实现,但电源出现严重的短路故障时,r1会自我牺牲,切断电路避免进一步的损坏;
.r3、c2、vd2为尖峰吸收电路,用于保护三极管vt1.我们知道,三极管在截止瞬间,会产生一个下+上-的自感电动势,与电源电压叠加后超过1000v,远远超过了三极管的最大反向电压,通过这个电路,可以对这部分电能形成回路,进行释放,同时释放的过程中,形成变化的电流,可以将能量耦合到l3;
过流保护:r4为取样电阻,当三极管vt1的电流增加时,三极管vt1发射极电压升高,使三极管vt2导通,拉低了vt1的基极电压,使其饱和时间缩短,达到了保护三极管的目的;
六、二极管vd1、vd2、vd6、vd5、vd4使用频率不同,故选择不同的二极管,高频的使用快恢复二极管。变压器采用高频变压器。
这种电路作为小功率负载使用没问题,且电路结构简单,体积较小,但它的保护不够完善,充电电流较小,功率较小,因此现在已经不多见了,但作为开关电源分析电路,还是很有研究价值的。