[Home]

Зарядное устройство для сотового телефона

Название "зарядное устройство для сотового телефона" не вполне точно выражает выполняемые им функции. На самом деле, это обычный блок питания небольшой мощности (обычно рассчитан на ток нагрузки до 0.5..1 А, напряжение на выходе 5 В), который используется как источник напряжения для схемы, встроенной в телефон и контролирующей процесс заряда аккумулятора. Наиболее распространены работающие от сети устройства, которые в целях обеспечения минимальных размеров, веса и цены, выполняется по импульсной схеме. Разумеется, возможны и другие варианты, например, зарядное устройство, работающее от бортовой сети автомобиля, автономное зарядное устройство со встроенным аккумулятором большой ёмкости или что-то ещё более экзотическое, вроде зарядного устройства на солнечных батареях.

Типовая схема
Варианты схемы
Недостатки схемы



Типовая схема

Несмотря на то, что существует множество превосходных контроллеров для импульсных блоков питания, недорогих и с хорошими характеристиками, большинство зарядных устройств для сотовых телефонов выполнены по типовой, простейшей схеме на одном транзисторе. По сути - это обычный блокинг-генератор плюс несколько дополнительных элементов. Вот так, казалось уже забытый, блокинг-генератор нашёл новую сферу применения.

Рассмотрим схему одного из зарядных устройств (HF 2774-1; вход: AC 100-250 В, 50~60 Гц, 100 мА; выход: DC 4.7-11 В, ≤700 мА; произведено в Китае для WAX Mobile). Нумерация элементов (как и в устройствах других моделей) может быть непоследовательной, так как для некоторых элементов место на плате зарезервировано, но они не установлены.

Электрическая принципиальная схема зарядного устройства для сотового телефона Рис. 1

Сетевое напряжение выпрямляется с помощью однополупериодного выпрямителя на диоде D4, конечно же типа 1N4007. Конденсатор C1 сглаживает пульсации напряжения. Резистор R1 выполняет скорее функции предохранителя, чем ограничения зарядного тока конденсатора C1 при включении устройства в сеть - для этого номинал резистора слишком мал. Поэтому при включении зарядного устройства в розетку можно наблюдать искру, тем более мощную, чем больше мощность зарядного устройства (максимальный ток выхода), а значит и ёмкость конденсатора. Иногда на плате резервируется место для монтажа выпрямителя по мостовой схеме, но используется чаще всего однополупериодная схема. Что конечно плохо: возрастает уровень пульсаций выпрямленного сетевого напряжения (это не так страшно, пульсации компенсируются за счёт стабилизирующих свойств импульсного преобразователя), а что ещё хуже - появляется постоянная составляющая потребляемого от сети тока, что совершенно недопустимо для качественного блока питания.

На транзисторе Q1 собран блокинг-генератор. Резистор R6 создаёт начальное смещение на базе транзистора для запуска генератора после включения. Цепь положительной обратной связи образована обмоткой L2 трансформатора T1 и элементами R8, R7, C3, R5. В эмиттерную цепь транзистора включён резистор R4 с малым сопротивлением, за счёт него увеличивается входное сопротивление усилительного каскада на Q1. Отрицательные импульсы напряжения на обмотке L2 (которые возникают, когда транзистор Q1 закрыт) через диод D7 заряжают конденсатор C4. В эти же моменты времени происходит заряд конденсатора C5 через диод D8 от обмотки L3 в цепи питания нагрузки. Амплитуды импульсов напряжения на обмотках L2 и L3 будут пропорциональны количествам витков в обмотках, а значит и сами амплитуды импульсов на обмотках будут пропорциональны, т.е. по выпрямленному напряжению на конденсаторе C4 можно судить о напряжении на выходе - на конденсаторе C5.

И когда напряжение на C4 станет достаточно большим, откроется стабилитрон D6, обеспечивая отрицательное смещение на базе Q1. За счёт этого осуществляется стабилизация выходного напряжения, причём использование разных обмоток для питания нагрузки и для измерения напряжения обеспечивает гальваническую развязку.

Элементы D5, R3, C2 образуют демпферную цепь, ограничивающую амплитуду импульса на индуктивности рассеяния обмотки трансформатора и коллекторе транзистора в момент его закрытия.

Между прочим, T1 на самом деле не трансформатор, а многообмоточный дроссель. Разница между ними существенная и заключается в самом принципе работы. В трансформаторе происходит передача энергии от одной обмотки к другой, не требуется её накопления в магнитопроводе (для трансформатора такое накопление - побочный процесс). В дросселе сначала происходит накопление энергии в магнитопроводе (прямой ход: транзистор открыт, ток через L1 нарастает), а затем накопленная энергия отдаётся через обмотки дросселя (обратный ход: транзистор закрыт). Преимущественно энергия на обратном ходе отдаётся обмотке L3 и далее в нагрузку (во время прямого хода ток через L3 практически равен нулю - подключённый к ней диод D8 заперт); частично через L2, обеспечивая небольшой ток цепи стабилизации. С другой стороны, T1 всё же немножко трансформатор, он используется как трансформатор на прямом ходе для осуществления положительной обратной связи.

Варианты схемы

Зарядные устройства на основе блокинг-генератора очень распространены и разные модели если отличаются, то незначительно.

Так как стабилизационные свойства схемы далеки от совершенства, обычно схему дополняют линейным стабилизатором на выходе. Это может быть стабилизатор в виде микросхемы или стабилизатор в виде эмиттерного повторителя, на базу которого подаётся напряжение с параметрического стабилизатора на стабилитроне, как это сделано в зарядном устройстве AMT SONER K750i.

Выходная цепь зарядного устройства со стабилизатором Рис. 2

Такое небольшое усложнение схемы существенно улучшает стабильность выходного напряжения и уменьшает уровень пульсаций на выходе. Ещё лучше результат будет при использовании специализированного линейного стабилизатора - как в количественном отношении (высокая точность, ещё более высокая стабильность и меньший уровень пульсаций), так и в качественном (обычно такие стабилизаторы имеют защиту от перегрузок по току и от перегрева).

Иногда, но не часто, на входе ставят мостовой выпрямитель, а не однополупериодный.

Иногда бывают довольно странные конструктивные изменения, смысл которых совершенно не очевиден. Вот, например, полная схема устройства AMT SONER K750i, о котором уже говорилось чуть ранее.

Схема зарядного устройства для сотового телефона Рис. 3

Схема на рис. 3 похожа на изображённую на рис. 1 вплоть до номиналов элементов, но способ подключения обмотки L2 здесь изменён (на рис. 1 имеем контур: L2 - RC-цепь - Q1бэ - Rэ=R4; здесь имеем контур: L2 - RC-цепь - Q1бэ) - резистор R2 оказался исключён из локальной обратной связи в цепи эмиттера и его присутствие становится вообще бессмысленным.

Недостатки схемы

Распространённость и популярность используемой в зарядных устройствах простейшей схемы, к сожалению, ещё не означает отсутствия в ней недостатков. Стремление сэкономить на всём, на чём только можно и на чём нельзя, привело к тому, что типичное зарядное устройство является наглядным примером "как делать не надо".

В схеме нет элементов ограничения зарядного тока сглаживающего конденсатора в момент включения устройства в сеть. Отсутствуют элементы защиты от перегрузки, от перенапряжения на выходе. Схема не обеспечивает высокой стабильности выходного напряжения. Это делает использование подобного устройства небезопасным. В схеме отсутствует фильтр на входе, так что высокочастотные помехи, создаваемые блокинг-генератором с лёгкостью попадают в сеть (электролитический конденсатор в выпрямителе сетевого напряжения не решает всех проблем - как известно, для высокочастотных составляющих эквивалентная ёмкость электролитических конденсаторов падает, зато последовательное сопротивление и паразитная индуктивность проявляются в полной мере). Устройство не только "загрязняет" сеть, но и само беззащитно от помех и импульсных выбросов, не являющихся редкостью в реальных условиях. На выходе также нет достаточной фильтрации для высокочастотных составляющих в спектре пульсаций.

Устройство является сильно нелинейным потребителем для сети (мгновенный потребляемый ток не пропорционален мгновенному напряжению в сети). Кроме того, если входной выпрямитель выполнен по однополупериодной схеме, появляется постоянная составляющая потребляемого тока, что весьма нежелательно для сетей переменного тока.

author: hamper; date: 2016-09-08
  @Mail.ru