ОглавлениеЗарядное устройство для сотового телефона
Смотрите также
Блокинг-генератор в импульсных источниках питания
Блоки питания
| [Home] | [Donate!] [Контакты] |
Название "зарядное устройство для сотового телефона" не вполне точно выражает выполняемые устройством функции. На самом деле, это обычный блок питания небольшой мощности (обычно рассчитан на ток нагрузки до 0.5...1 А, номинальное 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.
Оглавление
Несмотря на то, что существует множество превосходных контроллеров для импульсных блоков питания, недорогих и с хорошими характеристиками, до сих пор встречаются зарядные устройства для сотовых телефонов, выполненные по 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). Прочие подобные устройства, в основном, устроены аналогично, поэтому рассматриваемую схему можно считать типовой. Нумерация элементов (как и в устройствах других моделей) может быть непоследовательной, так как для некоторых элементов место на плате зарезервировано, но они не установлены.
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, а значит и ёмкость конденсатора. Хотя здесь на плате зарезервировано место для монтажа выпрямителя по мостовой схеме, используется 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, но его влияние невелико в связи с малым сопротивлением. 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.
Когда выходное напряжение, а значит и напряжение на C4 становится достаточно большим, во время положительных (открывающих) импульсов на базе Q1, появляются импульсы тока стабилизации через D6, которые уменьшают амплитуду импульсов базового тока. Соответственно, уменьшается и максимальное значение, достигаемое коллекторным током при открытом транзисторе. Это приводит к укорачиванию импульсов блокинг-генератора, так при линейном росте тока в индуктивности L1, который происходит при открытом транзисторе, меньшее значение тока достигается за меньшее время. Соответственно, частота импульсов растёт. Но энергия, передаваемая трансформатором в нагрузку за один такт, которая пропорциональна квадрату тока в L1, уменьшается в большей степени, чем возрастает частота. Поэтому средняя мощность, поступающая в нагрузку, снижается, конденсатор C5 постепенно разражается, напряжение на нём (т.е., напряжение на нагрузке) уменьшается.
Со снижением напряжения на C5, снижается напряжение и на C4, стабилитрон в меньшей степени ограничивает импульсы базового тока транзистора Q1, возрастает и амплитуда импульсов коллекторного тока этого транзистора. При этом длительность импульсов возрастает (а частота падает), но передаваемая за один такт энергия, пропорциональная квадрату тока, увеличивается в большей степени, чем снижается частота импульсов. В целом, средняя мощность, передаваемая в нагрузку, увеличивается, напряжение на конденсаторе C5 растёт.
Так осуществляется стабилизация выходного напряжения. Причём использование разных обмоток для питания нагрузки и для измерения напряжения, обеспечивает гальваническую развязку между нагрузкой и сетью.
Элементы D5, R3, C2 образуют демпферную цепь, ограничивающую амплитуду импульса на L1 (обусловленного наличием индуктивности рассеяния обмотки трансформатора) и, тем самым, ограничивающую пиковое напряжение на 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; во время прямого хода ток через L3 практически равен нулю - подключённый к ней диод D8 заперт), а затем накопленная энергия отдаётся через обмотки дросселя (обратный ход: транзистор закрыт). Преимущественно энергия на обратном ходе отдаётся через обмотку L3 конденсатору C5 и далее в нагрузку; частично через L2, обеспечивая небольшой ток цепи стабилизации. С другой стороны, T1 всё же немного трансформатор, он используется как трансформатор на прямом ходе для осуществления положительной обратной связи (через L2).
Разные модели зарядных устройств, построенных на основе блокинг-генератора, обычно очень сходны между собой (вплоть до совпадения номиналов элементов), но могут иметь и небольшие отличия.
Допустим, на входе может быть установлен мостовой выпрямитель и могут иметься какие-либо элементы фильтрации электромагнитных помех.
Так как стабилизационные свойства схемы далеки от совершенства, иногда схему дополняют линейным стабилизатором на выходе. Заодно это снижает уровень пульсаций выходного напряжения. Использоваться может 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.
Рис. 2
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 дополнительные функции вроде защиты от перегрузок по току, защиты от перегрева и прочие).
Иногда бывают довольно странные конструктивные изменения, смысл которых неочевиден. Вот, например, полная схема устройства AMT SONER K750i, которое упоминалось выше.
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 необоснованным.
Крайне простые и очень дешёвые источники питания на основе блокинг-генератора, к сожалению, имеют массу недостатков. Некоторые из которых связаны с принципом работы используемой схемы и неизбежны для устройств подобного типа, а некоторые обусловлены стремлением разработчиков сэкономить на всём, на чём только можно и на чём нельзя.
Если рассматривать приведённые в этой статье примеры, то из наиболее очевидных, можно назвать следующие недостатки. В схемах нет элементов для ограничения зарядного тока сглаживающего конденсатора в момент включения устройства в сеть. Часто нет даже предохранителя на входе. 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. 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. Отсутствуют элементы защиты от перегрузки, от перенапряжения на выходе. На выходе также нет достаточной фильтрации для высокочастотных составляющих в спектре пульсаций. Схема не обеспечивает высокой стабильности выходного напряжения.
В целом, устройства на основе блокинг-генератора могли бы найти ограниченное применение, но, упрощённые сверх всяких пределов варианты нельзя рекомендовать к использованию ни в каких случаях.
Смотрите ещё пример зарядного устройства для телефона:
Зарядное устройство AMT Style
Смотрите углубленный анализ источников питания на основе блокинг-генератора:
Блокинг-генератор в импульсных источниках питания