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移動(dòng)電源(充電寶)工作原理故障維修
移動(dòng)電源英文名稱為Mobile Power Pack(簡(jiǎn)稱MPP),通常又叫“外掛電池”、‘外置電池”、“后備電池”、“數(shù)碼充電伴侶”或“充電寶”等,它是一種集供電和充電功能于一體的便攜式充電器,可以給手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、平板電腦等數(shù)碼設(shè)備隨時(shí)隨地充電或待機(jī)供電,一般使用3.7V鋰電芯作為儲(chǔ)電單元,有充電和輸出兩個(gè)端口,使用方便快捷,非常適合外出旅游、開會(huì)、充電器不在身邊或不方便充電情況下使用。移動(dòng)電源的品質(zhì)主要取決能量轉(zhuǎn)換率與放電曲線,高品質(zhì)移動(dòng)電源的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)80%左右,普通的則在70%~75%左右,差的甚至只有30%,如轉(zhuǎn)換率低于75%則意味著移動(dòng)電源線路損耗較大,鋰電芯本身的發(fā)熱量也大,對(duì)用電設(shè)備本身的傷害也大。放電曲線越靠近標(biāo)準(zhǔn)電壓,波動(dòng)越小則質(zhì)量越好,特別是最后階段的曲線,有的移動(dòng)電源通過低壓過放增加轉(zhuǎn)換率,這樣會(huì)縮短鋰電芯的壽命。
移動(dòng)電源的工作原理如圖1所示,由于鋰電池工作電壓- -般是3.7V,而USB接收口的輸出電壓通常為5V,所以需要DC/DC轉(zhuǎn)換電路將3.7V升到5V供外接的電器使用。另一方面,移動(dòng)電源一般使用市場(chǎng)上流行的USB接口充電器來充電,所以必須將5V轉(zhuǎn)換成4.2V左右的電壓為鋰電池充電并進(jìn)行控制,所以充電管理電路也就必不可少了。此外,移動(dòng)電源還需要-引動(dòng)輔助電路,比如控制電壓輸出、鋰電池保護(hù)及電量指示等。圖2是某品牌移動(dòng)電源的原理圖,筆者就以此圖為例來具體說明移動(dòng)電源的工作原理。
JK1是該移動(dòng)電源的充電端口,通常以Mini USB接口為主, SS4056(U1)是鋰電池充電管理芯片,它是一款完整的單節(jié) 鋰電池恒定電流/恒定電壓線性充電管理芯片,采用sOP-8形式封裝,外圍元件數(shù)目較少。由于采用了內(nèi)部PMOSFET架構(gòu),加上防倒充電路,所以不需要外部隔離二極管。熱反饋可對(duì)充電電流進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),以便在大功率操作或高環(huán)境溫度條件下對(duì)芯片溫度加以限制。充電電壓固定于4.2V,而充電電流可通過一個(gè)電阻器進(jìn)行外部設(shè)置。當(dāng)充電電流在達(dá)到最終浮充電壓之后降至設(shè)定值1/10 時(shí),SS4056將自動(dòng)終止充電循環(huán)。當(dāng)輸人電壓(交流適配器或USB電源)被拿掉時(shí),SS4056自動(dòng)進(jìn)入一個(gè)低電流狀態(tài),將電池漏電流降至2uA以下。SS4056 在有電源時(shí)也可置于停機(jī)模式,而將供電電流降至55uA,SS4056的其他特點(diǎn)包括電池溫度檢測(cè)、欠壓閉鎖、自動(dòng)再充電和兩個(gè)用于指示充電、結(jié)束的LED狀態(tài)引腳。JK2是電壓輸出端口,一般為標(biāo)準(zhǔn)的USB接口以方便外設(shè)插人。CE8310CM(U2)是DC/DC升壓電路,它負(fù)責(zé)將BAT+送來的經(jīng)L1濾波隔離的3.7V電壓變換成5V輸出,依前面所述可知該部分轉(zhuǎn)換效率的高低將直接決定移動(dòng)電源的品質(zhì)。CE8310CM是一款高性能的DC/DC轉(zhuǎn)換芯片,輸出電壓可調(diào)(由FB腳控制),內(nèi)置MOS管最大輸出電流可以達(dá)到1.5A,工作頻率為1.0MHz, 完全兼容SY7208、FP6291等芯片,采用sOT23-5格式封裝,轉(zhuǎn)換效率高達(dá)91%以上。
DW01 +(U6 )和FS8205A/TSSOP-8(U7、U8)構(gòu)成鋰電池保護(hù)電路,這種組合方式的保護(hù)電路在很多場(chǎng)合中得到應(yīng)用。DW01+是一個(gè)鋰電池保護(hù)電路,為避免鋰電池因過充電過放電、電流過大導(dǎo)致電池壽命縮短或電池被損壞而設(shè)計(jì)的,具有高精確度的電壓檢測(cè)與時(shí)間延遲電路,采用SOT-23-6封裝。DW01+引腳功能如圖3所示,功能描述如下。
正常模式:如果VODL>VDD>VOCU,并且VCH釋放過充電模式:進(jìn)人過充電狀態(tài)后,要解除過充電狀態(tài),進(jìn)入正常狀態(tài)有兩種方法,如果電池自我放電,并且VDD
釋放斷電模式:當(dāng)電池在斷電模式時(shí),若連接人一個(gè)充電器,并且此時(shí)VCH
充電檢測(cè):如果在斷電模式有一個(gè)充電器連接電池,電壓將變?yōu)閂CSI
異常充電狀態(tài):如果在正常模式下,充電器連接在電池上,若vCSI
FS8205A是雙N溝道場(chǎng)效應(yīng)管,內(nèi)部構(gòu)造及引腳功能見圖4所示,它主要是在DW01+控制下開啟或關(guān)斷電池與電路的連接。使用兩塊FS8205A并聯(lián)是為了減小損耗(實(shí)質(zhì)是減小導(dǎo)通內(nèi)阻),提高效率,在某些要求不高的條件下使用一塊也是可以的。
MCU14 (U4) S8050 (U5)及LED1-LED5組成控制、照明及電量指示電路。當(dāng)按下sw1后,MCU14第⑧腳輸出高電平給CE8310CM第④腳,當(dāng)CE8310CM第④腳為高電平時(shí)便開始工作,從而輸出5V電壓,再按一下sW1開關(guān)則關(guān)閉輸出。同時(shí)第⑧、12腳也輸出控制信號(hào)去控制U3的接通或斷開以保護(hù)電路移動(dòng)電源本身不被損壞(比如當(dāng)電池電量過低時(shí)長(zhǎng)按sW1,MCU14第⑦腳輸出高電平使U5導(dǎo)通從而打開LeD5作照明使用)。另外,通過第13腳檢測(cè)電池電壓,經(jīng)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后去控制第②、③、⑥、⑥腳輸出,從而顯示電池相應(yīng)的電量(充電時(shí)顯示充電電量)。市面上各種不同品牌型號(hào)的移動(dòng)電源琳瑯滿目,但內(nèi)部電路相差不大,不少只是使用的元件略有差異,只要弄懂前述移動(dòng)電源的原理,維修其他品牌型號(hào)的移動(dòng)電源也不是難事。從維修實(shí)踐來看,充電電路和升壓電路損壞的機(jī)率要大點(diǎn),MCU控制電路和鋰電池保護(hù)電路損壞概率要小,實(shí)際檢修時(shí)可分別斷開相關(guān)電路來查找損壞元件。筆者曾接修一塊因使用劣質(zhì)12V汽車電源轉(zhuǎn)換器充電后無法正常工作的伊斯達(dá)YSD-PW006移動(dòng)電源,從維修經(jīng)驗(yàn)來看應(yīng)該是充電電壓過高導(dǎo)致的故障。拆開移動(dòng)電源外殼,用萬用表測(cè)量1800mAh鋰電池兩端電壓還不足3V,很明顯已過放電。因該移動(dòng)電源使用DW01+和FS8205組合的保護(hù)電路來保護(hù)鋰電池,所以判斷電池應(yīng)該沒事而只是保護(hù)電路動(dòng)作了引起不工作故障。于是先將鋰電池正極與原PCB板脫離,用以前給手機(jī)電池單獨(dú)充電的充電器對(duì)其充電,當(dāng)紅色指示燈變成綠色后代表已充滿,充好后焊回電路故障依舊。此時(shí)測(cè)量電池兩端電壓在4.2V左右,屬于正常范圍內(nèi)。再次用萬用表檢查PCB板,發(fā)現(xiàn)單節(jié)鋰電池恒流恒壓線性充電集成電路UN8HX的GND腳與BAT腳間已發(fā)生短路現(xiàn)象,此時(shí)肯定無法給鋰電池充電了。
當(dāng)過放電后保護(hù)電路又動(dòng)作,這就導(dǎo)致了該移動(dòng)電源無法正常。用熱風(fēng)槍將UN8HX吹下,但還是不工作。筆者推測(cè)這時(shí)的故障應(yīng)該是保護(hù)電路在“搗,鬼”造成的,因?yàn)閺那笆隹芍?dāng)電池靠前-次接上保護(hù)電路時(shí),這個(gè)電路可能不會(huì)進(jìn)入正常模式,此時(shí)無法放電。于是用鑷子將FS8205第②、⑦腳瞬時(shí)短路一下, 同時(shí)發(fā)現(xiàn)PCB板上的藍(lán)色供電指示燈也閃爍下,這時(shí)再按一下電源開關(guān)鍵,發(fā)現(xiàn)藍(lán)色燈常亮,測(cè)USB輸出端口已有5.1V電壓輸出,接上負(fù)載也正常了,最后找來一-枚UN8HX換上后故障徹底排除。
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