移动电源英文名称为Mobile Power Pack(简称MPP),通常又叫“外挂电池”、‘外置电池”、“后备电池”、“数码充电伴侣”或“充电宝”等,它是一种集供电和充电功能于一体的便携式充电器,可以给手机、数码相机、平板电脑等数码设备随时随地充电或待机供电,一般使用3.7V锂电芯作为储电单元,有充电和输出两个端口,使用方便快捷,非常适合外出旅游、开会、充电器不在身边或不方便充电情况下使用。移动电源的品质主要取决能量转换率与放电曲线,高品质移动电源的转换效率可达80%左右,普通的则在70%~75%左右,差的甚至只有30%,如转换率低于75%则意味着移动电源线路损耗较大,锂电芯本身的发热量也大,对用电设备本身的伤害也大。放电曲线越靠近标准电压,波动越小则质量越好,特别是最后阶段的曲线,有的移动电源通过低压过放增加转换率,这样会缩短锂电芯的寿命。
移动电源的工作原理如图1所示,由于锂电池工作电压- -般是3.7V,而USB接收口的输出电压通常为5V,所以需要DC/DC转换电路将3.7V升到5V供外接的电器使用。另一方面,移动电源一般使用市场上流行的USB接口充电器来充电,所以必须将5V转换成4.2V左右的电压为锂电池充电并进行控制,所以充电管理电路也就必不可少了。此外,移动电源还需要-引动辅助电路,比如控制电压输出、锂电池保护及电量指示等。图2是某品牌移动电源的原理图,笔者就以此图为例来具体说明移动电源的工作原理。
JK1是该移动电源的充电端口,通常以Mini USB接口为主, SS4056(U1)是锂电池充电管理芯片,它是一款完整的单节 锂电池恒定电流/恒定电压线性充电管理芯片,采用sOP-8形式封装,外围元件数目较少。由于采用了内部PMOSFET架构,加上防倒充电路,所以不需要外部隔离二极管。热反馈可对充电电流进行自动调节,以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于4.2V,而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10 时,SS4056将自动终止充电循环。当输人电压(交流适配器或USB电源)被拿掉时,SS4056自动进入一个低电流状态,将电池漏电流降至2uA以下。SS4056 在有电源时也可置于停机模式,而将供电电流降至55uA,SS4056的其他特点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的LED状态引脚。JK2是电压输出端口,一般为标准的USB接口以方便外设插人。CE8310CM(U2)是DC/DC升压电路,它负责将BAT+送来的经L1滤波隔离的3.7V电压变换成5V输出,依前面所述可知该部分转换效率的高低将直接决定移动电源的品质。CE8310CM是一款高性能的DC/DC转换芯片,输出电压可调(由FB脚控制),内置MOS管最大输出电流可以达到1.5A,工作频率为1.0MHz, 完全兼容SY7208、FP6291等芯片,采用sOT23-5格式封装,转换效率高达91%以上。
DW01 +(U6 )和FS8205A/TSSOP-8(U7、U8)构成锂电池保护电路,这种组合方式的保护电路在很多场合中得到应用。DW01+是一个锂电池保护电路,为避免锂电池因过充电过放电、电流过大导致电池寿命缩短或电池被损坏而设计的,具有高精确度的电压检测与时间延迟电路,采用SOT-23-6封装。DW01+引脚功能如图3所示,功能描述如下。
释放过充电模式:进人过充电状态后,要解除过充电状态,进入正常状态有两种方法,如果电池自我放电,并且VDD
释放断电模式:当电池在断电模式时,若连接人一个充电器,并且此时VCH
充电检测:如果在断电模式有一个充电器连接电池,电压将变为VCSI
异常充电状态:如果在正常模式下,充电器连接在电池上,若vCSI
FS8205A是双N沟道场效应管,内部构造及引脚功能见图4所示,它主要是在DW01+控制下开启或关断电池与电路的连接。使用两块FS8205A并联是为了减小损耗(实质是减小导通内阻),提高效率,在某些要求不高的条件下使用一块也是可以的。
市面上各种不同品牌型号的移动电源琳琅满目,但内部电路相差不大,不少只是使用的元件略有差异,只要弄懂前述移动电源的原理,维修其他品牌型号的移动电源也不是难事。从维修实践来看,充电电路和升压电路损坏的机率要大点,MCU控制电路和锂电池保护电路损坏概率要小,实际检修时可分别断开相关电路来查找损坏元件。笔者曾接修一块因使用劣质12V汽车电源转换器充电后无法正常工作的伊斯达YSD-PW006移动电源,从维修经验来看应该是充电电压过高导致的故障。拆开移动电源外壳,用万用表测量1800mAh锂电池两端电压还不足3V,很明显已过放电。因该移动电源使用DW01+和FS8205组合的保护电路来保护锂电池,所以判断电池应该没事而只是保护电路动作了引起不工作故障。于是先将锂电池正极与原PCB板脱离,用以前给手机电池单独充电的充电器对其充电,当红色指示灯变成绿色后代表已充满,充好后焊回电路故障依旧。此时测量电池两端电压在4.2V左右,属于正常范围内。再次用万用表检查PCB板,发现单节锂电池恒流恒压线性充电集成电路UN8HX的GND脚与BAT脚间已发生短路现象,此时肯定无法给锂电池充电了。
当过放电后保护电路又动作,这就导致了该移动电源无法正常。用热风枪将UN8HX吹下,但还是不工作。笔者推测这时的故障应该是保护电路在“捣,鬼”造成的,因为从前述可知当电池第一-次接上保护电路时,这个电路可能不会进入正常模式,此时无法放电。于是用镊子将FS8205第②、⑦脚瞬时短路一下, 同时发现PCB板上的蓝色供电指示灯也闪烁下,这时再按一下电源开关键,发现蓝色灯常亮,测USB输出端口已有5.1V电压输出,接上负载也正常了,最后找来一-枚UN8HX换上后故障彻底排除。
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