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电子论文

手机三种充电方式的智能化控制探讨

时间:2017年12月27日 所属分类:电子论文 点击次数:

手机在使用过程中,电池的充电过程是其中的重要环节,对充电过程进行智能化控制,对于延长手机的待机时间非常有帮助,对电池的使用也提供了更多的保护。下面文章作者根据以往的工作经验,根据锂电池的容量及充电速度展开研究, 对平滑直流电充电、带续流功能

  手机在使用过程中,电池的充电过程是其中的重要环节,对充电过程进行智能化控制,对于延长手机的待机时间非常有帮助,对电池的使用也提供了更多的保护。下面文章作者根据以往的工作经验,根据锂电池的容量及充电速度展开研究,对平滑直流电充电、带续流功能的平滑直流充电、脉冲宽度调制式充电三种方式进行详细分析,论述了充电方式中的智能化控制。

  关键词:手机充电过程,智能化控制,脉冲宽度

  随着科技的不断进步,以及人们生活水平的不断提升,手机成为每个人生活的必需品,特别是在年轻一代人群中,几乎人人都有手机。手机属于移动设备当中的一种,在使用中需要一个跟随手机移动的电池,为手机提供运行能量,而满足智能手机要求的电池并不多。实践证明,锂电池是所有电池中最符合手机使用的一种,所以大多数手机在生产中,均装配锂电池作为手机的能源动力。

  1 锂电池容量和充电速度的研究

  1.1 锂电池容量研究

  容量是电池重要的专业指标之一,它代表着电池在一定条件下可以放出多少电量。在国际单位中,容量大多以安培来计算,符号为A.由于手机自身大小的限制,很多手机电池容量较小,用毫安来计算,符号为mA.在电池工作中,自身容量并不是一个确定的数值,在不同环境中可分为理论容量、额定容量和实际容量。细心的手机使用者会发现,在不同环境下使用手机,电池的使用时间会出现不同,这代表着手机电池的额定容量与实际容量存在差别。在电池容量测试过程中,常用恒流放电法和恒组放电法,在测试过程中对电池施加一个恒定或者变化的电流,随着时间的流逝,电流会逐渐形成累计,当放电电压低于终止电压时,便可以确定出电池容量。

  1.2 锂电池充电速度研究

  在电池进行充放电过程时,人们用充电和放电速率来对充电速度进行表示,也被称作充电速率或者放电速率。无论电池的实际容量大小,如果电池在1小时之内充电或者放电完毕,便可以被称作1C放电或充电;如果在5小时左右充电或者放电完毕,则被称作C/5充电或放电,并依次如此。为了更加深入的了解锂电池的充电速度,相关研究人员进行了如下实验:

  首先,准备两块电池,在其中施加几种不同的电压。其次,准备好电压源、电流源、示波器、二极管等设备。第一种电路连接方式如图1所示,电源可作为信号发出器,可发出正弦波、三角波等不同波形。为了更接近与手机日常充电形式,研究人员将信号频率调整到50Hz,但信号波发生器产生的功率很小,不能将其直接作为电源,所以要在电路中加入功率放大器。该实验中的三极管为功放管,根据要求,输出电流需保证在5A左右。

  直流电源Vcc电压为15V,由于没有保证三极管在工作中处于静电状态,三极管所发出的电压并不是完整的正弦波,但由于正向导通电压的存在,E点只允许通过半波,因此整个过程并不受影响。另外,图中电阻R0为电源内阻,代表着二极管等设备的电阻总和,为了准确的测量充电电压和电流,在其中加入了电流表和电压表。根据实验数据分析可知,由于滤波电容较大,输出电压平稳,电池规定的充电电压在4.2v左右,在电压上限保护上几乎为零,随着时间的推移,充电电流会越来越小。另外,电池的电压会越来越大,但在充电刚开始时,电流数值很小,但会随着时间的推移而增加,当达到155A时,又出现下降趋势。电池的容量随着时间的增长而增加,在充电电流总数上,变化并不明显[1].

  2 各类充电方式中的智能化控制

  2.1 平滑直流充电方式控制

  摩托罗拉电源充电控制电路如图2所示。在手机处于待机状态时,电池BATT首先要放到电源模块中进行检测,当U900的F7出现电压较高情况时,F10的输出电压便会增加,并与电源电场效应管Q的控制极G持平,来保证Q的导通情况。当电源极的输出电压达到B+状态以后,U900便开始工作。当电池处于充电状态时,外接电源EXTB会被引入到U900的端口,图中用D10来表示,与此同时,在其中加入了一个0.25欧姆的电阻R932,将电压引入到检测端口,如果让D9得到了较高电压,便可将其加入到充电开关Q的栅极侧,实现输出电压的导通漏极,在经过二极管CR之后,对电池进行充电工作。此时极智能化控制已经见到雏形,F10也会以低电量输出为主,让主电源中的Q942输出截止,之后将电池箱电源的供电之路切断。

  此种情况下,U900E10侧的电压几乎全部都是经过CR引进而来,及时电池处于充电状态,手机电源也不会再从手机电池中摄取能量,而是依靠外接电源进行工作,还可以为手机自身电池进行充电工作。如果外接电源突然消失,再加上D9检测不到其他电源时,整个电路会自动恢复到电池供电状态。当充电过程持续一段时间之后,人们可以通过电池的通过电压比较,来确定电池最终的饱和程度,当确认电池已经到达饱和值以后,手机CPU会发出相应指令,让电压转变为低电平电压,充电开关Q932也会有导通变为截止。如果手机是处于关机状态进行充电,手机中的部分智能系统将会被唤醒,对整个充电过程进行控制,在充电完成之后,也会在屏幕上进行提示[2].

  2.2 带续流功能的平滑直流充电方式控制

  爱立信手机充电与保护控制电路原理如图3所示,N代表着充电控制IC,该装置可在COU控制之下完成对手机充电流程的合理监测。在充电过程中,DCIN+6V会加到电源的S极,也会通过相关电阻传到N402的16脚上,当16脚中存在高于19脚的电源电压时,这一信息便会通过N800装置转换成数字信号,在通过各个线路传递到CPU中,此时COU会经过一系列分析工作,根据电池电压实际数量来判断手机是否需要充电,如果发现手机电源电压低于电池饱和值,CPU会控制整个电路中的电压,通过总线N800和N402,将高电平引入到G极,为其建立导电沟道,如此一来,线路中的电流可以通过DCIN和线路中的电阻,对电池进行充电工作。

  在沟道建立过程中,主要受20脚的输出电流影响,如果20脚中的输出电流越大,V520中的沟道就会越宽,电阻越小,相应的充电电流也会越大。而20脚的电压高低与19脚的电池电压情况直接相关,同时还会受到19脚中电阻的影响。当电池电压出现较低情况时,为了对充电电流进行控制,20脚的输出电压也会降低。反之,20脚的输出电压会增加,从而保证充电电流的持续稳定。如果当电池电压达到饱和值之后,20脚中的电压会从高电平转换成低电平,标志着充电过程的结束[3].

  2.3 脉冲宽度调制式充电方式控制

  诺基亚手机充电与保护装置电路如图4所示,N100为电源模块,N101为手机的充电模块。在手机处于不充电状态时,电池电压会经过C105和C106最终加到N100的57脚端,促使电源开始供电工作,从而完成手机的使用需要。在充电状态下,外流电源的电压值为4.8V,通过电路中的保险丝和电感装置后,将充电模块加入到N101处的1脚和16脚上,其中C为滤波电容,V100为二极管。当电路中接入电压之后,会通过R将电压分给N100一部分,该部分为高电平,通过不同的脉冲宽度对电路进行调试,随后电压会经过56脚,将固定的脉冲宽度输出到PWMOUT中。

  不同的脉冲宽度对充电电流的大小影响十分严重,当电池电压出现较低现象时,为了避免电路中电流出现过大现象,56脚输出脉冲宽度将会变窄,促使电流出现下降趋势。当电池快要充满时,由于电池的电压值较高,为了保证电源得到足够的电流供应,56脚的输出脉冲会加宽,从而维护电池的稳定,不会让电池随着电压和电流的变化受到影响。当57脚得到了电池饱和值得消息后,会通过COU将56脚中的所有脉冲活动取消,N101的5脚电压输出值也会降低到0的位置上,此时也宣布了充电过程的完成[4].

  3 结语

  综上所述,即使市场上手机的品牌多种多样,但在充电形式上却大都相同。首先,在充电过程中,应尽量保持电流的恒定,不会因为外部的电压变化而变化,也不会受到电池电压变化的影响。其次,当电池达到一定饱和状态时,控制电路需要将充电电路切断。如果上述状态时刻处于智能控制状态下,便是达到了保护手机电池的目的。

  参考文献:

  [1]杨涛,程耕国,程骅,王海涛.一种新型电动汽车充电桩控制系统设计与应用[J].现代电子技术,2017,40(15):179-182.

  [2]马赟馨,谢妍.基于磁耦合共振传输技术的手机无线充电系统的设计与研究[J].电子世界,2017,(09):7-8+10.

  [3]邓荣艳,杨振德.南宁市住宅小区绿化植物的调查分析[J].广西园艺,2009,13(4):88-89.

  [4]邓友均,李明,余千,张鹏兴,张彦涛.基于实时信息感知的电动汽车物流配送路径优化与充电导航[J].南方电网技术,2017,11(02):41-49.

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  光电子技术创刊于1981年,由中国信息产业部主管,南京电子器件研究所主办,报道国内光电行业技术动态,近年来先后被《中国期刊网》、《中国学术期刊》(光盘版)全文收录并被美国《化学文摘》(CA)作为引录用刊,更获得了信息产业部2000年期编辑规范化奖和2002年江苏省优秀期刊称号,被评为一级期刊。

  

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