有關(guān)手機(jī)充電過程智能化控制的探討

韓娜

摘要：手機(jī)電池的充電過程，是手機(jī)使用和設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)該過程實(shí)施智能化控制，可以將手機(jī)待機(jī)時(shí)間有效延長(zhǎng)，在電池的使用上也能提供更多的保護(hù)。本文根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鋰電池的容量和充電速度進(jìn)行研究，并從平滑直流電充電方式、帶續(xù)流功能的平滑直流充電方式控制、脈沖寬度調(diào)制式充電方式控制三方面，論述了充電方式中的智能化控制。

關(guān)鍵詞：手機(jī)充電過程；智能化控制；脈沖寬度

中圖分類號(hào)：TM925 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）10-0025-02

隨著科技的不斷進(jìn)步，以及人們生活水平的不斷提升，手機(jī)成為每個(gè)人生活的必需品，特別是在年輕一代人群中，幾乎人人都有手機(jī)。手機(jī)屬于移動(dòng)設(shè)備當(dāng)中的一種，在使用中需要一個(gè)跟隨手機(jī)移動(dòng)的電池，為手機(jī)提供運(yùn)行能量，而滿足智能手機(jī)要求的電池并不多。實(shí)踐證明，鋰電池是所有電池中最符合手機(jī)使用的一種，所以大多數(shù)手機(jī)在生產(chǎn)中，均裝配鋰電池作為手機(jī)的能源動(dòng)力。

1 鋰電池容量和充電速度的研究

1.1 鋰電池容量研究

容量是電池重要的專業(yè)指標(biāo)之一，它代表著電池在一定條件下可以放出多少電量。在國(guó)際單位中，容量大多以安培來計(jì)算，符號(hào)為A。由于手機(jī)自身大小的限制，很多手機(jī)電池容量較小，用毫安來計(jì)算，符號(hào)為mA。在電池工作中，自身容量并不是一個(gè)確定的數(shù)值，在不同環(huán)境中可分為理論容量、額定容量和實(shí)際容量。細(xì)心的手機(jī)使用者會(huì)發(fā)現(xiàn)，在不同環(huán)境下使用手機(jī)，電池的使用時(shí)間會(huì)出現(xiàn)不同，這代表著手機(jī)電池的額定容量與實(shí)際容量存在差別。在電池容量測(cè)試過程中，常用恒流放電法和恒組放電法，在測(cè)試過程中對(duì)電池施加一個(gè)恒定或者變化的電流，隨著時(shí)間的流逝，電流會(huì)逐漸形成累計(jì)，當(dāng)放電電壓低于終止電壓時(shí)，便可以確定出電池容量。

1.2 鋰電池充電速度研究

在電池進(jìn)行充放電過程時(shí)，人們用充電和放電速率來對(duì)充電速度進(jìn)行表示，也被稱作充電速率或者放電速率。無論電池的實(shí)際容量大小，如果電池在1小時(shí)之內(nèi)充電或者放電完畢，便可以被稱作1C放電或充電；如果在5小時(shí)左右充電或者放電完畢，則被稱作C/5充電或放電，并依次如此。為了更加深入的了解鋰電池的充電速度，相關(guān)研究人員進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：

首先，準(zhǔn)備兩塊電池，在其中施加幾種不同的電壓。其次，準(zhǔn)備好電壓源、電流源、示波器、二極管等設(shè)備。第一種電路連接方式如圖1所示，電源可作為信號(hào)發(fā)出器，可發(fā)出正弦波、三角波等不同波形。為了更接近與手機(jī)日常充電形式，研究人員將信號(hào)頻率調(diào)整到50Hz，但信號(hào)波發(fā)生器產(chǎn)生的功率很小，不能將其直接作為電源，所以要在電路中加入功率放大器。該實(shí)驗(yàn)中的三極管為功放管，根據(jù)要求，輸出電流需保證在5A左右。直流電源Vcc電壓為15V，由于沒有保證三極管在工作中處于靜電狀態(tài)，三極管所發(fā)出的電壓并不是完整的正弦波，但由于正向?qū)妷旱拇嬖冢珽點(diǎn)只允許通過半波，因此整個(gè)過程并不受影響。另外，圖中電阻R0為電源內(nèi)阻，代表著二極管等設(shè)備的電阻總和，為了準(zhǔn)確的測(cè)量充電電壓和電流，在其中加入了電流表和電壓表。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，由于濾波電容較大，輸出電壓平穩(wěn)，電池規(guī)定的充電電壓在4.2v左右，在電壓上限保護(hù)上幾乎為零，隨著時(shí)間的推移，充電電流會(huì)越來越小。另外，電池的電壓會(huì)越來越大，但在充電剛開始時(shí)，電流數(shù)值很小，但會(huì)隨著時(shí)間的推移而增加，當(dāng)達(dá)到155A時(shí)，又出現(xiàn)下降趨勢(shì)。電池的容量隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而增加，在充電電流總數(shù)上，變化并不明顯[1]。

2 各類充電方式中的智能化控制

2.1 平滑直流充電方式控制

摩托羅拉電源充電控制電路如圖2所示。在手機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，電池BATT首先要放到電源模塊中進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)U900的F7出現(xiàn)電壓較高情況時(shí)，F(xiàn)10的輸出電壓便會(huì)增加，并與電源電場(chǎng)效應(yīng)管Q的控制極G持平，來保證Q的導(dǎo)通情況。當(dāng)電源極的輸出電壓達(dá)到B+狀態(tài)以后，U900便開始工作。當(dāng)電池處于充電狀態(tài)時(shí)，外接電源EXTB會(huì)被引入到U900的端口，圖中用D10來表示，與此同時(shí)，在其中加入了一個(gè)0.25歐姆的電阻R932，將電壓引入到檢測(cè)端口，如果讓D9得到了較高電壓，便可將其加入到充電開關(guān)Q的柵極側(cè)，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的導(dǎo)通漏極，在經(jīng)過二極管CR之后，對(duì)電池進(jìn)行充電工作。此時(shí)極智能化控制已經(jīng)見到雛形，F(xiàn)10也會(huì)以低電量輸出為主，讓主電源中的Q942輸出截止，之后將電池箱電源的供電之路切斷。此種情況下，U900E10側(cè)的電壓幾乎全部都是經(jīng)過CR引進(jìn)而來，及時(shí)電池處于充電狀態(tài)，手機(jī)電源也不會(huì)再?gòu)氖謾C(jī)電池中攝取能量，而是依靠外接電源進(jìn)行工作，還可以為手機(jī)自身電池進(jìn)行充電工作。如果外接電源突然消失，再加上D9檢測(cè)不到其他電源時(shí)，整個(gè)電路會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到電池供電狀態(tài)。當(dāng)充電過程持續(xù)一段時(shí)間之后，人們可以通過電池的通過電壓比較，來確定電池最終的飽和程度，當(dāng)確認(rèn)電池已經(jīng)到達(dá)飽和值以后，手機(jī)CPU會(huì)發(fā)出相應(yīng)指令，讓電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖诫妷海潆婇_關(guān)Q932也會(huì)有導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂Ｈ绻謾C(jī)是處于關(guān)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行充電，手機(jī)中的部分智能系統(tǒng)將會(huì)被喚醒，對(duì)整個(gè)充電過程進(jìn)行控制，在充電完成之后，也會(huì)在屏幕上進(jìn)行提示[2]。

2.2 帶續(xù)流功能的平滑直流充電方式控制

愛立信手機(jī)充電與保護(hù)控制電路原理如圖3所示，N代表著充電控制IC，該裝置可在COU控制之下完成對(duì)手機(jī)充電流程的合理監(jiān)測(cè)。在充電過程中，DCIN+6V會(huì)加到電源的S極，也會(huì)通過相關(guān)電阻傳到N402的16腳上，當(dāng)16腳中存在高于19腳的電源電壓時(shí)，這一信息便會(huì)通過N800裝置轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在通過各個(gè)線路傳遞到CPU中，此時(shí)COU會(huì)經(jīng)過一系列分析工作，根據(jù)電池電壓實(shí)際數(shù)量來判斷手機(jī)是否需要充電，如果發(fā)現(xiàn)手機(jī)電源電壓低于電池飽和值，CPU會(huì)控制整個(gè)電路中的電壓，通過總線N800和N402，將高電平引入到G極，為其建立導(dǎo)電溝道，如此一來，線路中的電流可以通過DCIN和線路中的電阻，對(duì)電池進(jìn)行充電工作。在溝道建立過程中，主要受20腳的輸出電流影響，如果20腳中的輸出電流越大，V520中的溝道就會(huì)越寬，電阻越小，相應(yīng)的充電電流也會(huì)越大。而20腳的電壓高低與19腳的電池電壓情況直接相關(guān)，同時(shí)還會(huì)受到19腳中電阻的影響。當(dāng)電池電壓出現(xiàn)較低情況時(shí)，為了對(duì)充電電流進(jìn)行控制，20腳的輸出電壓也會(huì)降低。反之，20腳的輸出電壓會(huì)增加，從而保證充電電流的持續(xù)穩(wěn)定。如果當(dāng)電池電壓達(dá)到飽和值之后，20腳中的電壓會(huì)從高電平轉(zhuǎn)換成低電平，標(biāo)志著充電過程的結(jié)束[3]。endprint

2.3 脈沖寬度調(diào)制式充電方式控制

諾基亞手機(jī)充電與保護(hù)裝置電路如圖4所示，N100為電源模塊，N101為手機(jī)的充電模塊。在手機(jī)處于不充電狀態(tài)時(shí)，電池電壓會(huì)經(jīng)過C105和C106最終加到N100的57腳端，促使電源開始供電工作，從而完成手機(jī)的使用需要。在充電狀態(tài)下，外流電源的電壓值為4.8V，通過電路中的保險(xiǎn)絲和電感裝置后，將充電模塊加入到N101處的1腳和16腳上，其中C為濾波電容，V100為二極管。當(dāng)電路中接入電壓之后，會(huì)通過R將電壓分給N100一部分，該部分為高電平，通過不同的脈沖寬度對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試，隨后電壓會(huì)經(jīng)過56腳，將固定的脈沖寬度輸出到PWMOUT中。不同的脈沖寬度對(duì)充電電流的大小影響十分嚴(yán)重，當(dāng)電池電壓出現(xiàn)較低現(xiàn)象時(shí)，為了避免電路中電流出現(xiàn)過大現(xiàn)象，56腳輸出脈沖寬度將會(huì)變窄，促使電流出現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)電池快要充滿時(shí)，由于電池的電壓值較高，為了保證電源得到足夠的電流供應(yīng)，56腳的輸出脈沖會(huì)加寬，從而維護(hù)電池的穩(wěn)定，不會(huì)讓電池隨著電壓和電流的變化受到影響。當(dāng)57腳得到了電池飽和值得消息后，會(huì)通過COU將56腳中的所有脈沖活動(dòng)取消，N101的5腳電壓輸出值也會(huì)降低到0的位置上，此時(shí)也宣布了充電過程的完成[4]。

3 結(jié)語

綜上所述，即使市場(chǎng)上手機(jī)的品牌多種多樣，但在充電形式上卻大都相同。首先，在充電過程中，應(yīng)盡量保持電流的恒定，不會(huì)因?yàn)橥獠康碾妷鹤兓兓?，也不?huì)受到電池電壓變化的影響。其次，當(dāng)電池達(dá)到一定飽和狀態(tài)時(shí)，控制電路需要將充電電路切斷。如果上述狀態(tài)時(shí)刻處于智能控制狀態(tài)下，便是達(dá)到了保護(hù)手機(jī)電池的目的。

參考文獻(xiàn)

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