张大妈

北航电工电子大作业——杀死那个充电头

源自UP主:张烂泥

02-21 13:53

日常使用的充电头,其内部构造和工作原理鲜为人知。通过一次彻底的拆解,可以清晰地观察到220V交流电是如何经过一系列精密的电路转换,最终稳定输出为5V直流电为设备充电的。这个过程揭示了电子设计中的基础但关键的工程思维。

北航电工电子大作业——杀死那个充电头智能速览

  • 充电头由外壳、插头和一块单层主板构成。

  • 220V交流电经整流滤波后变为311V高压直流电。

  • 高压直流电通过PWM控制器和变压器进行降压处理。

  • 次级线圈输出的低压电由同步整流芯片进行处理。

  • 最终通过分压电路,在USB接口输出符合协议的电压。

北航电工电子大作业——杀死那个充电头精华内容

想知道这个小小的充电头内部究竟藏着什么秘密吗?下面将从零开始,一步步拆解其电路设计的完整路径。

AC输入端

电流首先从插头进入主板的AC输入端。第一道保护是串联的保险丝F1,用于在发生短路时切断电路。随后,电流经过MB10F整流桥,将220V交流电转换为脉动的直流电。

紧接着,正面的三个大电容组成的CLC滤波器开始工作,对脉动直流电进行平滑处理,最终输出相对稳定的311V高压直流电,为后续核心转换电路供电。

高压转换核心

311V高压直流电并不会直接进入变压器。在到达EE1610变压器初级绕组之前,会先经过由C1、R4、R5和D1组成的RCD钳位保护电路,用于吸收开关管关断时产生的尖峰电压,保护电路元件。

同时,一条支路通过R2、R3启动电阻为PWM控制芯片U1(型号U9513B)提供启动电压,让整个电路开始工作。

恒压恒流控制

电路的控制核心是U9513B这颗PWM控制器芯片。它通过控制变压器初级绕组的开关频率和占空比,来精确调节输出电压和电流,实现恒压(CV)和恒流(CC)功能。

为了维持持续工作,变压器的辅助绕组会向U1芯片提供稳定的供电电压。此外,一个蓝色的安规电容并联在初级和次级地之间,用于过滤高频噪声。

低压输出整流

电压在EE1610变压器次级绕组中已经降为5V。但这并非最终的输出形态。电流需要经过U7710同步整流芯片进行高效的整流和平滑,相比传统的二极管整流,能有效降低发热和提升效率。

最后,经过EC4、R13、R14组成的分压电路,在USB口的D+和D-数据线上设置特定的分压(原文提到约2.71V),以识别设备并握手,最终在VBUS和GND之间输出稳定的5V电压。

拆解一个充电头,不仅是满足好奇心的探索,更是一次对基础电路知识的实践回顾。它展示了那些被封装在塑料外壳下的精巧设计。或许下次拿起充电头时,会多一分对其中工程智慧的理解。

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