移動電源（充電寶）工作原理故障維修

時間：2024-10-26 02:59:28 瀏覽量：

移動電源英文名稱為Mobile Power Pack(簡稱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、數(shù)碼相機、平板電腦等數(shù)碼設備隨時隨地充電或待機供電，一般使用3.7V鋰電芯作為儲電單元，有充電和輸出兩個端口，使用方便快捷，非常適合外出旅游、開會、充電器不在身邊或不方便充電情況下使用。移動電源的品質主要取決能量轉換率與放電曲線，高品質移動電源的轉換效率可達80%左右，普通的則在70%~75%左右，差的甚至只有30%，如轉換率低于75%則意味著移動電源線路損耗較大，鋰電芯本身的發(fā)熱量也大，對用電設備本身的傷害也大。放電曲線越靠近標準電壓，波動越小則質量越好，特別是最后階段的曲線，有的移動電源通過低壓過放增加轉換率，這樣會縮短鋰電芯的壽命。

移動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轉換電路將3.7V升到5V供外接的電器使用。另一方面，移動電源一般使用市場上流行的USB接口充電器來充電，所以必須將5V轉換成4.2V左右的電壓為鋰電池充電并進行控制，所以充電管理電路也就必不可少了。此外，移動電源還需要-引動輔助電路，比如控制電壓輸出、鋰電池保護及電量指示等。圖2是某品牌移動電源的原理圖，筆者就以此圖為例來具體說明移動電源的工作原理。

JK1是該移動電源的充電端口，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。由于采用了內部PMOSFET架構，加上防倒充電路，所以不需要外部隔離二極管。熱反饋可對充電電流進行自動調節(jié)，以便在大功率操作或高環(huán)境溫度條件下對芯片溫度加以限制。充電電壓固定于4.2V，而充電電流可通過一個電阻器進行外部設置。當充電電流在達到最終浮充電壓之后降至設定值1/10 時，SS4056將自動終止充電循環(huán)。當輸人電壓(交流適配器或USB電源)被拿掉時，SS4056自動進入一個低電流狀態(tài)，將電池漏電流降至2uA以下。SS4056 在有電源時也可置于停機模式，而將供電電流降至55uA，SS4056的其他特點包括電池溫度檢測、欠壓閉鎖、自動再充電和兩個用于指示充電、結束的LED狀態(tài)引腳。
JK2是電壓輸出端口，一般為標準的USB接口以方便外設插人。CE8310CM(U2)是DC/DC升壓電路，它負責將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換效率的高低將直接決定移動電源的品質。CE8310CM是一款高性能的DC/DC轉換芯片，輸出電壓可調(由FB腳控制)，內置MOS管最大輸出電流可以達到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，轉換效率高達91%以上。

DW01 +(U6 )和FS8205A/TSSOP-8(U7、U8)構成鋰電池保護電路，這種組合方式的保護電路在很多場合中得到應用。DW01+是一個鋰電池保護電路，為避免鋰電池因過充電過放電、電流過大導致電池壽命縮短或電池被損壞而設計的，具有高精確度的電壓檢測與時間延遲電路，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 過充電模式:當從正常模式進人充電模式時，可以通過VDD檢測到電池電壓，當電池電壓進入到這充電狀態(tài)時，VDD電壓大于VOCU，遲延時間超過ToC時OC關閉。
釋放過充電模式:進人過充電狀態(tài)后，要解除過充電狀態(tài)，進入正常狀態(tài)有兩種方法，如果電池自我放電，并且VDDVOI1，OC開啟并返回到正常模式。過放電檢測:當由正常狀態(tài)進人放電狀態(tài)時，可以通過VDD檢測到電池電壓。當電池電壓進人過放電狀態(tài)時，VDD電壓小于VODL，遲延時間超過TOD，則OD關閉。此時CSI管腳通過內部電阻RCSID拉到VDD。如果VCSI>VOI2，則電路進入斷電模式(電流小于0.3uA)。
釋放斷電模式:當電池在斷電模式時，若連接人一個充電器，并且此時VCHVODR，OD開啟并返回到正常模式。
充電檢測:如果在斷電模式有一個充電器連接電池，電壓將變?yōu)閂CSIVODL。OD開啟并返回到正常模式。
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 過電流/短路電流檢測:在正常模式下，當放電電流太大時，由CSI管腳檢測到電壓大于vOLX(VIO1或VIO2)，并且遲延大于TOIX (TIO1 或TIO2)，則代表過電流(短路)狀態(tài)。OD關閉，CSI通過內部電阻RCSIS拉到VSS;釋放過電流/短路電流狀態(tài):當保護電路保持在過電流/短路電流狀態(tài)時，移去負載或介于VBAT+和VBAT-之間的阻抗大于500kΩ，并且vCSI 注意：當電池靠前次接上保護電路時，這個電路可能不會進入正常模式，此時無法放電。如果產(chǎn)生這種現(xiàn)象，將CSI與VSS短路或連接充電器，使CSI管腳電壓等于VSS電壓，就可以進入正常模式。

FS8205A是雙N溝道場效應管，內部構造及引腳功能見圖4所示，它主要是在DW01+控制下開啟或關斷電池與電路的連接。使用兩塊FS8205A并聯(lián)是為了減小損耗(實質是減小導通內阻)，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。當按下sw1后，MCU14第⑧腳輸出高電平給CE8310CM第④腳，當CE8310CM第④腳為高電平時便開始工作，從而輸出5V電壓，再按一下sW1開關則關閉輸出。同時第⑧、12腳也輸出控制信號去控制U3的接通或斷開以保護電路移動電源本身不被損壞(比如當電池電量過低時長按sW1，MCU14第⑦腳輸出高電平使U5導通從而打開LeD5作照明使用)。另外，通過第13腳檢測電池電壓，經(jīng)內部A/D轉換后去控制第②、③、⑥、⑥腳輸出，從而顯示電池相應的電量(充電時顯示充電電量)。

市面上各種不同品牌型號的移動電源琳瑯滿目，但內部電路相差不大，不少只是使用的元件略有差異，只要弄懂前述移動電源的原理，維修其他品牌型號的移動電源也不是難事。從維修實踐來看，充電電路和升壓電路損壞的機率要大點，MCU控制電路和鋰電池保護電路損壞概率要小，實際檢修時可分別斷開相關電路來查找損壞元件。筆者曾接修一塊因使用劣質12V汽車電源轉換器充電后無法正常工作的伊斯達YSD-PW006移動電源，從維修經(jīng)驗來看應該是充電電壓過高導致的故障。拆開移動電源外殼，用萬用表測量1800mAh鋰電池兩端電壓還不足3V，很明顯已過放電。因該移動電源使用DW01+和FS8205組合的保護電路來保護鋰電池，所以判斷電池應該沒事而只是保護電路動作了引起不工作故障。于是先將鋰電池正極與原PCB板脫離，用以前給手機電池單獨充電的充電器對其充電，當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。此時測量電池兩端電壓在4.2V左右，屬于正常范圍內。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，此時肯定無法給鋰電池充電了。

當過放電后保護電路又動作，這就導致了該移動電源無法正常。用熱風槍將UN8HX吹下，但還是不工作。筆者推測這時的故障應該是保護電路在“搗，鬼”造成的，因為從前述可知當電池靠前-次接上保護電路時，這個電路可能不會進入正常模式，此時無法放電。于是用鑷子將FS8205第②、⑦腳瞬時短路一下，同時發(fā)現(xiàn)PCB板上的藍色供電指示燈也閃爍下，這時再按一下電源開關鍵，發(fā)現(xiàn)藍色燈常亮，測USB輸出端口已有5.1V電壓輸出，接上負載也正常了，最后找來一-枚UN8HX換上后故障徹底排除。

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