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关于电源适配器你了解多少?
- 2021-09-08-

      随着科技的发展,手机生产工艺的持续成熟,手机制造价格的持续走低。根据工业和信息化部无线电管理局 (国家无线电办公室)2019 年 3 月 26 日正式发布《中国无线电管理年度报告 (2018 年)》显示,2018 年我国净增移动电话用户达到 1.49 亿户,总数达到 15.7 亿户。移动电话用户普及率达到 112.2 部/百人,比上年末提高 10.2 部/百人。其中,全国已有 24 个省市的移动电话普及率超过 100 部/百人。这说明,手机已经是我们生活中不可或缺的一部分。


随着手机的普及大大地改变了我们的生活方式和生活节奏。有了手机,我们能随时随地玩游戏、刷视频、逛淘宝、点外卖,处理工作事务。可以说,手机大大方便了我们的生活。因此,我们也越来越离不开手机,使用手机的时间也越来越长。但是,手机自带锂电池并不能一直持续放电。因此,我们需要充电。手机的充电方式随着手机的发展而发展,现在手机的充电模组基本是电源适配器+充电线的结构。其中,电源适配器俗称充电插头。本文主要介绍电源适配器。


电源适配器


电源适配器,英文名称 Power adapter。是手机、平板电脑等小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备。一般由外壳、变压器、电感、电容、控制 IC、PCB 板、包含协议的 PWM 电源管理芯片等元器件组成,它的工作原理是将输入的交流电转换为直流电并输出;按连接方式可分为插墙式和桌面式。

电源适配器随着不同手机厂商的不同需求而衍生出了不同的物理接口和充电功率。经过市场的筛选,目前的电源适配器主要有以下几种类型:从手机电源适配器的物理接口类型可以分为 Type A 和 Type C 两种类型;从电源适配器的充电功率可分为 5W、10W、15W、18W、22.5W、40W、48W、60W、120W 等多种类型;从充电协议类型又可分为 PD 电源适配器、QC 电源适配器、华为电源适配器、AFC 电源适配器、PE 电源适配器等。虽然现在的电源适配器种类繁多,不同的适配器存在不能兼容的问题。但是,值得庆幸的是,现在的电源适配器功能越来越齐全,出现了一种电源适配器拥有不同物理插孔,可兼容多种不同协议兼容多种功率、电压、电流。 相信在不久的将来,会出现能统一相关物理接口及协议的电源适配器。


我们日常接触手机电源适配器的时候,一般只知道电源适配器是由两个插脚一个外壳构成的。对内部的结构并不了解,只知道里面是一个电路板(PBC 板)。本文将着重介绍电源适配器的内结构。


电源适配器的结构


手机电源适配器也叫交流电源适配器,即将输入的交流电源转换成输出的直流电源装置。常见的手机电源适配器都是直插式电源适配器,适配器的插头(插脚)与外壳构成整体。直插式电源适配器的插脚一般采用铁制或者铜制,从导体的导电性(电阻率)来说,铁制插脚的导电性远差于铜制插脚,所以好的电源适配器一定要选择铜制插脚。铜制插脚的导电性能佳,但是铜材长期置于大气中会发生氧化而降低电阻率,这样对充电性能会降低很多,所以需要在插脚的表面镀镍进行防氧化处理。


电源适配器的外壳材质是塑料的,且应具备良好的耐热、耐久、力学性能和尺寸稳定性的环保复合材料。根据 GB/T 22727.1 的要求,环保复合材料应满足安全环保、资源循环利用等功能,其中材料的多环芳烃(PAHs)的含量宜小于 200mg/kg,苯并芘宜小于 20mg/kg。满足以上要求外壳的材料有主要有聚碳酸酯(PC),丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)、PC/ABS 合金、热塑性聚酯(PET/PBT)、改性聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、热塑性聚氨酯(TPU)。当前电源适配器外壳的材质常见的有环保阻燃 PC 胶料,其阻燃等级为 UL 94-V0,阻燃等级远高于国家标准要求的 UL 94-V1。


最后就是比较抽象化的 PCB 板,俗称电路板。PCB 板决定了整个电路的电气性能。手机电源适配器的额定输入电压是 AC:100V~240V,容差为±10%。频率为 50/60Hz 或 50Hz~60Hz. 在正常负载条件下,其稳态输入电流不应超过额定电流的 1.1 倍。


电源 PCB 板


介绍完电源适配器的主要构件,接下来重点介绍电源 PCB 板。


每一个手机电源适配器的核心部位都在于 PCB 板。芯片、电容、电感、PCB 板等元器件都焊接在 PCB 上。PCB 板各个元器件承担着不同的作用,保证整个电路的电气性能可实时进行监控,确保电路不会出现过压、过温等损坏电气性能的问题。对此,不同的厂家针对自主设计的电源适配器都有不同的设计方案。主要体现在元器件的使用、电路的设计、芯片的设计等。功率不一样的电源适配器,电路的设计、元器件的使用及芯片的设计也是各不相同的。


电源适配器将输入的交流电源转换成输出的直流电源,这一功能就是由芯片、电容、电感、PCB 板等元器件的组合搭配实现的。不同元器件的不同功能,我们一一介绍。


第一个是固态电容滤波。固态电容滤波具有宽温度范围的稳定阻抗, 适于电源滤波;并且其具有高稳定性,这在超频中尤为重要。固态电容滤波主要用于有效地提供稳定充沛的电源。Y 电容一般用于避免输出干扰。


热敏电阻用于减小上电浪涌;压敏电阻,用于过压保护;这两者共同构成防浪涌保护模组,可以有效减少浪涌对供电设备的损坏,也具有一定的防雷作用。


慢熔保险丝:慢熔断保险丝也叫延时保险丝,它的延时特性表现在电路出现非故障脉冲电流时保持完好而能对长时间的过载提供保护;


变压器:主要是将交流电压变为直流电压,将交流电变为直流电。一般电压器起到电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等;电容:隔直流,旁路(去耦);肖特基二极管:用来提高同步整流效率。


除了以上这些之外还有各类芯片,半导体,整流管,控制器等元器件。


目前电源适配器最前沿的技术当属 “超级快充”。从各大电商平台数据我们可以看到,5A 超级快充电源适配器的检索频率是最高的。但是对于什么是 “超级快充”,大部分用户都不是非常清楚


电源适配器的输出电压及电流


想了解超级快充电源适配器,必须先了解电源适配器的输出电压及电流。很多用户都知道华为的 40W SuperCharge 电源适配器(充电头),也大概知道它可以支持哪些电压、电流规格。比如,其运用于笔记本电脑端主要有 20V/2A,运用于手机端有 10V/4A、4.5V/5A、5V/4.5A、5V/2A。华为官网有界定华为手机标配的 40W 充电器可以为本产品进行 40W(10V4A)超级快充,意思就是超过(包括)4A 的电流就可以定义为超级快充


只从适配器的输出电流及电压去界定电源适配器是不是超级快充是不正确的。要想界定电源适配器是否为超级快充,需要从电源适配器所能兼容的快充协议入手。快充协议是指写入在电源适配器、数据线、手机充电模组芯片的编码,有了这份编码,手机就能完成快速充电。目前的快充协议主要有 QC 快充、PD 快充、华为 FCP、SCP 快充、PE 快充等,下面我们一一介绍 “。


高通快充 英文:Quick Charge,简称 QC 或者 QC 快充,以下称 QC 快充。QC 快充是高通骁龙芯片系统中的快速充电技术,其性能由高通骁龙系列芯片实现,是目前运用最广泛的快充协议。


USB Power Delivery,简称 USB PD,是 USB 开发者论坛在 2012 年 7 月 5 日发布的 USB 充电标准与技术。PD 协议作为目前最受欢迎的快充协议之一,作为主流充电协议,其发展速度也是紧跟时代的步伐,不断的在跟新充电标准技术。截至目前为止,USB PD 协议已从 USB PD1.0 更新至 USB PD3.0,不同版本之间的充电规则也有所升级改进。


华为 FCP、SCP 充电协议,英文:SuperCharge。是自主研发的快充协议。华为的 SCP 协议首次亮相是在华为 22.5W 的充电头上,其充电电压电流是 4.5V/5A,同时可向下兼容 5V/2A。联发科(MediaTek Inc.)PE 充电协议,英文:Pump Express 简称 PE。PE 快速充电技术从 PE1.0 更新至当前最新的 PE3.0,实现充电 5 分钟,通话 4 小时。它从 PE2.0 的 “大电压,小电流” 到 PE3.0 的 “小电压,大电流”。PE3.0 最大功率达到了 34.8W,且以 Type-C 作为 PE3.0 充电接口。PE 充电协议常见应用于魅族手机。VOOC 闪充协议是 OPPO 自主研发的闪充技术,充电速度提升了 4 倍以上,智能五级防护。广告上常说的一句话:充电 5 分钟,通话 2 小时;指的就是 OPPO 的闪充技术。VOOC 闪充协议 5V5A 三十分钟就可以充满 75%,这样的充电速度相对于旧版本的快充协议来说,有了非常大的改进。三星 AFC 快充协议,英文:Adaptive Fast Charging。三星作为曾经最大的手机制造商,在半导体领域同样创造了神奇。但是在快速充电技术行业,似乎三星电子并没有那么出色。当 AFC 推出 25W 功率的快充技术时,虽然相对于 15W 的功率来说,有了很大的改进,这仅是对于 AFC 的快充协议来说的。三星大部分的机型都仅支持 25W 的充电速率,哪怕是使用最新 65W 的功率进行充电,也就只能是达到 25W 的充电速率,所以三星 AFC 快协议的更新对于当下市场来说是比较慢的。以上就是电源适配器常见的快充协议种类。对于电源适配器,在写入协议,封装完成后,最重要的就是性能测试。


电源适配器的性能测试


关于电源适配器的测试,主要从两个方面进行测试:1.物理结构,2.电气性能。


1.物理结构上的测试:主要是接口的插拔测试,根据 YD/T 1591-2009 技术要求规定,连接插头与连接插座之间进行插拔,插拔 3000 个周期,6000 次之后,机械结构应无损坏。再者就是外壳材质的性能,需具备良好的耐热,耐久,力学性能和尺寸稳定。目前的电源适配器的插拔周期一般在 5000 个周期以上。


2.电气性能上的测试:电气性能方面的测试,主要根据 YD/T 1591-2009 技术要求,通过充电器测试仪,检测充电器的各项性能指标,如输入、输出电压/电流,以及充电器植入的各个快充协议。


 


 


 


 


 


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