移动电源的工作原理

第一章 开关电源的基本工作原理

1-1．几种基本类型的开关电源

顾名思义，开关电源就是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。

开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外，开关电源输出电压也有三种工作方式：直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样，前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作方式多用于开关稳压电源。

根据开关器件在电路中连接的方式，目前比较广泛使用的开关电源，大体上可分为：串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。其中，变压器式开关电源（后面简称变压器开关电源）还可以进一步分成：推挽式、半桥式、全桥式等多种；根据变压器的激励和输出电压的相位，又可以分成：正激式、反激式、单激式和双激式等多种；如果从用途上来分，还可以分成更多种类。

下面我们先对串联式、并联式、变压器式等三种最基本的开关电源工作原理进行简单介绍，其它种类的开关电源也将逐步进行详细分析。

1-2．串联式开关电源

1-2-1．串联式开关电源的工作原理

图1-1-a是串联式开关电源的最简单工作原理图，图1-1-a中Ui是开关电源的工作电压，即：直流输入电压；K是控制开关，R是负载。当控制开关K接通的时候，开关电源就向负载R输出一个脉冲宽度为Ton，幅度为Ui的脉冲电压Up；当控制开关K关断的时候，又相当于开关电源向负载R输出一个脉冲宽度为Toff，幅度为0的脉冲电压。这样，控制开关K不停地“接通”和“关断”，在负载两端就可以得到一个脉冲调制的输出电压uo 。

详解充电宝的锂电池电芯

随着大屏幕智能手机的盛行，本身电池技术瓶颈，待机时间超过一天的手机越来越少。这就催生了一个新的产品品类--移动电源，或者叫充电宝（下来统称充电宝）。

随着技术的进步，5000毫安的充电宝依然成为起步数。8000、10000、15000甚至20000毫安的移动电源比比皆是。现在的充电宝市场非常混乱，从几十元到大几百元，各种各样的品牌晃瞎了双眼（国内某顶级电商关于充电宝的品类就有上百个品牌)。但充电宝里面还是有很多门道的。比如它的外观，有圆的、扁的、长的、方的、片状的甚至有毛绒玩具的！还有它的标准的区别，比如机场讲瓦时，而不是我们俗称的毫安。功能也越来越多，比如存储、无线路由、读卡器功能等等。

放电效率中最重要的是电芯，它是怎么一回事？

现在的充电宝电芯一般分为18650电芯和聚合物锂离子电芯。

它们的外观也很好辨别。

圆柱形、比较厚重的充电宝一般都是18650电芯。

聚合物锂离子电芯的尺寸、外观可以进行自定义化的设计。比如一些很轻薄、外观怪异、片状的充电宝。

现在有一种说法，18650电芯比聚合物锂离子电芯低档，总觉得放了几节充电电池在里面。这是真的嘛？

当然不是！

Tesla里面就是18650电芯，你觉得它会差嘛？电池分A、B、C级，如果都是A级电芯，相同毫安下的电芯放电效率相差无几。这种说法主要都是卖聚合物锂离子电芯、高价的厂商用来攻击对手的营销策略。大家要了解这一点儿。

所以所谓那种类型电芯更好这种迷思是不存在的。重要的是电池的等级，要认准大厂品牌，能保证电池的等级。

标称5000毫安就能充5000毫安嘛？

不一定！

这是跟它的充放电效率有关的。

大部分电源能接近76%的转化效率已经是不错的了。比如10000毫安能充7600毫安给你手机，就是非常不错的转换效率了。

当然容积比很重要！毫安数越高，体积越小越好，这就是现在卡片式、手账式的充电宝流行的原因。

三合一移动电源方案

引言

移动电源是一种便携式电源设备，可以充电并储存电能以供用户在户外或旅行中使用。在现代社会中，移动电源已经成为人们日常生活中必不可少的物品之一。随着科技的不断发展和用户需求的增加，越来越多的功能被集成到移动电源中，例如无线充电、快速充电和多种输出接口等。本文将介绍一种创新的三合一移动电源方案，为用户带来更便捷和多功能的使用体验。

1. 方案概览

三合一移动电源方案主要包括以下三个方面的功能和特点：

1. 无线充电功能：通过在移动电源的外壳上嵌入无线充电模块，用户可以将支持无线充电功能的设备直接放置在移动电源上进行充电，无需使用繁琐的充电线。这种无线充电方案采用了 Qi 标准，兼容性广泛。

2. 快速充电功能：为了满足用户对快速充电的需求，移动电源内部搭载了高转换效率的快速充电模块，能够提供更快速、更高效的充电体验。通过使用智能芯片控制和多种保护机制，保证了移动电源的安全性和稳定性。

3. 多种输出接口：为了适配不同类型的设备和用户需求，移动电源设计了多种输出接口，包括 USB-A、USB-C 和 Micro USB 等。这些接口可以同时供电，并且支持快速充电协议，兼容市面上大部分智能设备。

2. 技术细节

2.1 无线充电

无线充电模块主要由发射端和接收端组成。移动电源的外壳上嵌入了发射端，而设备的背面则嵌入了接收端。通过电磁感应原理，发射端和接收端之间建立起电磁耦合，实现无线充电功能。

为了满足用户对无线充电的高效和安全需求，无线充电模块使用了 Qi 标准。它提供了6.78 MHz的工作频率和5V的工作电压，以实现快速且稳定的充电效果。同时，智能芯片的控制和多重保护机制保证了无线充电的安全性，例如过热保护和过电流保护等。

2.2 快速充电

快速充电模块采用了高转换效率的充电技术，能够更快地将电源充满。通过控制充电电压和电流的匹配，可以实现最大限度地提高充电效率。同时，智能芯片的控制和多重保护机制确保了快速充电的稳定性和安全性，例如逆向连接保护和过压保护等。

作为PC的动力来源，电源的重要性不言而喻，它能直接影响到整部机器的稳定运行和整体性能发挥。由于早期电脑配件功耗方面要求较低，所以对电源的依赖性较少，在Pentium3时代以前，不是太受重视的，但由于近年来随着硬件设备特别是CPU和显卡的高速发展及更新换代，PC对供电的要求大幅提高，因此电源对整个系统的稳定性起着越来越重要的作用。

为了能用于驱动机箱内的各中PC设备，电源主要通过运行高频开关技术将输入的较高的交流电压(AC)转换成PC电脑工作所需要的(DC)，这是电源的基本工作原理。

电源是个人电脑中不可缺少的重要组成部件

PC电源的工作流程：当市电进入电源后，先通过扼流线圈和电容滤波去除高频杂波和干扰信号，然后经过整流和滤波得到高压直流电。接着通过开关电路把高压直流电转成高频脉动直流电，再送高频开关变压器降压。最后滤除高频交流部份，这样最后输出供电脑使用的相对纯净的低压直流电。

如上图所示，电源内部的大致流程为：高压市频交流输入 → 一、二级EMI滤波电路（滤波） → 全桥电路整流(整流)+大容量高压滤波电容(滤波) → 高压直流 → 开关三极管 → 高频率的脉动直流电 → 开关变压器（变压）→ 低压高频交流 → 低压滤波电路（整流、滤波） → 稳定的低压直流输出

一级EMI滤波电路

1、220交流电进入电源，首先经过扼流线圈和电容，滤除高频杂波和同相干扰信号。这些扼流线圈和电容就组成了一级EMI滤波电路。

二级EMI滤波电路

2、通过一级EMI电路后，再由电感线圈和电容组成的二级EMI电路进一步滤除高频杂波。

有源PFC(主动式PFC)

PFC(Power Factor Correction)即“功率因数校正”，主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高，说明电能的利用效率越高。通过CCC认证的PC电源，都必须增加PFC电路。PFC电路一般设计在第二层滤波之后，全桥整流电路之前，它在增流滤波电路中有着非常重要的作用，可以在把交流电转换为直流时提高电源对市电的利用率，减少电能损耗，同时使用PFC能减少电源对市电和其它电器的干扰。