Зарядные устройства аккумуляторов мобильных телефонов

Зарядные устройства аккумуляторов мобильных телефонов. Часть 1

Все мобильные телефоны питаются от аккумуляторов, которые надо периодически подзаряжать. Зарядные устройства входят в комплект каждого мобильного телефона, но все в этом мире периодически ломается. Прежде, чем покупать новое зарядное устройство для Вашего мобильного телефона надо попытаться отремонтировать неисправное. К сожалению, типов и разновидностей зарядных устройств для мобильных телефонов существует очень много — ненамного меньше, чем моделей телефонов. Сориентироваться в этом «поле чудес» поможет серия статей, которую мы и открываем.
В настоящее время можно купить, если и не все, то очень многое. При этом, естественно, имеются в виду лишь материальные вещи, а не духовные блага. Были бы деньги. А деньги любят счет. Вот и получается, что рачительный хозяин попытается с минимальными затратами отремонтировать отказавшее изделие своей бытовой техники — в данном случае это будет зарядное устройство мобильного телефона.
Опыт показывает, что подавляющее большинство изделий ширпотреба для всего мира изготавливается сейчас в Китае. Трудолюбие простых людей, стремлением завоевать мировой рынок не только объемом своей продукции, но и ее дешевизной, очевидны. Существенно и то, что изделия очень разнообразны. Может быть, что это обусловлено стремлением предприятий изготавливать «свою, фирменную» продукцию, чтобы никому не платить за использование «его» разработок. При этом кроме наличия отличий от аналогичной продукции надо, чтобы «свой» товар был не только конкурентоспособным, но и работоспособным.
Прибыль возможна в таком случае при производстве товаров, которые не рассчитаны на длительный срок эксплуатации из-за использования дешевых радиокомпонентов, работа их на пределе своих возможностей (в граничных режимах), выбор неоптимальных режимов работы, отсутствия элементов защиты и т.д. Поэтому в большинстве случаев радиокомпоненты на печатных платах не маркируются, детали устанавливаются на платы кое-как…
Часто при ремонте изделий приходится зарисовывать схему по «живому» образцу, поскольку какая-либо техническая документация на зарядные устройства для мобильных телефонов отсутствует. На фото показана схема одного из них. К сожалению, эта плата попала к автору этой статьи без корпуса, поэтому невозможно установить ее принадлежность конкретному типу мобильного телефона. В данном случае это не принципиально, поскольку требовалось лишь показать, что очень часто потребитель приобретает совсем не то, что обозначено на шильдике готового изделия.
Схема устройства представлена на рис.1. Она нарисована по рисунку печатной платы реального устройства и фактически установленным на ней радиокомпонентах.

Все известные схемы промышленных сетевых зарядных устройств для мобильных телефонов питаются от бытовой сети 220/230 В 50/60 Гц. В некоторых странах напряжение сети составляет 110В. Это напряжение выпрямляется диодным выпрямителем. На схеме рис.1 функцию простейшего однополупериодного выпрямителя выполняет полупроводниковый диод D1. Как правило, во всех разновидностях сетевых зарядных устройств для мобильных телефонов используются диоды типа 1 N4007. Эти диоды рассчитаны на большое, прикладываемое к ним, напряжение при токе до 1 А. При этом их стоимость минимальна. В один из входных проводов выпрямителя устройства включается предохранитель — разрывной резистор R1 сопротивлением несколько Ом. Что и от чего он защищает, отключая зарядное устройство от сети? Учитывая тепловую инерционность типовых разрывных резисторов, им требуется достаточно много времени для перегорания. Кроме этого велика и разрывная мощность -в течение всего этого времени через резистор должен протекать большой ток, который и вызовет разрушение токопроводящего материала резистора. Отсюда вывод — резистор R1 способен защитить только промышленную сеть (электропроводку) от КЗ в ее нагрузке — зарядном выпрямителе. Защитить зарядное устройство мобильного телефона, имеющего бестрансформаторную схему питания, предохранитель практически любого типа не способен.
Если Вам повстречалось зарядное устройство любого типа к любому мобильному телефону с перегоревшим защитным резистором, аналогичным R1 на схеме рис, 1, то гарантированно можно быть уверенным в наличии других, вышедших из строя, радиокомпонентов в схеме.
Попутно отметим, что самые дешевые конструкции зарядных устройств для мобильных телефонов не содержат в своем составе даже такой защиты.
Конденсатор С1 присутствует во всех схемах сетевых зарядных устройств мобильных телефонов.
Он накапливает электрический заряд, который впоследствии используется для питания генератора. Такой алгоритм работы зарядного устройства использован для гальванической развязки заряжаемого аккумулятора мобильного телефона с высоковольтной питающей сетью и достижения минимальных массогабаритных показателей устройства. Трансформаторы идеально решают эти проблемы, но они имеют небольшие габариты лишь при работе на высоких частотах, когда можно применять ферриты — несколько десятков кГц. На рис.1 такой трансформатор обозначен, какТ1. Трансформатор имеет основную силовую рабочую обмотку, которая включена в коллекторную цепь транзистора VT1 на этой схеме.
Номенклатура «силовых» транзисторов для сетевых адаптеров мобильных телефонов невелика, поскольку транзистор КТС13001 имеет почти идеальное соотношение цены и качества для данных устройств. Разные производители этих транзисторов имеют свою фирменную маркировку типа, но порядковый номер типа этого транзистора(13001)сохраняется. При этом возможно, что не совпадают цоколевки их транзисторов. Это следует учитывать при замене транзистора VT1 во время ремонта зарядного устройства.
Практически все сетевые адаптеры выполняются по схеме блокинг — генератора. Силовая обмотка блокинг — трансформатора (Т1) включается в коллекторную цепь транзистора n-р-n VT1, а вспомогательная обмотка этого трансформатора обеспечивает положительную обратную связь (ПОС) для возможности поддержания генерации в схеме. Сигнал ПОС подается на базу транзистора VT1 через цепочку C3R3. Резистор R2 обеспечивает начальное смещение на базе транзистора. Резистор R4 — сопротивление отрицательной обратной связи.
Стабилизация режима работы транзистора VT1 в схеме автогенератора осуществляется за счет изменения положения его рабочей точки на вольт — амперной характеристике. Для этого сигнал ПОС с дополнительной обмотки импульсного трансформатора Т1 выпрямляется диодом D3, сглаживается конденсатором С2 и в отрицательной полярности подается через стабилитрон D2 на базу транзистора VT1. Таким образом смещение на базе транзистора VT1 одновременно зависит от тока через резистор R2 и величины напряжения на конденсаторе С2.
Стабилитрон D2 обеспечивает пороговый характер действия напряжения на конденсаторе С2 на базовое смещение транзистора VT1.
Пониженное трансформатором Т1 напряжение снимается во вторичной обмотки трансформатора Т1, выпрямляете диодом D4, сглаживается конденсатором С4 и подается на выход устройства — Uout. Kaк показали измерения, выходное напряжение этой схемы составляет 5 В.
Рабочая частота блокинг — ге нератора достаточно высока-
несколько десятков кГц, поэтому выпрямительный диод D4 для, уменьшения потерь должен быть высокочастотным. Если раньше производители использовали дешевый НЧ диод 1N4007, то в данной конструкции уже применен 1N5819.
Резистор R5, шунтирующий первичную обмотку блокинг трансформатора Т1, гасит паразитные колебания на ней при запирании транзистора VT1.
Как видно из фото 1 комплектация монтажной платы зарядного устройства для мобильного телефона претерпела изменения при монтаже на нее деталей — часть промаркированных радиокомпонентов не была установлена. По рисунку проводников печатной платы и имеющейся на ней маркировке был воссоздан первоначальный вариант этого изделия — рис.2.

Первое, что бросается в глаза — переменное сетевое напряжение должно было выпрямляться двухполупериодным сетевым выпрямителем, т.е. должно было бы быть установлено на плату четыре диода 1 N4007(D1). Естественно, при этом легче было бы получить большую выходную мощность (выходной ток) зарядного устройства.
Если бы были установлены на плату вспомогательный транзистор VT2 и его базовый резистор R7, то более эффективно происходило бы запирание транзистора при возрастании тока через него. При этой ситуации за счет возрастания тока эмиттера транзистора VT1 взрастает падение
напряжения на резисторе R4. Это напряжение является отпирающим для транзистора VT2. Резистор R7 в его базовой цепи — токоограничительный. Открываясь, транзистор VT2 снимает смещение с базы транзистора VT1, запирая его.
Отличительная особенность запирания транзистора VT1 транзистором VT2 — быстродействие схемы защиты по сравнению с инерционной схемой управления транзистором VT1 напряжением с конденсатора С2.
Несколько изменена схема включения конденсатора СЗ. Если в схеме рис. 1 он был включен параллельно с резистором R3.то в схеме рис.2 эти радиокомпоненты включены последовательно.
Так же можно обратить внимание на то, что первоначально производитель предполагал использовать в качестве диода D3 стабилитрон. На работу выпрямителя напряжения ПОС с дополнительной обмотки блокинг-трансформатора Т1 это не влияет — и обычный диод, и стабилитрон при прямой полуволне входного переменного (импульсного) напряжения ведут себя совершенно одинаково, но в
положительную полуволну стабилитрон может осуществить дополнительную стабилизацию напряжения обратной связи.
Использование лишь резистора R5 для исключения паразитных колебаний в схеме после запирания транзистора VT1 в схеме рис.1 является самым дешевым для производственником вариантом. В схеме рис.2 для этих целей предполагалось использовать стандартную, но более эффективную RC — цепочку R5C5.
Маркировка позиционных обозначений радиокомпонентов на монтажной плате отсутствовала, поэтому эти обозначения на схемах рис.1, рис.2 и фото выполнены произвольно.
Ниже приводятся номиналы основных элементов схемы рис. 1:
VT1 -КТС13001;
D1 — 1N4007, D2 — стабилитрон 7,2 В, D3 — 1N4148, D4 -1N5819;
С1 — 2,2 мкФ 400 В, С2 -4,7 мкФ 50 В, СЗ — 4700 пФ, С4- 100 мкФ 16В;
R1 — 1 Ом, R2 — 620 кОм, R3 -10кОм, R4- 10 Ом, Р5-6,2кОм, R6-430Oм.

Зарядные устройства аккумуляторов мобильных телефонов. Часть 2

(Окончание. Начало см. в РА 1/2010)
Настоящая статья продолжает цикл публикаций о теоретических особенностях схем зарядных устройств мобильных телефонов и практике их использования. Отмечая многообразие схем и конструкций этих устройств, сделана попытка проанализировать и обобщить большой объем реальных устройств, имеющихся у автора.
Мобильные телефоны давно вошли в нашу жизнь. В настоящее время они уже имеются у подавляющего числа людей всех цивилизованных стран. Ими пользуются «и стар, и млад». Если сами мобильные телефоны ремонтопригодны практически только в специализированных мастерских, то зарядные устройства могут восстанавливаться и радиолюбителями. Цель настоящих публикаций — оказать им теоретическую и практическую помощь.
К сожалению, технической литературы по данному вопросу в настоящее время практически крайне мало, чтоб не сказать, что ее вообще нет. Несколько небольших публикаций в радиолюбительских журналах издательства «Радиоаматор» касались ремонта конкретных типов зарядных устройств мобильных телефонов. Постараемся продолжить рассмотрение схем, чтобы сделать их анализ и выявить закономерности, как отказов, так и их устранения.
На фото 2 показан внешний вид монтажной платы зарядного устройства «FABRIC», MODEL: 2СМ43-2100. Согласно шильдика устройства его выходная мощность может составлять 10 Вт, а максимальный ток — 0,7 А.
Схема устройства — рис.2 — была составлена по внешнему виду монтажной платы. Нумерация фотографий и чертежей сделана в статьях этой серии публикаций сквозной.
Как видно из схемы она практически очень мало отличается от схемы рис, 1 предыдущей статьи. Такой же однополупериодный выпрямитель D1 сетевого напряжения, накопительный конденсатор С1 и блокинг — генератор на транзисторе VT1 типа 13001. Единственное «существенное» отличие
схем состоит в том, что конденсатор обратной связи блокинг — генератора СЗ на схеме рис. 1 зашунтирован резистором R3, а в схеме рис.2 он включен последовательно с R3. Соответственно, на рис.1 этот резистор является и одним из плеч делителя напряжения (R2 — R3) базового смещения транзистора VT1, а на рис.2 одним из плеч аналогичного делителя является резистор R7.
Другим отличием является то, что в схеме рис.1 конструкторы (или производственники?) ограничились лишь одним резистором R5 для гашения колебаний на первичной обмотке трансформатора Т1 при запирании транзистора VT1, а в схеме рис.2 была использована стандартная демпфирующая цепочка R5C5D5.
Теоретическое решение улучшения демпфирования вызывает недоумение в его технической реализации — чем обусловлен выбор типа диода D5 1 N4007? Даже в этой же схеме в качестве диода выходного выпрямителя D4 применен более высокочастотный, а, значит, с меньшими потерями, диод 1N5819. Напомню, что рабочая частота блокинг — генератора составляет несколько десятков кГц, а различие стоимостей этих типов диодов незначительно.
На фото 3 видно, что внешний вид монтажной платы зарядного устройства «FABRIC», MODEL: ACP-12Е абсолютно идентичен внешнему виду платы вышеописанного устройства (фото 2).

На этой же фотографии так же видно, что может произойти с монтажом при пробое и коротком замыкании транзистора VT1 в этих схемах. На фото 3 для наглядности промаркированы позиционные обозначения вышедших из строя радиокомпонентов — VT1, R1, R4, R5, R7.

Одновременно вышел из строя и электролитический конденсатор С1. Это позволяет сделать предположение, что имело место резкое превышение допустимого уровня входного напряжения.
Кстати, хочу обратить внимание читателей, что сгорел и «защитный» резистор R1, но что он защитил перед «этим»? Однозначно — не элементы схемы, а сеть от них, «короткозамкнутых»!