有关手机充电过程智能化控制的探讨

韩娜

摘要：手机电池的充电过程，是手机使用和设计中的重要环节，对该过程实施智能化控制，可以将手机待机时间有效延长，在电池的使用上也能提供更多的保护。本文根据以往工作经验，对锂电池的容量和充电速度进行研究，并从平滑直流电充电方式、带续流功能的平滑直流充电方式控制、脉冲宽度调制式充电方式控制三方面，论述了充电方式中的智能化控制。

关键词：手机充电过程；智能化控制；脉冲宽度

中图分类号：TM925 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）10-0025-02

随着科技的不断进步，以及人们生活水平的不断提升，手机成为每个人生活的必需品，特别是在年轻一代人群中，几乎人人都有手机。手机属于移动设备当中的一种，在使用中需要一个跟随手机移动的电池，为手机提供运行能量，而满足智能手机要求的电池并不多。实践证明，锂电池是所有电池中最符合手机使用的一种，所以大多数手机在生产中，均装配锂电池作为手机的能源动力。

1 锂电池容量和充电速度的研究

1.1 锂电池容量研究

容量是电池重要的专业指标之一，它代表着电池在一定条件下可以放出多少电量。在国际单位中，容量大多以安培来计算，符号为A。由于手机自身大小的限制，很多手机电池容量较小，用毫安来计算，符号为mA。在电池工作中，自身容量并不是一个确定的数值，在不同环境中可分为理论容量、额定容量和实际容量。细心的手机使用者会发现，在不同环境下使用手机，电池的使用时间会出现不同，这代表着手机电池的额定容量与实际容量存在差别。在电池容量测试过程中，常用恒流放电法和恒组放电法，在测试过程中对电池施加一个恒定或者变化的电流，随着时间的流逝，电流会逐渐形成累计，当放电电压低于终止电压时，便可以确定出电池容量。

1.2 锂电池充电速度研究

在电池进行充放电过程时，人们用充电和放电速率来对充电速度进行表示，也被称作充电速率或者放电速率。无论电池的实际容量大小，如果电池在1小时之内充电或者放电完毕，便可以被称作1C放电或充电；如果在5小时左右充电或者放电完毕，则被称作C/5充电或放电，并依次如此。为了更加深入的了解锂电池的充电速度，相关研究人员进行了如下实验：

首先，准备两块电池，在其中施加几种不同的电压。其次，准备好电压源、電流源、示波器、二极管等设备。第一种电路连接方式如图1所示，电源可作为信号发出器，可发出正弦波、三角波等不同波形。为了更接近与手机日常充电形式，研究人员将信号频率调整到50Hz，但信号波发生器产生的功率很小，不能将其直接作为电源，所以要在电路中加入功率放大器。该实验中的三极管为功放管，根据要求，输出电流需保证在5A左右。直流电源Vcc电压为15V，由于没有保证三极管在工作中处于静电状态，三极管所发出的电压并不是完整的正弦波，但由于正向导通电压的存在，E点只允许通过半波，因此整个过程并不受影响。另外，图中电阻R0为电源内阻，代表着二极管等设备的电阻总和，为了准确的测量充电电压和电流，在其中加入了电流表和电压表。根据实验数据分析可知，由于滤波电容较大，输出电压平稳，电池规定的充电电压在4.2v左右，在电压上限保护上几乎为零，随着时间的推移，充电电流会越来越小。另外，电池的电压会越来越大，但在充电刚开始时，电流数值很小，但会随着时间的推移而增加，当达到155A时，又出现下降趋势。电池的容量随着时间的增长而增加，在充电电流总数上，变化并不明显[1]。

2 各类充电方式中的智能化控制

2.1 平滑直流充电方式控制

摩托罗拉电源充电控制电路如图2所示。在手机处于待机状态时，电池BATT首先要放到电源模块中进行检测，当U900的F7出现电压较高情况时，F10的输出电压便会增加，并与电源电场效应管Q的控制极G持平，来保证Q的导通情况。当电源极的输出电压达到B+状态以后，U900便开始工作。当电池处于充电状态时，外接电源EXTB会被引入到U900的端口，图中用D10来表示，与此同时，在其中加入了一个0.25欧姆的电阻R932，将电压引入到检测端口，如果让D9得到了较高电压，便可将其加入到充电开关Q的栅极侧，实现输出电压的导通漏极，在经过二极管CR之后，对电池进行充电工作。此时极智能化控制已经见到雏形，F10也会以低电量输出为主，让主电源中的Q942输出截止，之后将电池箱电源的供电之路切断。此种情况下，U900E10侧的电压几乎全部都是经过CR引进而来，及时电池处于充电状态，手机电源也不会再从手机电池中摄取能量，而是依靠外接电源进行工作，还可以为手机自身电池进行充电工作。如果外接电源突然消失，再加上D9检测不到其他电源时，整个电路会自动恢复到电池供电状态。当充电过程持续一段时间之后，人们可以通过电池的通过电压比较，来确定电池最终的饱和程度，当确认电池已经到达饱和值以后，手机CPU会发出相应指令，让电压转变为低电平电压，充电开关Q932也会有导通变为截止。如果手机是处于关机状态进行充电，手机中的部分智能系统将会被唤醒，对整个充电过程进行控制，在充电完成之后，也会在屏幕上进行提示[2]。

2.2 带续流功能的平滑直流充电方式控制

爱立信手机充电与保护控制电路原理如图3所示，N代表着充电控制IC，该装置可在COU控制之下完成对手机充电流程的合理监测。在充电过程中，DCIN+6V会加到电源的S极，也会通过相关电阻传到N402的16脚上，当16脚中存在高于19脚的电源电压时，这一信息便会通过N800装置转换成数字信号，在通过各个线路传递到CPU中，此时COU会经过一系列分析工作，根据电池电压实际数量来判断手机是否需要充电，如果发现手机电源电压低于电池饱和值，CPU会控制整个电路中的电压，通过总线N800和N402，将高电平引入到G极，为其建立导电沟道，如此一来，线路中的电流可以通过DCIN和线路中的电阻，对电池进行充电工作。在沟道建立过程中，主要受20脚的输出电流影响，如果20脚中的输出电流越大，V520中的沟道就会越宽，电阻越小，相应的充电电流也会越大。而20脚的电压高低与19脚的电池电压情况直接相关，同时还会受到19脚中电阻的影响。当电池电压出现较低情况时，为了对充电电流进行控制，20脚的输出电压也会降低。反之，20脚的输出电压会增加，从而保证充电电流的持续稳定。如果当电池电压达到饱和值之后，20脚中的电压会从高电平转换成低电平，标志着充电过程的结束[3]。endprint

2.3 脉冲宽度调制式充电方式控制

诺基亚手机充电与保护装置电路如图4所示，N100为电源模块，N101为手机的充电模块。在手机处于不充电状态时，电池电压会经过C105和C106最终加到N100的57脚端，促使电源开始供电工作，从而完成手机的使用需要。在充电状态下，外流电源的电压值为4.8V，通过电路中的保险丝和电感装置后，将充电模块加入到N101处的1脚和16脚上，其中C为滤波电容，V100为二极管。当电路中接入电压之后，会通过R将电压分给N100一部分，该部分为高电平，通过不同的脉冲宽度对电路进行调试，随后电压会经过56脚，将固定的脉冲宽度输出到PWMOUT中。不同的脉冲宽度对充电电流的大小影响十分严重，当电池电压出现较低现象时，为了避免电路中电流出现过大现象，56脚输出脉冲宽度将会变窄，促使电流出现下降趋势。当电池快要充满时，由于电池的电压值较高，为了保证电源得到足够的电流供应，56脚的输出脉冲会加宽，从而维护电池的稳定，不会让电池随着电压和电流的变化受到影响。当57脚得到了电池饱和值得消息后，会通过COU将56脚中的所有脉冲活动取消，N101的5脚电压输出值也会降低到0的位置上，此时也宣布了充电过程的完成[4]。

3 結语

综上所述，即使市场上手机的品牌多种多样，但在充电形式上却大都相同。首先，在充电过程中，应尽量保持电流的恒定，不会因为外部的电压变化而变化，也不会受到电池电压变化的影响。其次，当电池达到一定饱和状态时，控制电路需要将充电电路切断。如果上述状态时刻处于智能控制状态下，便是达到了保护手机电池的目的。

参考文献

[1]杨涛，程耕国，程骅，王海涛.一种新型电动汽车充电桩控制系统设计与应用[J].现代电子技术，2017，40（15）：179-182.

[2]马赟馨，谢妍.基于磁耦合共振传输技术的手机无线充电系统的设计与研究[J].电子世界，2017，（09）：7-8+10.

[3]邓荣艳，杨振德.南宁市住宅小区绿化植物的调查分析[J].广西园艺，2009，13（4）：88-89.

[4]邓友均，李明，余千，张鹏兴，张彦涛.基于实时信息感知的电动汽车物流配送路径优化与充电导航[J].南方电网技术，2017，11（02）：41-49.endprint