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讨论 第8期 原创赛

话题探讨:笔记本电脑,手机等的充电策略

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ckj_ck
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  • 2018-1-16 10:22:23
虽说一直在玩开关电源,但是对适配器充电器的充电策略这些还是一团困惑,也搜了下论坛上并没有这方面的讨论或者说是科普,特发此帖讨论,希望有这方面的专家出来指点迷津。
首先提出我已有的一些认知:
1. 大家都知道,现在流行的手机或者笔记本电脑充电都是先恒流充电,然后恒压充电以达到把电池充满的目的。
2. 并且由我遇到的一个朋友发生的一个现象可知,电池和电源是可以同时给电脑供电的,那个现象就是,电源适配器adapter插着电脑,电池的电量却在逐渐往下降,但是的确是充着电的,有充电中的提示,这个现象表明,适配器的功率不足以完全驱动电脑,电脑还另外从电池那边抽取了电流。

对于第1点,那么问题就来了:
既然是先恒流再恒压,恒压基本没什么问题,手机大家都是5V,笔记本电脑基本都是19.5V左右,大差不差。但是电流各个适配器就差多了。
以笔记本电脑适配器来举例:例如需要额定适配器参数为19.5V,7.5A的笔记本电脑,

1. 第一种情况:
拿来需要的这个规格的电源适配器,那么电池如果没有充满,则在电脑非满负荷运行状态下,比如电脑需要4.5A的电流,那么剩余的3A就用来给电池充电,而如果电脑满负荷跑,电池则不被充电,维持电量,所以这个情况下是可以正常使用的。

2. 第二种情况:
拿来的适配器是10A的,那么问题就来了,(充电器设计的是一开始10A恒流充电?不清楚是不是有什么策略或者方法这个电流比如会被限制回7.5A?)以我对开关电源的理解,假设笔记本没有额外电路,适配器就是以10A充电充进去。
如果电脑不开机,那么电池将接受10A的电流进行充电,电池寿命会被影响。
如果电脑开机,电池又是满电的,那么电脑要完全接受这10A的恒流?电脑可能会故障或者减短寿命?
虽说直觉上是应该是,比如把源看做是19.5V的恒压源,电脑需要多少电流,就抽走多少电流,最多能抽10A,但是给电池恒流充电的这一块怎么结合起来?是检测到电池充满电的情况下,改为恒压供电?但是如果是电池不满电的情况下呢?同一个电源适配器又要给电池恒流充电?又要给电脑恒压供电?
那么就只剩下一种推断了:
恒流并不是集成在了适配器里,而是独立于适配器在弄在了电脑主板上,就是说先恒流再恒压的这种说法并不是做到了适配器里,而是做到了电脑板子上连接到电池,同时还有另外一路直接从适配器接到电脑不经过恒流控制电路直接以19.5V的电压给电脑供电。
不知道我的这种推断是否正确。?那么对于手机充电呢?手机充电器也是把恒流控制部分做到手机里而不是充电器charger上?

3. 第三种情况:拿来了一个3A的适配器,电脑需要7.5A,电池显然是别想分到任何充电电流了,这个时候是电池看到适配器给的电流不够一起供电?还是检测到有适配器输入,电池不动作不进行电源供给,适配器触发到过流保护电脑直接开机不能?


我也没能找到这方面的充电策略,同时充电和供电的控制策略方面的资料,如果有人有这方面的资料,希望能够分享下,谢谢。

附上我在知乎的帖子:
https://www.zhihu.com/question/265663424/answer/297157946

liguanghui2588
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  • 2018-1-16 12:41:12
 
楼主可以把笔记本的充电电路分享一下
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  • 2018-1-16 13:01:10
 
这个没有,我只是想讨论下笔记本电脑和手机的充电策略,不用具化到电路。当然要是有专家能够具化成电路来讲解,那是再好不过了
liguanghui2588
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  • 2018-1-17 09:25:12
 
这是笔记本的充电电路可以参考一下
1.png
这个充电参数是通过IIC协议可以调节的
手机的充电是有快充芯片来大电流充电的,比如QC快充协议和PD快充协议



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  • 2018-1-17 19:22:01
 
QC快充协议和PD快充协议“是不是有关这个协议的电路,charger里和手机都都有部分电路啊?然后两者通信握手?

liguanghui2588
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  • 2018-1-18 08:51:47
 
快充的话就是适配器对手机充电时,先握手通信,成功后才可以实现快充
笔记本了解到的还没有快充协议这块
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  • 2018-1-18 12:16:53
 
也就是说,笔记本电脑是要多少电流就从适配器adapter里抽多少电流了,适配器能够供给足够的电流的话,继续把剩余的电流供应能力去给电池充电,关键如果抽不够,是继续从电池里抽?
liguanghui2588
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  • 2018-1-18 17:34:48
 
您说的前面对,适配器的功率都是算好的,肯定不会出现过载的情况,笔记本在充电时,电池是不会放电的,当适配器一拔,电池就开始放电了,中间有个无缝切换电路
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  • 2018-1-18 19:05:08
 
那如果我的笔记本电脑是大额定功率的游戏本却拿来一个低功率的适配器来用,适配器功率严重不足,那么笔记本是只用电池而一点都不用适配器呢?还是用电池的同时适配器也尽可能的给电池充电?(只不过充电的过程中,因为电脑的使用,电池电量依旧是呈下降趋势,只不过下降的没正常不插适配器那么快了)
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  • 2018-1-19 15:01:14
 
1.png
先看看笔记本的具体原理,当适配器插入时给电池充电,图中的Q5是N沟道的,内部二极管方向为S到D,就是电池端到公共端,由于公共端(适配器)电压V1肯定大于电池端电压V2,所以电池端的电流从S到D是流不过去的,电池不会放电
您说的适配器过载或过流都会通过充电管理芯片检测到并关断Q1,适配器是不会输出的,只有靠电池通过Q5的内部二极管放电了
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  • 2018-1-19 15:48:20
 
那也不对吧,适配器如果是限流呢?而不是过流保护。
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  • 2018-1-19 16:30:28
 
1.png 主要是这两个地方,一是检测电压,一是过流保护
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  • 2018-1-19 22:41:18
 
照这样的话,如果适配器是接着的,就算是供电不足,只要没有触发到过流保护使得适配器提供给system output那里的电压断开,电池就永远不可能帮忙供电了。。然后造成”笔记本电脑拖着适配器在水泥地上慢慢滑行,适配器给笔记本电脑拖后腿“
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  • 2018-1-20 09:28:49
 
只要system output电压低于电池电压,电池就放电
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  • 2018-1-20 10:05:07
 
嗯,是的,这个是肯定的。
我把我的说的明白一点:
假定现在是这么个情况:
电脑需要8A的电流,而适配器只能提供4A的电流,这里再分两种情况讨论:
(1)达到4A后,便被限流给限制住了,而system那里的输出电压依旧是19.5V而没有下降,那么电池的电压就不可能通过MOSFET Q5的体二极管供电供过来了,那么就会造成电脑供电电流不足,会发生什么?
(2)达到4A后,(我不知道适配器里有没有限流功能,假设没有,只有过流保护,那么)电流继续增大,触发过流保护,适配器关机,system输出电压下降,8A电流由电池通过Q5体二极管供给,电脑正常运行。
liguanghui2588
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  • 2018-1-20 11:23:08
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1.png
电脑软件通讯是通过IIC检测的,如果供电不足的话,是开不了机的恒压电源适配器限流功能肯定有的,





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  • 2018-1-20 13:19:09
  • 倒数9
 
嗯,那么现在电脑光靠这个4A的适配器肯定是开不了机了,但是连着电池,所以电脑其实肯定是能够开机的,通过电池。
那么现在适配器虽然电流不足以给电脑开机,但是会给电池充电么?毕竟适配器的4A电流要是能给电池来充电,也是蛮好的
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  • 2018-1-20 13:40:26
  • 倒数7
 
上面的iic通讯主要是是设置输入电流、充电电压、充电电流限值等参数,框图的公共段给负载供电应该还有一条开关通路,应该还有电流或电压检测来实现供电不足时关机,只是个人的理解,
您说的第二个问题,只要电池充电就不会放电
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  • 2018-1-20 14:16:31
  • 倒数6
 
"只要电池充电就不会放电",
那么就是说,回到现实需求上来,我8A电脑,可惜身边只有个4A适配器,插上去,电脑肯定没反应?因为“只要电池充电就不会放电”,假如电池被充电了,电池就不会放电了,那么电脑肯定就瞬间当机了,然而实际上显然插个适配器而已,电脑是不可能瞬间当机的,就是说插上去肯定一点反应都没有了,电池肯定不可能处于充电的状态,因为要是有反应,电池就不放电了,适配器的电流又只能用来给电池充电没发够给电脑供电,电脑就肯定当机了。
也就是说,想要电池被充上电,目前的4A充电器,只能让电脑先关机了,电池不放电了,才能充上去了,不知道这么推断符不符合实际情况?
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  • 2018-1-20 15:03:26
  • 倒数4
 
如果电池有电的话肯定会开机的,至于插上4A的适配器,可以这样分析,
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  • 2018-1-20 15:41:32
  • 倒数3
 
其实我一开始的初衷是,我的笔记本电脑是游戏本,吃功耗的很,适配器笨重的要命,要是平时只带出去用个7,8小时的情况下,能找来个小功率的便捷式的adapter,带不起电脑没事,只要能慢慢给我电脑充电就行了。
要是这么分析的话,我还必须得把电脑关机了才能充电了,就有点差强人意了哈哈。
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  • 2018-1-20 17:22:25
  • 倒数2
 
不知道咱们分析的对不,但是原理上是这样的,适配器的功率就是负载和电池,其实电池也算负载吧,你用小功率的电源给笔记本充电应该是可以的,我们设计的锂电池电路就是这样,
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  • 2018-1-20 18:51:18
  • 倒数1
 
有机会的时候我一定要拿个很小功率的adapter往大功率laptop上插了试一下
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  • 2018-1-20 14:53:34
  • 倒数5
 
这里还有个小问题,有些电子设备,电池电量非常低时自动关机,但是充电时必须充一小会才会开机
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  • 2018-1-19 22:48:41
 
哦对了,这个Pack+从Q5流电流给笔记本电脑供电的回路,这只是适配器电路里的吧,电脑里自己还有一个电池直接给笔记本电脑供电的回路,这样的话如果适配器功率不足,电池就能从笔记本电脑自己的供电路径搭把手了。
还是说Q5这个管子是在笔记本电脑里的?而不是在适配器里的?
liguanghui2588
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  • 2018-1-20 09:30:28
 
你还没明白原理?适配器就是一个恒压电源,这部分电路就是电脑里边的
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  • 2018-1-19 22:53:11
 
突然看到你这个电路的输入就是adapter。。。。这么说这整个电路都是笔记本里面的电源管理,而不是外部的adapter电路了。。那么就是依旧是我之前上上楼的分析了,即:

照这样的话,如果适配器是接着的,就算是供电不足,只要没有触发到过流保护使得适配器提供给system output那里的电压断开,电池就永远不可能帮忙供电了。。然后造成”笔记本电脑拖着适配器在水泥地上慢慢滑行,适配器给笔记本电脑拖后腿“

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  • 2018-1-16 16:03:56
 
1、电脑内部应该还是有充电电路图的,具体充电电流多少是由电脑内部充电电路决定的。个人觉得应该是这样。所以笔记本的都叫适配器还不是充电器。
2、如果电池是满的,那么电脑就是个固定负载,用多少电流适配器就输出多少电流。
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  • 2018-1-16 18:07:12
 
嗯,我推断出来也是很有可能是恒流控制部分放到电脑里和手机里了,笔记本电脑适配器adapter或者手机充电器charger都是只是恒压供电,
但是这个认知和我以前的认知刚好对立(充电器和适配器就是恒流的),所以就不怎么愿意一下子承认
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  • 2018-1-16 20:31:54
 
http://bbs.21dianyuan.com/thread-165844-1-1.html
从上帖4楼找来这么一段话:
充电器是包括了适配器功能的,因为它比适配器多了一个控制电路,如手机充电器就包括恒流、恒压、涓充三个阶段,这是由充电器自身设计决定的,而笔记本电脑的充电控制是在电脑体内,适配器只起到稳压作用,而没有上述充电器所具有的恒流和限压设计。
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  • 2018-1-16 20:54:30
 
又查了一些资料,关于手机充电器的,手机以QC2.0快充为例,支持QC2.0的会通过检测手机的D+和D-两根线的电压大小情况,来识别手机是否的确是支持QC2.0快充的,这样如果握手成功后,就会用对应的快充模式给比较大的恒流电流充。
如果检测到不支持,则检测手机支持的最大需要的充电电流,(原文中没说到如果检测到的手机可以接受的电流>充电器可充电流会怎么样,不过可以想得到基本上应该就只能以手机最大电流充电了)。
不过如果是这样,也就是说一个手机充电器要识别所有类型的手机的电流需求情况,我想也许充电协议可能是有国家标准的吧,一共就那么几种,一般手机充电器都能识别出来,以及比如要兼容旧的充电协议,至少新的充电器不能搞坏掉老的智能手机。
瞎猜: 可能还有个缺省设置什么的,没能检测成功,比如就以小电流1A进行充电。
像以前老的500mA的充电器,我是玩过的,插在新手机上是可以充充充的,这个就是小于手机需求电流的情况了,500mA无脑充了估计就,充到最后依旧老套路弄个恒压慢慢充。新手机的充电协议的什么对于这个老充电器来说就是浮云了哈哈。
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  • 2018-1-16 21:03:52
 
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  • 2018-1-16 21:38:51
 
再附上一个TI的对于Type C的培训视频:
http://edu.21dianyuan.com/index/course_video/vcid/602
第二集
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  • 2018-1-16 21:57:12
 
http://edu.21dianyuan.com/index/course_video/vcid/602
这个视频第3集的第14min讲了Type C和老式的charger的充电策略上的区别(Type C能检测用电设备需要多少电流就给他多少电流,而老式的是通过尝试的方法,手机从适配器那里尝试拉电流,比如手机其实是要2A的电流的,而使用的不是原装的手机充电器而是5V1A的其它手机充电器,但是没关系手机会从500mA开始进行尝试,然后逐渐增加,比如发现增加到1A多一点的时候,适配器输出电压开始往下掉了,手机就知道了我只能拉1A电流,不能多拉了,那么就从适配器拉1A电流给给手机即给自己充电)
YTDFWANGWEI
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  • 2018-1-17 10:06:08
 
最大功率跟踪?
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  • 2018-1-17 12:56:41
 
您指的是旧充电器的吧,不是最大功率跟踪,只要掉输入电压了就停止上升电流了,最大功率跟踪的话输入电压就掉的厉害了会,不适合充电器的这种应用,毕竟充电器的目的不是Energy Harvest而是充满电。
Energy Harvest的关注点是能量,能量越多越好,效率无所谓,反正太阳能用之不竭。
但是charging就不一样了,他只是能量转换而不是收集,能量是发电厂给我们的要交钱的,不能浪费,就要关注效率了,而不是一个劲不管效率猛吸能量。
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  • 2018-1-17 13:10:28
 
有人可能会错意说我用过的MPPT芯片做的电路有效率这个指标啊。
这里解释一下:这个效率指的是能量收集完后的进一步进行能量转换的DCDC Converter的效率,而不是指Energy Harvest的,Energy Harvest是重点关注收集到的能量越多越好。
YTDFWANGWEI
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  • 2018-1-17 17:06:16
 
怎么会掉的厉害呢?输出限流,因此最大电流是固定的,适配器电压降低,输出功率自然降低,所以就降低充电电流。
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  • 2018-1-17 19:20:03
 
嗯,老式的充电器就是这个意思。
我说的掉的厉害指的是你提到的MPPT,不是充电器。
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  • 2018-1-17 19:26:26
 
在这套视频的某一集里,还看到了,拥有power path(TI的叫法)的电路,能够实现边给用电设备供电边充电,即便是电池电量归0的情况下,charger插上手机,手机也能够立马开机起来。
但是如果没有这个power path功能的电路,就必须得把电池电量充电到一个阈值以上,手机才能开机,手机只能够由电池供电(好像我记得我6年前用过的一款华为手机就是这样的,插着usb拔掉电池板,手机是没发正常使用的)
YTDFWANGWEI
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  • 2018-1-16 16:05:01
 
第三种情况肯定不会不能开机啊,应该是电池与适配器一起供电吧。
XIAOTU80
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  • 2018-1-17 08:23:32
 
尽管适配器是10A的,不过笔记本内部一般也有限流电路,不会以很大的电流给电池充电。
liguanghui2588
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LV7
实习版主
  • 2018-1-17 17:12:05
 
充电管理芯片负责这块的
tanb006
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LV6
高级工程师
  • 2018-1-18 15:56:02
 
适配器是可以给10A20A都可以的,但充电电流却是在主板上和电池内部的保护电路上控制的。不同的电池,内置的保护芯片都有限制充放电电流的检测电路,并会随时跟主板沟通信息。
如果超过电池的允许最大电流,则会通知主板降低电流。
更换了新型号的电池,充电电流也会随时有变化,这都是随时跟主板通讯中来确定的。
主板上是个DC-DC。13--28V的电压都可以输入,然后变成电流可控的、最高12.6V的直流来给电池充电。

ckj_ck
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LV8
副总工程师
  • 2018-1-18 19:02:29
 
感谢讲解。
Coming.Lu
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版主
  • 2018-1-20 13:32:45
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笔记本内部还有控制充电电流的装置。
有多余电流就给充,没多余电流就不给充,电流不够就一起供电。
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