你考慮過這些手機充電器的安全問題嗎？

近年來各種便攜式電子產品如手機、數碼相機、音樂播放器、平板電腦、超級本及筆記本電腦幾乎人手必備，安全問題也隨之而來，除了大家常聽到的電池起火爆炸事故外，充電器發(fā)燙以至于起火等事故也時有發(fā)生。為了確保產 品使用安全，各國家和地區(qū)都出臺了相應的標準來規(guī)范市 場，比如：IEC60950和國標GB4943-2011中都規(guī)定了受限制功率電源的安全要求（簡稱LPS），在短路或其它異常大電 流情況下，保護器件必須在規(guī)定時間內使電流降低到8安培 以下防止溫度過高造成起火等意外發(fā)生。一些大品牌的廠家 也都在充電器設計中加入了相應的保護器件或電路滿足安規(guī)要求。

圖1 某充電器右5V 12A充電狀態(tài)玉的熱成像圖

圖2 鋰電池充電器框圖

隨著便攜式電子產品所用鋰電池的容量越來越大，快速充電越來越被眾多廠家所青睞，國內某廠家推出的快速充 電手機充電電流可以達到5安培，其它廠家也都紛紛效仿， 陸續(xù)推出快速充電手機。隨著輸出功率的提高，充電器的發(fā) 熱問題也日益嚴重。一些廠家追求低成本，選用劣質元器 件，不但電能轉換效率低而且缺少電路控制及保護，導致用 戶使用時出現發(fā)熱現象，嚴重的會起火，危及人身及財產安全。

圖1為某充電器在5V/2A充電狀態(tài)下的熱成像圖，最高溫度達到64.9℃，目前手機充電器發(fā)熱是一個普遍現象，對于充電器生產廠家來說，充電器發(fā)熱問題必須要引起重視， 特別是充電電流5安培甚至6安培的快速充電器，在產品設計 生產過程中更要考慮發(fā)熱所引起的安全問題。

下面簡要地分析一下手機充電器的安全方面的問題。

目前大多數手機充電器都采用開關電源，主要由輸入 整流、濾波、電壓電流控制、高頻變壓器、輸出整流及濾波 和反饋網絡等組成，其中，高壓電容、開關管和變壓器是主 要發(fā)熱元件，由于便攜式電子產品追求小型化，散熱性能相 對較差，所以降低變壓器等元件的發(fā)熱是幾乎不可能的，當 手機的快速充電成為趨勢，充電器輸出大電流時發(fā)熱更加嚴重，因此，充電器內部的電壓電流控制及保護電路或元件至關重要，同時，由于鋰電池的特殊化學特性，對鋰電池充電 必須符合恒流恒壓模式，如圖3所示。

充電器控制電路主要由半導體芯片和開關管等主動元 件構成，而半導體材料對于靜電、高溫、高濕以及脈沖等因 素比較敏感，控制芯片和開關管受到上述因素影響時容易損 壞而失去正常的電壓電流控制功能，不僅會造成充電器本身 發(fā)熱嚴重甚至起火，而且對手機電池的異常充電會造成過充 電以至于引起電池的起火甚至爆炸。

圖3 鋰電池的充電電流與電壓的曲線圖

圖4 充電端口處由于汗?jié)n、異物等雜質會 造成微短路，導致發(fā)熱，溫度急劇升高，從而燒毀充電器和手機，嚴重的還會造成火災 等人身財產損失。如果在充電器的輸出端有 PTC等保護元件，感測到電流或者溫度過高則會斷開充電回路，避免意外發(fā)生

為保證使用安全，國內外針對充電器產品的安全規(guī)范 或標準中都規(guī)定了這類產品必須能夠在單一故障情況下不會 發(fā)生安全事故。由于充電器越來越小，導致內部元器件體積 小而且距離很近，電路板上殘留的錫渣或其它雜質都有可能產生內部微短路而造成局部發(fā)熱，溫度升高?；蛘哂捎谀硞€元件失效而導致電流失去控制，也有可能充電器發(fā)生外部短 路，或者由于鋰電池的故障而引起異常大電流，所以產品的 設計必須滿足安規(guī)要求，確保產品使用安全。

針對這一要求，安規(guī)認證機構在產品安全測試時都會 進行模擬單一故障情況下輸出端短路的測試，例如，在控 制芯片功能失效或者開關管被短路等故障狀態(tài)下，輸出電壓 電流可能會失去控制而產生異常大電流，此時，如果充電器 內部有過電流或過熱保護元件，如TE 的PPTC (高分子材料 的正溫度系數熱敏電阻)，就可以有效地提供安全保護，TE 的PPTC 產品是通過UL、TUV等機構安全認證的電路保護元 件，當溫度過高或電流過大時，PPTC會呈現高阻特性，只 有微小電流流過，防止充電器內部和端口的持續(xù)發(fā)熱，當溫 度降低到正常溫度并且外部短路故障消除后，PPTC會恢復 成正常低電阻狀態(tài)，充電功能恢復正常。

從圖2中可以看出，輸入端通常采用一個保險電阻或保險絲用于防止變壓器或整流元件由于電流失控而發(fā)生起火等意外事故，輸出端的P P TC(可恢復保險絲)可以對于輸出端短路或內部元件失效而引起的充電電流過大起到保護作用，既 可以防止充電器內部溫度過高而導致意外發(fā)生，又可以有效地防止由于鋰電池的過充電而引起的起火 爆炸等安全事故。

對于充電器的使用，應注意以下幾點：
1. 盡可能使用原裝充電器，輸出電壓電流與電池特性相匹配，既能保證充電安全，又可以最大限度地使用電池的 能量。

2. 購買充電器時，要注意品牌和3C認證，經過3C認證的充電器在電氣安全和電磁兼容性能上滿足國家強制性標準 要求，安全有保障。

3. 不要在高溫環(huán)境下充電，比如夏季的車內或其它熱 源附近，以免充電器溫度過高發(fā)生意外。

4. 不要在無人的房間內長時間充電或者將充電器一直 插在電源插座上，即消耗能源，又存在安全隱患。

5. 不要在充電時使用手機，以免發(fā)生意外人身傷害。

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該參考設計在活躍（active）模式下的峰值電流消耗為
5mA，在待機模式下的電流消耗低于600nA，具有典型近接 標簽的外形，并附帶電路原理圖、布線信息、用戶手冊、測 試報告、源代碼和SmartTags應用源代碼。

結束語

藍牙智能由于超低功特性和合作生態(tài)系統(tǒng)的支持而衍 生出種類繁多的應用。但由于應用的快速涌現，設計工程師 需要加快工作速度，因此優(yōu)秀的參考設計對抓住市場時機至關重要。接近標簽應用就是一個典范，許多公司都在爭相吸 引市場的關注，但在功耗和連接可靠性這些差異化因素的作 用下，很多公司將會在競爭中落后。