手機(jī)沒(méi)電，5號(hào)電池也要上｜低成本DIY
電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）手機(jī)又雙叒叕沒(méi)電了！在緊急情況下，5號(hào)電池有沒(méi)有可能為手機(jī)充電或其他設(shè)備充電呢？近日，筆者針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，開(kāi)展了一場(chǎng)小實(shí)驗(yàn)，使用到的道具有5號(hào)電池和5V升壓模塊。
5V升壓模塊，顧名思義就是將低于5V的電壓提高到5V輸出。我們都知道，一節(jié)5號(hào)電池的工作輸出電壓只有1.5V，而手機(jī)的最低充電電壓為5V。如果想使用數(shù)量較少電池實(shí)現(xiàn)5V的輸出就需要使用到升壓模塊。
充電實(shí)驗(yàn)及功率變化
本次實(shí)驗(yàn)以電池作為變量，分別以一顆電池、兩顆電池、三顆電池進(jìn)行三組充電實(shí)驗(yàn)。
第一組實(shí)驗(yàn)使用三顆5號(hào)電池進(jìn)行串聯(lián)，使其總電壓盡可能地接近5V，再通過(guò)升壓模塊輸出為手機(jī)充電。在未接入負(fù)載前，三顆經(jīng)過(guò)升壓的5號(hào)電池，輸出總電壓可達(dá)5.06V，由于沒(méi)有負(fù)載，電流顯示為0。接通手機(jī)后，電流逐漸升高，不過(guò)隨著負(fù)載的加入，電池的輸出電壓有所下降，總輸出功率一直在1.8W至2W之間來(lái)回浮動(dòng)。
2W的輸出雖然不是很高，但也差不多是傳統(tǒng)5W充電器的一半，除了手機(jī)這2W的輸出功率為TWS耳機(jī)充電也是完全足夠的。
上圖為兩款TWS耳機(jī)在保證輸出功率充足的情況下，進(jìn)行的電功率測(cè)試實(shí)驗(yàn)。左圖耳機(jī)型號(hào)為HUAWEI FreeBuds 4i，由于它目前處于高電量的狀態(tài)，測(cè)量出的充電功率略微偏低僅有0.46W，如果是在低電量的情況下，他的充電功率能提升到2W左右。右邊的是 Libratone air2+，經(jīng)測(cè)量它的峰值充電功率可達(dá)到2.5W。由此可以證明，使用三顆5號(hào)電池為藍(lán)牙耳機(jī)充電也是能行得通的。
第二組實(shí)驗(yàn)減少了一顆電池的用量，供電電源的總電壓也由4.5V降至了3V。經(jīng)由升壓模塊升壓，在未連接負(fù)載的情況下，輸出電壓依舊能穩(wěn)定在5V。接通手機(jī)后，充電電壓為4.56V，充電電流為0.137A，總輸出功率為0.62W，與串聯(lián)3可電池時(shí)相比，下降了近2/3。
輸出功率降低的原因還是因?yàn)槟芰康氖睾?，雖然經(jīng)過(guò)升壓模塊輸出電壓依舊能提升至5V左右，但是由于電池?cái)?shù)量的減少，輸出功率也會(huì)相應(yīng)的下降。
第三組實(shí)驗(yàn)只用了一顆5號(hào)電池，由于單顆電池的電壓實(shí)在太低僅有1.5V，再加上升壓模塊自帶的轉(zhuǎn)換損耗，在未連接負(fù)載時(shí)，輸出電壓僅有4.78V，在連接負(fù)載后甚至下降到了4.17V，總功率也僅有零點(diǎn)零幾瓦左右，雖說(shuō)也能為手機(jī)充電，實(shí)際作用并不大，甚至手機(jī)的充電速度還趕不上耗電的速度。
以上三組實(shí)驗(yàn)分別使用了安卓手機(jī)和iOS手機(jī)進(jìn)行了充電演示，不過(guò)iOS的手機(jī)自始至終都未充上電，很有可能是因?yàn)檫@個(gè)升壓模塊使用到的元件器較少，電路相對(duì)的簡(jiǎn)單，并未與蘋果充電器一樣，在USB的輸出端設(shè)置一個(gè)用于識(shí)別充電電流的電阻，因此導(dǎo)致電流無(wú)法流入，不能為iOS設(shè)備充電。
通常iOS設(shè)備在接入U(xiǎn)SB口充電器時(shí)，會(huì)先檢測(cè)USB D+和D－上的電壓，以確定該充電器的輸出電流是多少，再結(jié)合自身所需電流，從而確定具體的輸入電流，才能開(kāi)始充電。
升壓模塊工作原理解析
之所以能夠?qū)?.5V、3V、4.5V三種不同的供電電壓，提升至5V左右輸出并為手機(jī)供電，這一切的功勞都要?dú)w功到介于手機(jī)與電源之間的5V升壓模塊。
在這個(gè)升壓模塊中，主要用到的元器件有：電感、5V升壓芯片、電容、二極管和LED燈。
?
電路拓?fù)?/div>
電感在很多升降壓電路中都有使用，也是這個(gè)升壓模塊將1.5V提升至5V輸出的關(guān)鍵，主要起到儲(chǔ)存與釋放能量的作用。如上圖所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，電感會(huì)將輸入端的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在開(kāi)關(guān)管閉合后向輸出電容和負(fù)載持續(xù)輸送電能。
這顆5V升壓芯片內(nèi)置一個(gè)開(kāi)關(guān)管，也可以直接它看成是一個(gè)開(kāi)關(guān)管，它主要是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)調(diào)整電感的充放電時(shí)間，將輸出電壓穩(wěn)定在5V左右。
在這個(gè)升壓模塊中共使用了兩顆電容，分別位于電源的輸入端和輸出端，位于出入端的電容C1主要起到對(duì)輸入電流濾波的作用。而輸出端的固態(tài)電容主要起到充放電的作用，當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，這顆電容會(huì)將輸入端的電流儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電容會(huì)將上一時(shí)刻吸收到的電能向負(fù)載輸出，以保證電能輸出的連續(xù)性與穩(wěn)定性。
二極管在電路中發(fā)揮的就是它反向截止的作用，因?yàn)楫?dāng)開(kāi)關(guān)管閉合后，輸入端的電流并不會(huì)流向負(fù)載，負(fù)載的穩(wěn)定輸出主要靠電容來(lái)維持，為避免不必要的電能損耗，這顆二極管阻斷了電容向其他器件傳輸電能的路徑。
LED燈僅僅只是起到了電流流入升壓模塊的提示作用。
結(jié)語(yǔ)
總的來(lái)說(shuō)，5號(hào)電池升壓為手機(jī)充電的原理與充電寶類似，雖然輸出功率相對(duì)較低，但在緊急情況下，當(dāng)作應(yīng)急電源還是不錯(cuò)的。
5V升壓模塊，顧名思義就是將低于5V的電壓提高到5V輸出。我們都知道，一節(jié)5號(hào)電池的工作輸出電壓只有1.5V，而手機(jī)的最低充電電壓為5V。如果想使用數(shù)量較少電池實(shí)現(xiàn)5V的輸出就需要使用到升壓模塊。
充電實(shí)驗(yàn)及功率變化
本次實(shí)驗(yàn)以電池作為變量，分別以一顆電池、兩顆電池、三顆電池進(jìn)行三組充電實(shí)驗(yàn)。
第一組實(shí)驗(yàn)使用三顆5號(hào)電池進(jìn)行串聯(lián)，使其總電壓盡可能地接近5V，再通過(guò)升壓模塊輸出為手機(jī)充電。在未接入負(fù)載前，三顆經(jīng)過(guò)升壓的5號(hào)電池，輸出總電壓可達(dá)5.06V，由于沒(méi)有負(fù)載，電流顯示為0。接通手機(jī)后，電流逐漸升高，不過(guò)隨著負(fù)載的加入，電池的輸出電壓有所下降，總輸出功率一直在1.8W至2W之間來(lái)回浮動(dòng)。
2W的輸出雖然不是很高，但也差不多是傳統(tǒng)5W充電器的一半，除了手機(jī)這2W的輸出功率為TWS耳機(jī)充電也是完全足夠的。
上圖為兩款TWS耳機(jī)在保證輸出功率充足的情況下，進(jìn)行的電功率測(cè)試實(shí)驗(yàn)。左圖耳機(jī)型號(hào)為HUAWEI FreeBuds 4i，由于它目前處于高電量的狀態(tài)，測(cè)量出的充電功率略微偏低僅有0.46W，如果是在低電量的情況下，他的充電功率能提升到2W左右。右邊的是 Libratone air2+，經(jīng)測(cè)量它的峰值充電功率可達(dá)到2.5W。由此可以證明，使用三顆5號(hào)電池為藍(lán)牙耳機(jī)充電也是能行得通的。
第二組實(shí)驗(yàn)減少了一顆電池的用量，供電電源的總電壓也由4.5V降至了3V。經(jīng)由升壓模塊升壓，在未連接負(fù)載的情況下，輸出電壓依舊能穩(wěn)定在5V。接通手機(jī)后，充電電壓為4.56V，充電電流為0.137A，總輸出功率為0.62W，與串聯(lián)3可電池時(shí)相比，下降了近2/3。
輸出功率降低的原因還是因?yàn)槟芰康氖睾?，雖然經(jīng)過(guò)升壓模塊輸出電壓依舊能提升至5V左右，但是由于電池?cái)?shù)量的減少，輸出功率也會(huì)相應(yīng)的下降。
第三組實(shí)驗(yàn)只用了一顆5號(hào)電池，由于單顆電池的電壓實(shí)在太低僅有1.5V，再加上升壓模塊自帶的轉(zhuǎn)換損耗，在未連接負(fù)載時(shí)，輸出電壓僅有4.78V，在連接負(fù)載后甚至下降到了4.17V，總功率也僅有零點(diǎn)零幾瓦左右，雖說(shuō)也能為手機(jī)充電，實(shí)際作用并不大，甚至手機(jī)的充電速度還趕不上耗電的速度。
以上三組實(shí)驗(yàn)分別使用了安卓手機(jī)和iOS手機(jī)進(jìn)行了充電演示，不過(guò)iOS的手機(jī)自始至終都未充上電，很有可能是因?yàn)檫@個(gè)升壓模塊使用到的元件器較少，電路相對(duì)的簡(jiǎn)單，并未與蘋果充電器一樣，在USB的輸出端設(shè)置一個(gè)用于識(shí)別充電電流的電阻，因此導(dǎo)致電流無(wú)法流入，不能為iOS設(shè)備充電。
通常iOS設(shè)備在接入U(xiǎn)SB口充電器時(shí)，會(huì)先檢測(cè)USB D+和D－上的電壓，以確定該充電器的輸出電流是多少，再結(jié)合自身所需電流，從而確定具體的輸入電流，才能開(kāi)始充電。
升壓模塊工作原理解析
之所以能夠?qū)?.5V、3V、4.5V三種不同的供電電壓，提升至5V左右輸出并為手機(jī)供電，這一切的功勞都要?dú)w功到介于手機(jī)與電源之間的5V升壓模塊。
在這個(gè)升壓模塊中，主要用到的元器件有：電感、5V升壓芯片、電容、二極管和LED燈。
?電路拓?fù)?/div>
電感在很多升降壓電路中都有使用，也是這個(gè)升壓模塊將1.5V提升至5V輸出的關(guān)鍵，主要起到儲(chǔ)存與釋放能量的作用。如上圖所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，電感會(huì)將輸入端的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在開(kāi)關(guān)管閉合后向輸出電容和負(fù)載持續(xù)輸送電能。
這顆5V升壓芯片內(nèi)置一個(gè)開(kāi)關(guān)管，也可以直接它看成是一個(gè)開(kāi)關(guān)管，它主要是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)調(diào)整電感的充放電時(shí)間，將輸出電壓穩(wěn)定在5V左右。
在這個(gè)升壓模塊中共使用了兩顆電容，分別位于電源的輸入端和輸出端，位于出入端的電容C1主要起到對(duì)輸入電流濾波的作用。而輸出端的固態(tài)電容主要起到充放電的作用，當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，這顆電容會(huì)將輸入端的電流儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電容會(huì)將上一時(shí)刻吸收到的電能向負(fù)載輸出，以保證電能輸出的連續(xù)性與穩(wěn)定性。
二極管在電路中發(fā)揮的就是它反向截止的作用，因?yàn)楫?dāng)開(kāi)關(guān)管閉合后，輸入端的電流并不會(huì)流向負(fù)載，負(fù)載的穩(wěn)定輸出主要靠電容來(lái)維持，為避免不必要的電能損耗，這顆二極管阻斷了電容向其他器件傳輸電能的路徑。
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總的來(lái)說(shuō)，5號(hào)電池升壓為手機(jī)充電的原理與充電寶類似，雖然輸出功率相對(duì)較低，但在緊急情況下，當(dāng)作應(yīng)急電源還是不錯(cuò)的。
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