(1)短接充電寶的輸入輸出端,相當於接了鋰電池的正負極?
答:不會,不會短路。充電寶的輸出和輸入不等於鋰電池電芯的正負極。充電寶內部還有各種升壓降壓電路和保護電路,輸入輸出口只接這些電路而不是直接接鋰電池。
接下來從理論上分析壹下這個問題。假設我有壹個3.7v的鋰電池(視為恒壓源,當然不能這麽考慮,因為忽略了變壓的現象):
充電寶內部5v升壓電路大概這麽長(LC之間少了壹個二極管,感謝知友@世偉指正)。
給電芯充電的電路大概是這樣的,(只考慮恒壓過程,對應電芯大功率時的狀態)
如果輸出端和輸入端短路,整個電路看起來像這樣。
這種電路拓撲中的電池顯然沒有短路。
假設電路接通時會持續工作(排除零件能自動識別誤操作切斷的產品),能量守恒定律告訴我們,整個系統會持續耗電。那麽電去哪裏了呢?極端情況下這樣做危險嗎?充電寶正常工作時,兩個MOS管會不斷地在導通和截止之間切換,大概是這樣的:
(同時)傳導:
(並發)截止日期:
可以看出,當升壓電路中的MOS管導通時,電芯的正負極會被電感短路。根據電感的電抗性質,回路起初處於類似“開路”的狀態。當維持時間趨於正無窮大時,電芯相當於直接短路。但在充電寶內部MOS管的正常工作過程中,開關頻率壹般大於100kHz,很多產品都達到了MHz的水平,而且每個周期持續的時間都很短,看似相對安全。但不可忽視的是,充電寶使用的控制IC大多采用PWM調制調節電壓,所以鋰電池芯在正常情況下不會直接短路,但存在瞬間大電流放電的危險。
(2)既然理論上對電路沒有嚴重危險,那麽實際產品會有區別嗎?
下面是ti的BQ24195控制ic的應用原理圖和框圖:
BQ24195框圖:
(來源:BQ24195數據表,TI保留版權)
上面的電路配置有點復雜,而且因為控制IC集成了MOS,看起來有點繞。但不難看出,實際使用的電路配置與我在草圖中畫的電路原理圖基本壹致,所以問題中的分析(1)在這裏也適用。
(3)為什麽充電寶的輸入輸出口用USB線連接後顯示正在充電,但電量越來越少,有的還會嚴重發熱?
壹般來說,如果輸入端口和輸出端口用USB線連接,控制IC為了保持輸出端口的電池端口充電電壓為5v和4.2v,會驅動MOS管壹直工作。工作過程中產生的紋波會通過電容回到電源地,最終回到電池負極。也就是說,在理想情況下,充電寶會進入緩慢放電的狀態(紋波可以理解為很小的電壓波動,只是輸出電壓的很小壹部分)。狀態燈顯示的是充電狀態,因為輸入端有電壓輸入,但實際上充電寶的電量不會增加。
但實際電路並不都是像BQ24195這個DEMO那樣配置的,所用的元器件質量也不可能壹樣,所以實際上電池的放電速度可能比理想情況快很多,從而產生發熱。壹個正常的充電寶在輸出電路上會有壹定的限流措施,在鋰電池芯上也會有獨立的保護電路。如果控制IC的設計可能沒有考慮這種惡作劇,那麽最大輸出電流將直接在輸出和輸入端口之間流動,在這種情況下,控制電路可能被燒壞。
綜上所述,用線連接充電寶的輸入輸出口問題不大,但是如果充電寶不能自動識別並自動斷開輸出,甚至嚴重發熱,請立即斷開。