背景
从上次写了第一篇文章到现在，已经将近一个月了。以我的产量如果去当个水编，那我现在大概是已经饿死了，哈哈哈。然而，e我觉得作为一个业余项目，这个产量已经很高了。毕竟我在第一篇文章里就提到，这么做只是因为有趣。任何事只要上升到职业的高度，那么这件事的乐趣多多少少都会打折扣的，不是吗。这次我打算讲一个小功率电源的改装，切确地说是洋垃圾的回炉再造。
这里我觉得有必要解释下什么是洋垃圾。目前为止我接触过的洋垃圾只有电子产品，所以我接下来说的也是特指电子洋垃圾。老外使用过的电子产品因为某些原因被淘汰了，在发达国家，这些淘汰的电子产品是不能随便乱扔的。它们必须经过专门的渠道进行回收。这么做一来是实现资源再生，二来是避免对环境造成污染。在这些国家，这个回收过程必须是环境友好的，这样一来成本就很高了。回收的资源价值还没有回收成本高，这之间的差价自然也是消费者来买单了。
在这样的背景下，老外就想了一个“好办法”，那就是用大船把这些电子垃圾送到发展中国家去。因为一般来说这些国家的环保要求都很低，这样回收的成本就会大大降低。之前我朝就是这样一个角色，大部分的电子垃圾都被大船拉到我朝，然后用简单暴力的方法进行回收利用。至于环境友好？在GDP面前不值一提的好嘛。因为这个产业的存在，我朝已经被美剧黑了不止一次了。我本人至少看到过四次。
Emmmmm~虽说被黑了一把，但是事实就是这样的。
然而，在这些洋垃圾中，有一部分是功能完好的，只是简单的用不上了。这一部分会进行简单的破坏。比如电源就会剪掉输出线，鼠标会剪掉USB线，这样二手电子产品就彻底变成了电子垃圾，避免再次流入市场。但是这一类的简单破坏是可以修复的，某宝有一部分商家就是专门卖这种洋垃圾。本文的主角就是这样的，20W的开关电源只要3.5元，买的多还可以包邮哦。Made in China 兜了一圈又回来了。
除了这一类以外还有一类破坏的非常彻底的，比如固态硬盘的部分闪存颗粒被电钻打了孔（或许只是为了销毁数据？），但是还是有一部分闪存颗粒可以拆下来做个U盘啥的，甚至可以某宝买个带主控的PCB直接搞一个固态盘。又或者有的鼠标直接被压碎了，这一类属于只能用来拆元件的洋垃圾。还有一类就比较高端了，比如手机、CPU、挖矿挖到冒烟的显卡之类的，这一类价值比较高，一般没有被破坏过，严格来说不是电子垃圾，但是价格美丽。这一类洋垃圾要有选择的捡，比如手机和CPU是问题不大的，挖矿的显卡就算了，这玩意显存随时有可能挂掉，这是灵车，最好不要上。举个栗子，IphoneSE 16G的价格在750左右。我的LG V20现在只要1050，在此再次给我的洋垃圾手机一个好评。刚刚说这些洋垃圾之前是运到我朝，之所以说是之前，是因为上个月我朝对洋垃圾禁运了。以后洋垃圾估计只能运到东南亚或者非洲去了。这是好事，毕竟我朝再也不是那个穷的一个月只能吃一次茶叶蛋的地方了，不会再为了GDP忽略环境问题了。洋垃圾的禁运只是一个方面，事实上，为了治理环境污染，全国各省都关停了大量的小作坊。典型的就是炼钢厂，现在小型的炼钢厂已经全部关停了。再就是小型造纸厂、印刷厂。因为这些小厂的关停，现在狗东图书促销的优惠力度都大大不如从前了。以上就是对洋垃圾的一个简单介绍，感觉偏题了。。。其实捡洋垃圾一来是因为穷，二来是因为其乐无穷啊。接下来就该切入正题了。
这篇文章的背景是我在选购手机时有一个硬性指标，那就是电池要可拆卸。09年买的LG KS20，11年买的HTC HD2，14年的三星 S4，16年的LG G3，以及现在的LG V20。全部都是电池可拆卸的。原因很简单，备两个电池，用座充充电，没电了以后直接换电池就好了。这样最直接的好处就是从来不会出现手机边充边用的情况，拖个链子多麻烦，像遛狗一样。出门就裤兜里揣个电池，不论是重量还是体积都比移动电源小多了。尴尬的是现在电池可拆卸的机型越来越少了，最常见的理由就是为了节约手机内部空间。嗯~LG V20厚度是7.7mm，屏占比71.9%。这两个参数放在现在也比绝大多数机型强。在我看来电池不可拆卸唯一能站住脚的理由是三防，除此之外不是为了圈钱就是简单的跟风随大流。刚刚提到，除了要备两个电池外还需要一个座充。LG和三星出的机型如果电池可拆卸，那官方就会标配两个电池加一个座充，但是仅限于韩版。没办法，人家对家乡人民就是这么友好，这一点可比美国联想强多了。这一次我买的是美版水货，自然是没有标配座充的。手机配件在某宝水很深，如果希望在某宝淘一个座充，那价格低于100的一定是高仿，超过100的也不能保证是正货。如果直接选择第三方提供的座充，一般就不支持快充，充一次电大概要四个小时。既然如此，就不如自己动手了。
改造
计划是改造一个洋垃圾开关电源用作座充。这个电源原本是恒压5V输出，最大输出电流4A，必须要改造才能使用。
手机用的锂电池，充电过程可以大致分为三个阶段：
[if !supportLists]1、 [endif]在电池有轻微过放，导致开路电压低于某个阈值时，要使用涓流充电，充电电流一般不大于0.1C，这样做有利于提升电池循环寿命，至于为什么我就不懂了。
[if !supportLists]2、 [endif]涓流充电后电池电压回到正常范围，这时候就可以使用一个大的恒定电流给电池充电了，一般手机电池可以达到1C。
[if !supportLists]3、 [endif]恒流充电的过程中电池电压会逐渐上升，当电压接近充电限制电压时，就需要转到恒压充电模式，在这个模式下充电电流逐渐降低，当电流低于某一阈值时就认为电池充满了。
下面这个图是锂电池的充电曲线，左侧电流恒定，右侧电压恒定。
刚刚提到的第一个阶段，涓流充电，仅限于电池被过度放电的情况，上图并没有体现这个阶段。实际上我也不用考虑这个阶段，因为手机是一个很机智的负载，它会在电池过放前自动关机。所以我们要做的就是完成恒流和恒压两个阶段的充电过程。
改造的第一步当然是拆机了，本次要改造的电源使用了超声波焊接工艺，除了直接撬开外没有别的办法。
撬开外壳后就能看见内部电路了，可以看到内部元件安排的非常紧凑，具有单极EMI滤波，看起来是个正儿八经的产品。上下两个散热片分别为副边二极管和原边MOS管散热用。
从电路结构不难看出它使用了最简单的单管反激拓扑。控制电路没有使用任何芯片，用到最高端的半导体器件是一个三极管。这样的好处是成本可以降到最低，不过设计难度大了不少。至于控制原理此处就不展开讲了，后面如果有空可以写一写。改造的第一步是考虑额外的电路放在哪里。从上图可以看出它的元器件安排的特别紧凑，并没有空间新增额外的电路。原电路副边使用了两个16V 470uF的电解电容。本次改造后输出电压不会超过4.4V，所以可以把两个16V 470uF的电解电容用三个6.3V 330uF的电解电容替代，再将原本竖直安装的输出电感卧倒，就能腾出足够的空间。如下图所示。拍照的时候距离太近了，没对上焦，所以很模糊，但是可以看到输出端的上方已经腾出了一个不小的空间，相比原来的结构，输出侧的器件高度降低到了原来的一半，改造后新增的电路就可以放在这里。
空间已经有了，下一步就是验证改造是否可行。改造后电源的输出电压会比原来小，最低会到3.5V左右。原输出电压在5.2V左右，改造后最低输出电压大概只有原来的70%。原边辅助绕组的电压也会等比例降低到70%，这个幅度已经很大了。可能会造成原边辅助绕组供电电压不足，导致电源不能正常工作。改造第一步就是验证电源输出3.5V时能否正常工作。这个电源的反馈电路使用了典型的TL431电路，所以只需要更改反馈分压电阻网络就能改变输出电压。更改分压电阻后输出电压为3.5V，带载3A，电源工作正常。如果输出电压改为3.5V后电源工作不正常，就要手工加绕辅助绕组，通过增加辅助绕组的匝数，保证输出电压降低后辅助电源电压能满足要求。很幸运，这一次不用更改变压器辅助绕组，不然这个工作会耗费很长时间。
验证了改造的可行性就可以正式开展改造工作了。本次改造工作的服务对象就是下图这个小玩意儿。
容量3200mAh，所以恒流阶段的电流设置为3A，接近1C。充电限制电压4.4V，所以恒压阶段的电压设置为4.4V。这个电源本来就是恒压输出的，所以恒压阶段非常容易实现，只需要像上面提到的那样更改反馈电阻网络，把输出电压改为4.4V就可以了。恒流阶段的实现就会稍微麻烦一些，通过下面这个原理图来说明实现方法。首先看电路的左半部分，这一部分实际是做了一个电流环。电源输出正极V+直接接电池正极，电源输出负极经过电流采样电阻R1后接电池负极。R1阻值33毫欧，电流3A时功耗297mW，已经小到了可以接受的程度。电流采样电阻两端的电压经过R2、C1滤波后被运放放大28倍。这样，输出电流3A时，运放输出2772mV。运放输出的电压经过肖特基二极管D1连接到反馈电路中TL431的参考引脚，2772mV减去二极管正向压降刚好是2.5V左右。
充电初期电池电压比较低，如果强加4.4V的电压，电流就会很大，有了这个电流环以后，电流增大到3A时，运放给TL431一个2.5V的电压，这样反馈就达到了稳态，电流也就稳定在了3A。这时起到反馈作用的是电流环。恒流充电后电池和输出电压同步抬升，当电池电压达到4.4V时，电压环的分压网络就能给TL431一个2.5V的电压，此时反馈被电压环接手，进入恒压充电阶段。恒压充电阶段电流会从3A逐渐减小到0，此时运放的输出电压也会同步减小，但是由于D1的存在，运放输出电压的降低对反馈电路毫无影响，此时起到反馈作用的是电压环。至此，为电池充电的两个阶段都已经实现。由于本次选用的运放一个封装里面有两个运放，留着一个不用感觉浪费了。所以右边的电路其实是做了一个充电状态指示。R5、ZD1生成一个2.7V的参考电压，经过R7、R6分压得到87mV后连接到到运放反相输入端，运放正相输入端直连电流放大信号的输出端。运放作为一个电压比较器来使用。充电电流大于94mA的时候，运放输出高电平，发光二极管D3发光，表示正在充电。充电电流小于94mA时发光二极管熄灭，表示没有接入电池或者电池已充满。94mA这个阈值还是定的太低了，以至于电池电压已经达到4.38V，还是指示正在充电，还是姿势水平不够高啊。不过我是懒得改了，毕竟不影响使用。R9、D2只是简单的电源指示灯，上电就亮。以上就是本次改造的原理介绍，接下来就是实际操作了。本次使用一个洞洞板焊接上述电路，毕竟我是不可能为了一个这么简单的电路设计个PCB然后打样的。成品图如下：
运放和采样电阻都是贴片的，但是这并不影响我强行把它们焊在洞洞板上。然后用导线把洞洞板和电源板连接起来。
接下来就是简单测试了。给电源上电，测试空载电压4.39V，没有问题。接上一个1.2欧的电阻作为负载，使用万用表测量输出电流2.97A也没有问题。
电池座
接下来就是接到电池上进行实际充电测试了。批量化生产的座充都是按照电池的实际尺寸，做一个专用的电池槽，把电池插进去就可以开始充电了。DIY的座充就需要充分地发挥自己的想象力了。下图就是我的解决方案：
选一个大小合适的万能洞洞板，两侧根据电池的实际大小焊两列排针，前端焊一个电池座，后端直接堆锡珠，电池装上后卡到锡珠上就能保证电池极点与电池座良好接触。下面来看一下细节
两侧的排针四个为一组，每侧三组，焊接好后要在内测以外的方向堆锡。因为这种万能板的质量是很差的，必须用尽量多的焊盘来固定排针，以免受力后直接把焊盘掀起来。后侧为了方便电池的装卸，不适合使用排针，就堆了两个锡珠，电池装上后贴板就会被锡珠卡住，充电完成后只需把电池后侧翘起就可以轻松取下来。
前面一侧焊接了一个电池座，用导线和开关电源连接在一起。这里导线线径非常大，是为了尽量减小充电时导线上的压降。电池座除了焊接点为还使用了一个线扎把它牢牢固定在板子上，这是为了防止电池座受力后往后仰。
测试
现在，就可以接到电池上进行实际充电测试了。上电后装上电池，使用示波器测量输出纹波电压，结果如下：
纹波电压峰峰值10mV,算得上是很理想了。
由于没有电流探头，所以电流的测量就只能通过测量电流采样电阻两端的电压来间接测量了。电流测量结果如下：
这个波形看起来就没有电压波形那么好了，有许多毛刺。事实上之前在公司也试过通过测量采样电阻的电压来间接测量电流，和这个现象一样，有很多毛刺。这些毛刺其实并不是真实的电流毛刺，猜测是采样电阻有一个等效串联电感，在电流有小幅波动时（比如原边MOS管动作）会产生一个毛刺电压。忽略这些毛刺，电流其实是很稳定的。实际测试充电电流在2A左右，比使用电阻测量时电流小。这个问题以前也有遇到过，改变采样电阻的电压放大倍数是没有效果的，暂时还没有想清楚原因。
收尾
虽说这个实际的充电电流比预期的小，而且充电指示灯不是很科学，这个座充可以认为是能用了。收尾的工作就是把电源板再塞到外壳里去。
首先是把额外加的洞洞板放置好。为了防止短路，先在它下方贴上绝缘胶布。
接下来就可以把洞洞板放在绝缘胶布上方，然后把整个电源板装回外去了。然后在指示灯的位置用烙铁头烫一个孔用于观察指示灯的状态。
上文有提到，这个电源使用了超声波焊接工艺，是不可能无损拆机的，所以拆了以后再合上就得想其他办法固定了。这里我在电源两端缠上了高温胶带。
最终效果图
结语
到这，整个改造工作就完成了。其实这些工作都是半个月前就完成的，在这半个月的时间里一直使用这个座充为手机电池充电。是完全没有问题的。整个座充使用的元器件总价在10元以内（不包括某宝邮费），如果用10元在某宝直接购买座充，那估计不出一周就能把电池充到鼓包。
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