旧手机智能充电器的破解和利用（二）——韩国TC-550充电器
今天介绍韩国SK（鲜京）公司的TC-550充电器，重点是单片机控制的原理和特点。
它是2004年5月生产的，是这类产品的最后一批了，因此功能比较完善全面。它有三档输出电流，最大可达0.9A，非常适合DIY成万能充。
TC-550的外观图：
TC-500的印刷电路板：
TC-500的电原理图：
单片机控制的智能充电器的电路原理： 如何判定一款充电器是否单片机控制的智能充电器，归结为某芯片是否单片机，这常常引起网友争议，其实这个判定并不难。
单片机的设计成本是非常高的，要降低成本就必须提高芯片的通用性，靠提高产量来降低成本。因此为一款或几款充电器而设计的单片机是不存在的。由于单片机要用户编程因此多数都可在网上查到PDF资料。即使资料查不到，但经销商家一定有，卖家都有简单描述。据此判定芯片是否单片机其准确性是非常高的。
充电器中使用的通用单片机多数是16、18和20脚的。多了没有用，少了不够使。这个脚数的单片机很多脚是一脚多用，由程序决定在具体使用中的功能。
单片机的特点：1、基本输入输出（I/O）都是数字的而非模拟的。只能接收逻辑高低信号；输出一般为逻辑高低和悬空三态。
在原理图中标志为PTA5、PTB7（不同厂家标志不同，下同）的就是基本I/O端口，同名的0-7共8个端口组成一个8位并口。其中有些端口可单独或两个一组构成串口；有些具有高达20mA的输出能力。
因此单片机的充电器几乎全是是LED显示的，它并没有直接驱动液晶显示器的能力。只能输出（这时多为串行）数字信号，由另外的芯片驱动液晶。
2、从上世纪90年代起具有ADC（模数转换）的8位单片机已经成为主流产品。因此现在的充电器中的单片机都有ADC。8位ADC的精度对锂电池充电来说精度够了，对镍电池的-ΔV检测，精度就显不足，因此很多充电器用的单片机都像本机的MC68HC908QY2一样是10位ADC转换，其精度在0.1%左右。ADC的端口代号形如“AD5”。
ADC端口的采样电阻一般采用1%精度，并且是通过串并联进一步提高精度，电阻标示为“1032”“49C”样式。可以确保使用用单片机的综合检测精度在0.1--0.5%以上。
3、端口代号为“OSC1”形式的为晶振端口，也作为RC振荡的R、C接入端。新式的单片机很多振荡RC都已经是内嵌式的不再需要外部输入了。充电器由于对时间精度的要求很低，因此极少使用晶振，不再能据此判定是否为单片机了。
4、端口代号为”RST”形式的为复位或称重置的端口，是维修单片机家电的常用端口，上面有上划线的为低电平复位有效。现在的单片机多数具有自动上电复位功能，因此此端口在充电器中使用的很少，实用中插拨电源即可使电源重启。
5、使用单片机的充电器一定是功能强大，电路简洁。
6、单片机极少具备模拟输出的功能（新式单片机有PWM输出，属于数字输出），因此充电电路的电流电压还是由运算放大器控制，而单片机通过运放对充电器的控制只有“分档”和 “开停”控制。往往是安全保障控制。
单片机引脚功能的判定：
单片机很多脚是一脚多用，或者查不到资料的单片机，怎样判定每个引脚的在电路中的实际功能呢？
首先定位特殊脚。如VDD（电源）、VSS（接地） 就很好判定；复位脚（RST）一般是一个电阻接电源，一个电容接地，或反之；OSC脚接晶振，或仅一个电阻接地。
然后判定通用I/O端口。如本机的14脚直接接LED，非常明显的是输出端口，因此它是PTB0端口，而不会是AD4输入口。对于本机的3、5脚，如果你能看懂稍复杂的电路图，就会看出U3C是个10倍比例放大器，用来放大测流电阻的电压，这两个脚在高电位时在R18上的压降能抵消测流电阻的电压，因此它们都是输出脚用来控制充电电流的三个档位。如此类推。
最后判定ADC端口。 ADC端口一定输入的是连续(或阶跃式)变化的模拟信号。如本机的5脚所接的内置热敏电阻处其电压是一定随环境温度变化而变化的；12脚电压是一定随电池电压不断改变的。4脚的判定就一定要有相当的读图水平，才能看出它是ADC端口；而13脚要根据基本判断再加上试验验证，才判定它是ADC端口。
只有正确的判定了各端口功能，才能真正读懂电路。只有真正理解了电路原理，才能理性的改造和DIY。
单片机控制的充电器的功能： 单片机控制的充电器的对电池的保护功能是十分完善的，其充电终止的算法是十分科学的，是任何精良的普通充电器根本无法达到的。
1、 电压检控：
本机单片机的12脚（AD1），经过R28直接接到B+端，由于ADC端口的输入电流极小，因此12脚的电压是与电池的电压完全相同的。单片机对电池电压的监测并不是直接调控充电电压，而是对整个充电过程的充电电压进行监控。
如果充电电压超过了规定值（如4.25V）单片机会封锁输出确保电池安全。这个反映时间是有一定的延时的，以避免噪音、浪涌造成误判，对不同的情况，定时电路按程序给出不同的延时，所有的保护性动作，都有延时，以下就不重复了，网友们自己牢记。
如果充电中发生电压长期不上升，或突然下降等所有与锂电正常充电特征不相符的情况，这意味着电池损坏，单片机都会发出警告并停充。
在刚开始充电时，单片机要进行电池检验。如果测得电池电压太低甚至电池已经处于保护状态的电池，单片机要先用小电流预充电，经一定时间电压稳定上升到规定值后，才开始正式充电。如果发生与锂电池性能不相符的电压特征，都将报警拒充。
2、 电流检控：
本机单片机的4脚（AD3），经过R31接到U3C这个 10倍比例放大器的输出脚，当U3C输出大于2.5V电压时U3A输出高电平起到限流作用。在电流的最高档0.9A时，U3C输出电压在0-2.5V，在其它档由单片机3或5脚变成高电位抬高了U3C的基础电位，如0.45A档U3C输出电压在1.25-2.5V。单片机的4脚检测着这些电压变化，对整个充电过程的充电电流进行监控。
如果充电电流超过了规定值，单片机会封锁输出确保电池安全。
如果充电中发生电流异常变化与锂电正常充电特征不相符的情况，单片机会发出警告并停充。
如果电流小于规定值（一般是额定值的1/10）单片机会认为电池充足，2脚变成高电位，从而结束充电过程。这时会有几mA的涓流充电，这个涓流充电并没有补足充电的作用，主要是防止电池通过电路放电，使电池保持充足状态。
单片机对整个充电过程的充电电流进行监控。并能在必要时直接调控充电电流，如本机，通过改变2脚高电位和悬空态的时间占空比，就能达到调整电流有效值的目的。但这种控制一般不作为主流控制，只在预充电、涓流充电、电池过热等情况下做为辅助调控。
3、 温度检控：
环境温度：本机单片机的5脚（AD2）监测的是环境温度的变化。当环境温度低于零上10度时，单片机将指令以小电流预充电至电池温度达到10度以上（或预充指定时间），然后开始正式充电；当环境温度高于规定度数时，则一直以规定小电流充电防止电池过热。
电池温度检测：当电池温度高于45度时，单片机将指令以小电流补足充电，防止过热造成电池的永久性伤害；当检测环境温度低于25度时，将按预定值减小这个最高温度值（45度）。更重要的是单片机实时监测电池温度变化的曲率，当电池温度变化的速度突然加快时，单片机将及时降低充电电流，避免电池过热。
并不是所有单片机智能充电器都同时具有这两种温度检测方法。本机就没有电池温度检测，也许设计者认为对不同的配套电池选择他们指定的电流充电，不可能产生过热现象。当我们改造这种充电器为万能充时，人为的为电池选择充电电流时，应注意充电电流决不要大于0.5C，并在首次充一款新电池时密切监视电池的温度，取得经验，确保充电时电流的选择远离过热的危险。
同时要指出，并不是所有电池都内嵌测温电阻。
4、 时间控制：
单片机对整个充电过程的时间进行监控。除了上述的各种安全监控都有延时控制外，充电中电池电压的时间上升曲线，恒压充电中的电流时间下降曲线都必须达到要求。多数单片机都有最长充电时间限制，因此改装后用来充某些超大容量的电池时，是有可能充不满的，这并不能认为是充电器的故障，请大家心中有数。
通过以上论述可知：单片机控制的充电器对电池的保护是全方位的、层层设防。无论发生接触短路、反接这些危险动作，还是温度过低这些不易察觉的问题，电池和充电器都不会发生损伤。而且功能全面、精度高，这些都是普通充电器无法达到的。
TC-550的电路原理：（侧重于DIY和改造要掌握的知识）
1、 电池容量检测：
电池一般都有一个被称为ID的端口，用来检验电池的容量规格。但常被厂家用来排除异己，强行搭配自己的充电器和电池。因此Id端口就不统一，甚至像MOTO还使用了只读存储器，使外人很难模仿。但绝大多数是一个电阻接地（也有接B+的），因此这类充电器只要改变接地电阻值，就能反查出配套电池的电阻阻值。对于只有一种电流输出的单片机充电器，往往是用普通I/O端口检测ID口的电平；而本机有三种电流输出，加上未接入，ID端口要判定四种不同的电压区间，因此使用了ADC端口。
本机对应的电流输出为：1K---900mA、4K---750mA、27K---450mA。电阻为中间值，误差20%问题不大。
2、 主调整管及其驱动：
充电器要做成便携式，就不能太大，因此主调整管很少加散热片。但主调整管的功耗大于1W时，温度就会很高。如果充电电流接近1A，就不得不像本机一样降低主调整管的压降。本机不到1V的压降对三极管已经接近正常工作的极限了。因此要使用原来的机壳1A的电流几乎是扩容的极限了。对于NPN三极管在如此低的压降下工作，另一个值得注意的问题就出来了，就是它的基极驱动电压必须大于集电极1.5V以上。因此驱动电路就很难与调整管共用一个电源，本机的四运放的电源解决方案是一个有代表性的方法，在很多电路中采用。这种方法采用倍压整流提供了第二供电电源，以确保运放的输出电压（即使不是轨至轨的）高于调整管的要求。需要指出的是在D8导通的半周，由于没在主电路负载，变压器产生的尖峰电压是很高的，因此第二供电电源的电压远高于2 倍工作电源电压，往往超过20V。
3、 电路恒压控制：
电路的恒压实时控制是由U3B完成的，请注意电压取样电阻和U3的接地方式。如果以B-为参考点，则运放中内嵌的电压基准U3E向运放提供的基准电压是2.5V，而U3B 6脚的取样电压包括了电流取样电阻的压降。这样在恒压充电阶段，电池的电压是随着充电电流的减少缓慢上升的，只有在快充足时才真正达到设计值，在大电流下就更明显。这种设计是比较保守的，大概设计者认为在充电中让充电电流和电压同时达到最大值并非明智之举，这与很多网友认为的优质充电特征确有差距，但这是多数单片机智能充电器的选择，一定有它的实际意义。
当我们用并联测流电阻的方法扩流时，一定要在各档检测最终的充电电压，因为采用上述方案的充电器其充电终止电压往往是高于4.2V的往往在4.22—4.23之间。充电终止电压应保证为4.2V±50mV。另外在我们将其改造成万能充时，如果极性变换电路，插头插座等的附加电阻较大时可考虑把本机的取样电阻R14的接地端改为接至B-点，以改善整机性能。
4、 电路恒流控制和电流分档控制：
这部分的原理，在以上的论述中已经陆续讲过了。网友们在电流改造中往往习惯于在测流取样电阻上并联和在电流主控运放的取样电阻上并联这两种方法。但本机的在运放的取样电阻的另一端加压的方法，往往更好，因为实际操作更简单易行，更不容易对其它电路造成干扰。而计算方法并不复杂。
下面是本机的充电电流电压曲线和实测值：
这款TC-500充电器是非常适合改成万能充的，下面是改造示意图。采用我在“两款新潮手机万能充剖析”中的USB万能充，为减少压降，使用较大的转换开关，极性指示灯用原机的红蓝闪烁LED，非常醒目。原来的高压部分割断保留它用，原LED保留是为了外观无缺陷，也有利固定。由于原机配套的24P母座很难买，所以改用USB插头。为了保护电池防止误插对USB进行了改造。
这样其它USB插头就无法插入。插头部分如图改装后，在合装时在USB头进入原插头部分緾3-4圈黑塑料胶布，使其严紧。并注意贴片发光管对准小窗口。
最后的实际效果图如下：
充电电流的档位开关加在了充电器上，一则万能充再加一个开关不太协调；更重要的是TC-550充电器，一机多用，加在它这儿，省得各个都用开关。如果找不到三档开关，就不用在充电器上接开关，而采用在万能充上用450、750mA两档，在18650充电座上在ID端接1K电阻只用900mA档，总之灵活掌握。
另外可能大家有如下图这样的有USB插孔的充电座，把它改成直接接到电池端口，可直接用本机充电，并省去用万能充的麻烦。同样希望大家在这样改造时，对原USB母座进行上述改造，毕竟使用者并不都像我们那样心中有数，防患于未然是上上策。
追加的接线图：
现在我已经搜到网上购买地址：
http://niujianhui.taobao.com/ 8元
http://item.taobao.com/item.htm?id=7299594455 8元
不知他们怎么这么快搜到我的帖，做为改装依据。但我与他们没有任何关系。
从图片看，PCB与我的不同，但原理应该是相同的，可按同样方法改造。
[ 此帖被bg518在2010-09-13 10:44重新编辑 ]
