Tutorial sobre los cargadores de tabletas y celulares chinosPosted on May 3, 2013

El tipo de cargadores que mas se usa en china para tabletas y celulares

son los del tipo fuente conmutada (switch-mode power supply). Estos

han ido reemplazando a los cargadores lineales (linear power supply)

que se usaban antes, gracias a su mayor eficiencia, menor tamano y

peso.

En china hay muchas calidades de cargadores, muchos compradores

vienen a china y se guian solo por la apariencia exterior o las

especificaciones que traen en la etiqueta lo cual en la mayoria de casos

es falso. Ademas los cargadores economicos dan cierta capacidad a

220V pero menos capacidad a 110V lo cual puede acarrear problemas

para los clientes de paises como colombia, ecuador, venezuela y

centroamerica.

Primero que todo vamos a analizar como funciona un cargador, luego

veremos como testearlos y al final compararemos un buen cargador con

la basura que compran muchos en los mercados en china.

Esta guia en sus aspectos basicos aplica para muchas fuentes DC

conmutadas ya sea un cargador de celular, fuente de PC, etc.

**********Este articulo esta en construccion*************

FUNCIONAMIENTO DE UN CARGADOR

 

diagrama cargadores

Un cargador lo podemos dividir en las siguientes fases, rectificacion de

entrada, oscilador Mosfet, transformador de salida, rectificador de salida

y el circuito controlador del oscilador

 

RECTIFICACION DE ENTRADA

rectificacion de entrada

Recibe el voltaje alterno de entrada ya sea 220V o 110V y por medio de

un puente de diodos (diode bridge con 4 diodos) se convierte en

corriente directa. Este voltaje es poco estable y posee un gran rizado

(ripple) por eso de ahi pasa por el Condensador de entrada (electrolitico,

alto voltaje y gran tamano) que reduce el riple a niveles manejables por

el oscillador mosfet. En esta etapa tambien por proteccion encontramos

el fusible el cual se quema en caso de cortocircuito. Nota: En cargadores

de alta calidad (para mercados europeos o estados unidos) en esta area

encontraremos tambien un circuito para aumentar el factor de poder (lo

exigen en la union europea) y un circuito para eliminar cualquier

interferencia pueda emitir el cargador a la linea de voltaje principal, en

cargadores para el mercado latinoamericano por lo general se omiten.

OSCILADOR MOSFET:

MOSFET OPTOCOUPLER TRANSFORMADOR

Es un Transistor MOSFET de alto voltaje. Se enciende y apaga a una alta

frecuencia para producir un voltaje alterno que pueda alimentar el

transformador de salida(los transformadores solo trabajan con corriente

alterna). Este MOSFET es controlado ya sea por otro transistor (disenos

sencillos) o por un Integrado que reciben retroalimentacion del

optocoupler. El Oscilador MOSFET enciende y apaga a una frecuencia de

50KHz o mas, se escoge esta alta frecuencia por dos razones, la primera

para que esta oscilacion no sea audible (por lo general no detectamos

sonidos de mas de 20KHz) y la segunda para hacer mas pequeno el

cargador ya que entre mayor la frecuencia el transformador de salida se

puede hacer mas pequeno (por eso los cargadores antiguos eran

grandes y pesados ya que el transformador era grande debido a que

trabajaba a los 50-60hz de la corriente de linea). Este MOSFET es la

parte mas importante en la calidad de un cargador, un buen MOSFET es

algo costoso por lo cual es comun que los chinos usen MOSFET usados

en los cargadores economicos. Aunque en teoria esta oscilacion es muy

eficiente, la verdad se producen perdidas ya sea por corrientes parasitas

o por la pequena resistencia interna del mosfet por lo cual siempre se va

a desperdiciar algo de energia en forma de calor, entre mayor sea la

capacidad en vatios del cargador mas se calienta por lo cual en algunos

casos debe hacerse mas grande o ponerle un disipador.

 

TRANSFORMADOR DE SALIDA

Este provee la aislacion electrica entre el circuito secundario (corriente

directa) y el circuito primario (corriente alterna). El funcionamiento de un

transformador se basa en las propiedades de los inductores (bobinas) las

cuales se resisten los cambios de corriente electrica, este como los otros

transformadores consta de un devanado de entrada, un nucleo (ferrita,

aire)y un devanado de salida. La corriente alterna producida en el

oscilador mosfet llega al devanado de entrada e induce una corriente

equivalente pero de menor voltaje en el devanado de salida del

transformador. La corriente inducida en el devanado de salida luego

pasa por el diodo rectificador de salida.

 

RECTIFICADOR DE SALIDA

El voltaje que sale del transformador es alterno y como sabemos las

tabletas trabajan con corriente directa, para hacer la rectificacion se usa

un diodo Schottky ya que tienen menor tiempo de recuperacion y menor

caida de voltaje que los diodos normales(en algunos disenos usan un

MOSFET).

 

SALIDA

El voltaje que sale del diodo rectificador ya es directo pero tiene mucho

ruido y Rizado (ripple), para filtrar ese ruido y rizado usamos el

condensador de salida (electrolitico) , ya filtrado el voltaje va va los

terminales de salida. Tambien tenemos un diodo Zener que detecta el

voltaje que va a controlar el optocoupler para la regulacion de voltaje.

Algunos cargadores tambien incorporan un LED (va con su respectiva

resistencia).

 

CIRCUITO CONTROLADOR DEL OSCILADOR

 

El voltaje de salida del cargador es regulado por medio de un circuito de

retroalimentacion que consta de un diodo zener, optocoupler y el circuito

controlador del Oscilador mosfet. El diodo zener recibe parte del voltaje

de salida y genera una senal que controla el optocoupler, el optocoupler

internamente consta de un led y una fotocelda, segun la senal de

entrada el led del optocoupler produce una senal luminosa la cual es

convertida nuevamente a electricidad por la fotocelda (en china es

comun usar optocoupler usados en los cargadores baratos). La corriente

de salida del optocoupler es la que llega al transistor que controla los

ciclos de encendido-apagado del oscillador mosfet. Al apagar-encender

el mosfet a cierto ratio se afecta el ciclo de trabajo (duty cicle) de la

corriente de salida del oscillador mosfet lo cual por ende cambia las

caracteristicas del voltaje de salida.

Les adjunto las especificaciones de un optocoupler chino muy usado en

shenzhen

JC817-OPTOCOUPLER-YILIN

 

Nota: En algunos cargadores el mosfet y el circuito controlador del

mosfet estan incluidos en un simple integrado, les adjunto las

especificaciones de uno de esos integrados , el RM6203 que es comun

en china por lo economico pero en mi experiencia regula pesimo

RM6203

 

SEGURIDAD EN LOS CARGADORES

Aunque la salida por lo general es de corriente directa y bajo voltaje (no

peligrosa) , el area alterna del cargador maneja altos voltajes alternos

los cuales pueden llegar a ser peligrosos. EL mejor consejo es no

destapar un cargador excepto sea extrictamente necesario. Si el

cargador esta conectado hay que tener extremo cuidado con la parte

alterna, si esta desconectado hay que descargar primero el condensador

de entrada, este almacena carga a alto voltaje incluso tiempo despues

de haberlo conectado.

Una buena practica de seguridad que muchos cargadores baratos la

olvidan son los seeds, son pequenas resistencias que ayudan a

descargar lentamente los condensadores luego de desconectar el

cargador del enchufe. Como sabemos los momentos de mayor stress

para un cargador son al conectarlo al enchufe ya que los condensadores

se cargan y la corriente en el circuito aumenta y cuando se desconecta

ya que los condensadores se descargan rapidamentew aumentando

tambien la corriente en el circuito, por eso es importante poner los

seeds.

Es importante el cargador posea el circuito regulador de voltaje

retroalimentado, los cargadores mas baratos por lo general lo omiten

omiten lo cual pone en riesgo la vida util de la tableta o celular.

El material de la carcaza debe ser poco flamable, mucho cargador barato

no solo por el material de la carcaza sino por el material interno, luego

de un cortocircuito puede crear un incendio.

No compre cargadores baratos, estos usan material usado lo cual pone

en riesgo su seguridad y la vida util de sus aparatos.

 

COMO TESTEAR LOS CARGADORES

banco de pruebas

 

Para testear la calidad de los cargadores necesitamos una carga digital,

un osciloscopio y un termometro, un regulador de voltaje a 110V puede

ser util si el cargador va a ser usado en paises que usan 110V. si el pais

donde se va a usar exige un minimo de eficiencia en el cargador tambien

necesitamos un medidor de poder.

Con la carga digital la ajustamos a la capacidad que queremos medir,

ajustamos la corriente ya sea a 2000, 1000, 500 miliamperios/hora o

cual sea la capacidad supuesta del cargador. Hay que tener en cuenta

las perdidas de voltaje en el cableado de la carga digital (por lo general

en mis test ajusto la carga a 4.7V para compensar), el voltaje no debe

bajar de 4.7 o minimo 4.5V, si es menos quiere decir el cargador no esta

disenado para esa capacidad y entonces lo testeamos con una carga

menor. En mi caso yo los testeo basado en voltaje, teniendo en cuenta la

caida de voltaje que produce el cable (mas o menos 0.3V) selecciono la

carga digital por voltaje y no por amperaje (4.7V) y reviso cual es la

corriente maxima que da el cargador. Para hacer las pruebas es

recomendable usar un cable que sepamos sea de buana calidad ya que

muchos cargadores chinos baratos el material del cable es usado por lo

cual tienen alta resistencia y le bajan la capacidad al cargador.

rizado y ruido (cargador de muy mala calidad)

Verificamos con el osciloscopio que el ruido y el rizado (ripple and noise)

del voltaje de salida no sean muy altos. Un cargador con mucho ruido y

rizado nos va a generar problemas sea con la pantalla (lineas oscilantes)

o en casos extremos con el touch screen, por eso a veces que conectas

una tableta o un celular a un cargador barato, el touch screen se vuelve

impreciso, a veces se vuelve loco. Un cargador estable tambien nos va a

proteger el circuito de carga y la bateria de la tableta o el celular.

Tambien es importante usar un termometro, verificamos que la

temperatura del oscilador mosfet no sobrepase las especificaciones

tecnicas, lo mismo en el diodo rectificador de salida o los diodos de

entrada.Un cargador ineficiente va a generar mas calor que uno mas

eficiente.

Por ultimo verificar las medidas de seguridad que apliquen en su pais,

que el material de la carcaza sea no flamable, los seeds para descargar

los condensadores, fusible, etc.

 

COMPARACION ENTRE UN CARGADOR DE TABLETAS BARATO Y UNO

DECENTE

Vamos a comparar un cargador barato como los que entregan algunas

fabricas o en los mercados de shenzhen y un cargador decente como el

que entregamos normalmente con nuestras tabletas, digo decente

porque no es el mejor que tenemos (entregamos uno mejor por un cargo

adicional) pero el rendimiento es aceptable para un uso normal. En este

caso el cableado de la carga digital tiene una perdida de 0.1-0.2V por lo

que debemos sumar ese valor a lo que mida la carga digital.

comparacion cargadores

Como vemos el cargador decente muchos de los componentes del

circuito de entrada (como el oscilador Mosfet y el circuito controlador del

oscilador) estan incorporados en un integrado.  Ademas el condensador

de entrada es de mayor capacidad (filtra mejor), el transformador es

mas grande (mayor capacidad), el diodo de salida mas grande (mas

capacidad) y el condensador de salida de mayor capacidad (mayor

estabilidad). Tambien en la parte directa posee un transistor ademas del

zener, el optocoupler es nuevo y posee ademas el condensador entre la

parte alterna y la directa para filtrar interferencia. Por el otro lado vemos

posee los seeds para aumentar la seguridad.

 

TEST CARGADOR ECONOMICO

Empecemos con el cargador economico, vamos a iniciar con bajas

corrientes a 220v, luego aumentamos la corriente y al final hacemos el

test a 110V.

 

220v 1200mah cheap

220v 1200mah cheap

Este test lo hize a 220V y 1200 ma/h, como vemos a la izquierda el ruido

es altisimo y se sale de la escala del osciloscopio, por eso a la derecha

cambie la escala a 200mV para poder medir la magnitud del ruido que

llega a 1V peak to peak. Tambien podemos ver que existe un rizado (las

ondas que se ven en la senal). Ademas  a 1200 mah el voltaje es

bastante bajo a 4.6 que aunque va a cargar la tableta, va a estar forzado

el cargador.

220v 1400mah cheap

220v 1400mah cheap

A 1400 ma/h solo nos va a mantener un voltaje de 4.4V, con este voltaje

la tableta no creo cargue encendida (aunque apagada posiblemente lo

haga), si vemos el garfico del osciloscopio el rizado aumenta  a niveles

inaceptables, este nivel de rizado nos va a volver loca la pantalla tactil

ademas de estresar los circuitos reguladores de la tableta.

220v 1800mah cheap

A 1800 ma/h el cargador se apaga, no es necesario mostrar el grafico del

osciloscopio ya que el voltaje es 0 voltios

110v 776mah 4,7vcheap

110v 776mah 4,7v cheap

Ahora lo testeamos a 110V, no lo hare a 1200 ma/h como antes ya que a

110V la capacidad de este cargador baja drasticamente y se apaga, en

este caso voy a testear la capacidad maxima que da el cargador a 110V

con una salida aceptable a 4.7V , en este caso nos da solo 770 ma/h. En

el grafico del osciloscopio nos da un alto rizado.

110v 1000mah cheap

110v 1000mah cheap

A 110V testeandolo con una carga de 1000 ma/h nos da un voltaje de

solo 2.4V lo cual no va a servir para nada. El grafico del osciloscopio

juzguen ustedes mismos.

 

TEST CARGADOR ACEPTABLE

220V 1200 MAH

220V 1200 MAH

Ahora hacemos el test a 220V y una carga de 1200 ma/h, aunque el

ruido es alto comparado con un cargador de marca reconocida, para un

uso normal es aceptable, tambien vemos no hay rizado. En la carga

digital vemos maneja un voltaje de 4.9V lo cual significa esta regulando

bien (recordemos el cableado de la carga digital tiene una perdida de

0.1-0.2V)

 

Ahora hacemos el test a 220V y una carga de 1400 mah, a diferencia del

cargador barato el nivel de ruido sigue muy similar que a 1200 ma/h

ademas de no presentar rizado. En la carga digital nos sigue dando un

muy buen voltaje.

 

Ahora lo testeamos a la capacidad marcada en la etiqueta del cargador

2000 ma/h. Aunque el ruido aumenta un poco sigue siendo un nivel

manejable, ademas no se presenta rizado. En la carga digital vemos que

aunque el voltaje baja 0.1V sigue siendo muy bueno. Esto siginifica este

cargador si es realmente de 2000 ma/h de capacidad.

 

Por ultimo lo testeamos a 110V a una carga de 2000 ma/h, como vemos

este cargador no varia su capacidad ya sea lo conectemos a 110V o

220V.Los cargadores economicos en cambio varian la capacidad

dependiendo del voltaje de entrada

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Notas:

En algunos cargadores el oscilador mosfet y el circuito controlador del

oscilador estan incorporados en un integrado, algunos integrados

incluyen incluso el puente de diodos.

Algunos cargadores poseen un condensador entre el area alterna y el

area de corriente directa del cargador, esto con el fin de minimizar la

interferencia emitida (EMI).

Algunos cargadores incluyen un circuito que emite una senal sobre el

puerto usb para que el aparato inicie la carga a alta velocidad (productos

apple por ejemplo)

 

Links:

Les recomiendo el E-Book “troubleshoting and repairing switch mode

power supplies” por Jestine Yong”

http://professionalpowersupplyrepair.com/smpsrepair.php

tambien estas guias de tektronix

 

 

Articulo de wikipedia sobre fuentes conmutadas

http://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply

Y los videos de afrotechmods en youtube

http://www.youtube.com/user/Afrotechmods?feature=fvst

http://www.youtube.com/playlist?list=PL36AB5C6DA12CF293