回家忘帶充電器，可以使用非原裝充電器充電嗎？安全嗎？_風聞

原創：中科院物理所

隨着科技的發展，我們追求更加高效便捷的生活。生活中使用的電子設備在不斷的更新換代，除了性能大大提升，電池的容量和充電速度也有了明顯的提高。充電器的功率和幾年前購買的已經大不相同，放假回家忘帶充電器的我們，可以使用舊的充電器給我們的新款手機充電嗎？或者可以使用新的充電器給老款手機充電嗎？

為了找到這個問題的答案，我們先來看看充電器是由哪些部件構成的吧！

充電器

充電器主要由變壓器、整流器、濾波器和穩壓器四個部分組成：

變壓器是充電器的核心組件，它由輸入線圈、輸出線圈和鐵芯組成，其工作原理是利用電磁感應原理，在充電過程中負責將家用交流電壓（AC）降低到更適合手機充電的水平；

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整流器由四個二極管組成，通常採用二極管橋式整流器的設計，它的作用是將變壓器輸出的交流電轉換為脈衝直流電（DC）；

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濾波器通常由電容器構成，用於平滑整流後的脈衝直流電，去除電流中的波動和噪聲，使得輸出更加穩定；

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穩壓器則通常由集成電路實現，它能自動調整電源輸出，保持輸出電壓的穩定性，確保設備能夠安全充電。

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此外，充電器還可能包括：負責管理和調節整個充電過程的控制芯片；顯示充電狀態的狀態指示燈；用於電路的穩定和濾波的配套電阻電容與電感；以及保護裝置。充電器的設計可能會因製造商和技術水平的不同而有所差異，但其主要功能和組成部分大致相同。

控制芯片****充電器的控制芯片是整個充電過程中的核心部件，當設備連接到充電器時，控制芯片會自動識別設備的充電協議和需求，然後調整輸出電壓和電流，以滿足設備的充電需求。

其在恆流充電期間會不斷監測電池電壓。當電池電壓達到設定的恆壓充電閾值時，控制芯片會從恆流模式切換到恆壓模式，以確保電池不會過充。

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當電池深度放電時，電池內部的保護集成電路（IC）可能會斷開電池連接。此時，充電器的控制芯片會提供一個小電流（如50mA）為電池組的電容充電，以觸發保護IC重新連接電池。如果電池在一定時間內未能重新連接，控制芯片會停止充電，防止損壞電池。

當電池重新連接或處於放電狀態時，控制芯片會進入預充電階段。在這一階段，控制芯片以較低的電流水平為電池安全充電，使電池電壓緩慢上升。

某些充電器IC還可以為工作電源提供穩定的輸出電壓，例如+3.3V，這可以確保單片機等設備的穩定運行。

**為了防止過熱，控制芯片通常配備有熱調節電路。**這可以確保在充電過程中，如果温度過高，充電器會自動減少充電電流或停止充電，以保護電池和硬件。

現代的充電器控制芯片還可能集成了其他功能，如反接保護、短路保護等，以提高充電過程的安全性。

隨着技術的發展，一些控制芯片還支持快充功能，這需要複雜的算法和高效率的功率轉換設計來實現快速充電的同時保持設備安全。

高功率的充電器可以給功率要求較低的用電器充電嗎？

充電器標註的功率通常指的是其最大輸出功率，充電器的最大輸出功率指的是它能夠提供的最大功率上限，若充電器標註為5V-2A，則其最大功率為10W。

如果用電器本身的設計不支持這麼高的功率，充電器不會強制供給超出其承受能力的功率。因此，高功率的充電器理論上可以給功率要求較低的用電器充電。一個高功率的充電器在技術上可以向下兼容，為低功率設備安全充電。

注意：1.我們在使用非原裝的充電器時，應確保它們來自信譽良好的製造商，並且符合相關的安全標準。雜牌或三無產品的充電器可能無法保證穩定的輸出，從而對設備造成損害。

2.有些設備可能對充電器有特定的要求，比如只能使用原裝或指定品牌的充電器。因此，在使用非原裝充電器之前，最好檢查設備説明書或諮詢製造商，以確保兼容性和安全性。

那如果使用功率較低的充電器為功率需求較高的用電器充電，會怎樣呢？

這可能會導致無法充電或****充電速度極慢。

當我們使用不配套的充電器充不上電時，可能是因為不同型號的用電設備在電路設計上有所差異；此外，雖然許多設備使用同種接口，但是它們可能支持不同的充電協議，這也可能會導致無法充電。

大家有沒有注意到手機充電的速度是在變化的呢？

充電速度的設計是一個複雜的過程，它不僅涉及到電池內部的化學反應和物質結構，還包括外部電路的控制和優化。

從物理角度來看，充電速度與功率有關，而功率是電流和電壓的乘積。這意味着，理論上可以通過增加電流或電壓來提高充電速度。然而，鋰電池的充電過程並不是簡單的功率輸入，我們需要考慮電池的健康和安全。

來源：參考文獻[6]

在鋰電池的充電過程中，鋰離子從正極材料中釋放出來，通過電解質移動到負極，並嵌入到負極的層狀結構中。

在快速充電過程中，電池內部會產生更多的熱量，導致電池温度升高，從而加速電池老化。此外，充放電速度對電池壽命的影響還體現在電池內部結構的物理變化、內阻和極化增加、正負極活性物質缺失以及鋰缺失等方面。充放電倍率越高，即充電速度越快，電池的衰減速率也快速增加。

為保護電池並確保充電過程中的安全性和效率，鋰電池的充電通常分為三個階段：

**恆定電流預充電階段：**這是為了防止電池在電量過低時受到損傷。在這個階段，電池以較低的電流充電，直到電池電壓升至一個安全水平。

**大電流恆定電流充電階段：**一旦電池電壓達到預定水平，充電電流會增大，電池以最大允許的電流充電，直到電池電壓接近其額定電壓。

**恆定電壓充電階段：**在這個階段，電池電壓被維持在一個固定的水平，隨着電池逐漸充滿，充電電流逐漸減小，直到充電結束。

快速充電技術的發展也是提高充電速度的關鍵。快速充電技術通過優化電池設計和使用特殊的充電協議來實現快速充電。例如，一些充電器支持高通QC2.0協議，能夠將電壓降低到12V/9V/5V，以適應手機的充電需求。

為了實現快速而又安全的充電，電池製造商應努力提升能量密度以增加電池容量，同時芯片製造商尋求低功耗方案以提高充電效率，這將帶來一加一大於二的效果。

很多時候我們為了方便，會選擇給自己的移動設備過夜充電。這的確給我們帶來了方便，但這對電池真的好嗎？

電池電量保持在20%-80%的範圍內最佳，在這個範圍內可以減緩電池老化的速度。在充放電過程中，過充影響正極材料的晶格結構，過放影響負極材料的結構。特別是在完全放電的情況下，可能會導致負極材料結構塌陷，這種損害是永久性的，會導致電池容量下降。

温度是影響電池內部化學反應的重要因素。當電池充電時温度通常會升高，尤其是在快充模式下更為明顯。電池在充滿電的狀態下繼續充電可能會導致電池温度持續較高。

在高温下，電化學反應更加活躍，電池的放電能力增強，內阻減小。但過高的温度會加劇電解質與正負極材料之間的副反應，導致電解質和活性材料的消耗，從而引起電池容量衰減和內阻上升。過放電還可能導致負極集流體（如銅箔）的溶解。

完全充電和完全放電的循環會對電池造成很大的損耗，從而縮短其壽命。在同等條件下，鋰離子電池的電量保持在50%左右，要比電量保持在20%以下或80%以上，對電池本身的損耗來得小。

因此，為了延長電池的使用壽命，**建議在電池電量降至20%時開始充電，並儘量避免長時間將電池充至100%。**同時，使用原裝充電器充電，避免在高温環境下充電，以及在電池發熱時停止使用手機，都是保護電池的良好習慣！

參考資料

[1]蘇振東,孟慶國,尹騫.一種動力鋰電池系統的SOH估算方法[J].科技創新與應用,2022,12(06):155-157.DOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2022.06.045.

[2]卿曉東.耦合電容和負載變化下電場耦合無線電能傳輸系統性能提升技術[D].重慶大學,2021.DOI:10.27670/d.cnki.gcqdu.2021.003736.

[3]任秀英.UPS中雙向DC-DC變換器的拓撲改進及其效率提高研究[D].哈爾濱工業大學,2016.

[4]陳東坡.便攜式電子設備用高效率、多模式、多輸出電源管理芯片的研究與設計[D].浙江大學,2008.

[5]井冰,蘆朋,李博.鋰電池容量衰減和循環壽命影響因素淺析[J].中國安全防範技術與應用,2018,(03):62-67.

[6]趙美男. 金屬硼氫化物與碳材料的相互作用及其儲能特性研究[D].安徽工業大學,2019.