回家忘带充电器，可以使用非原装充电器充电吗？安全吗？

原创：中科院物理所

随着科技的发展，我们追求更加高效便捷的生活。生活中使用的电子设备在不断的更新换代，除了性能大大提升，电池的容量和充电速度也有了明显的提高。充电器的功率和几年前购买的已经大不相同，放假回家忘带充电器的我们，可以使用旧的充电器给我们的新款手机充电吗？或者可以使用新的充电器给老款手机充电吗？

为了找到这个问题的答案，我们先来看看充电器是由哪些部件构成的吧！

充电器

充电器主要由变压器、整流器、滤波器和稳压器四个部分组成：

变压器是充电器的核心组件，它由输入线圈、输出线圈和铁芯组成，其工作原理是利用电磁感应原理，在充电过程中负责将家用交流电压（AC）降低到更适合手机充电的水平；

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整流器由四个二极管组成，通常采用二极管桥式整流器的设计，它的作用是将变压器输出的交流电转换为脉冲直流电（DC）；

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滤波器通常由电容器构成，用于平滑整流后的脉冲直流电，去除电流中的波动和噪声，使得输出更加稳定；

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稳压器则通常由集成电路实现，它能自动调整电源输出，保持输出电压的稳定性，确保设备能够安全充电。

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此外，充电器还可能包括：负责管理和调节整个充电过程的控制芯片；显示充电状态的状态指示灯；用于电路的稳定和滤波的配套电阻电容与电感；以及保护装置。充电器的设计可能会因制造商和技术水平的不同而有所差异，但其主要功能和组成部分大致相同。

充电器的控制芯片是整个充电过程中的核心部件，当设备连接到充电器时，控制芯片会自动识别设备的充电协议和需求，然后调整输出电压和电流，以满足设备的充电需求。

其在恒流充电期间会不断监测电池电压。当电池电压达到设定的恒压充电阈值时，控制芯片会从恒流模式切换到恒压模式，以确保电池不会过充。

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当电池深度放电时，电池内部的保护集成电路（IC）可能会断开电池连接。此时，充电器的控制芯片会提供一个小电流（如50mA）为电池组的电容充电，以触发保护IC重新连接电池。如果电池在一定时间内未能重新连接，控制芯片会停止充电，防止损坏电池。

当电池重新连接或处于放电状态时，控制芯片会进入预充电阶段。在这一阶段，控制芯片以较低的电流水平为电池安全充电，使电池电压缓慢上升。

某些充电器IC还可以为工作电源提供稳定的输出电压，例如+3.3V，这可以确保单片机等设备的稳定运行。

为了防止过热，控制芯片通常配备有热调节电路。这可以确保在充电过程中，如果温度过高，充电器会自动减少充电电流或停止充电，以保护电池和硬件。

现代的充电器控制芯片还可能集成了其他功能，如反接保护、短路保护等，以提高充电过程的安全性。

随着技术的发展，一些控制芯片还支持快充功能，这需要复杂的算法和高效率的功率转换设计来实现快速充电的同时保持设备安全。

高功率的充电器可以给功率要求较低的用电器充电吗？

充电器标注的功率通常指的是其最大输出功率，充电器的最大输出功率指的是它能够提供的最大功率上限，若充电器标注为5V-2A，则其最大功率为10W。

如果用电器本身的设计不支持这么高的功率，充电器不会强制供给超出其承受能力的功率。因此，高功率的充电器理论上可以给功率要求较低的用电器充电。一个高功率的充电器在技术上可以向下兼容，为低功率设备安全充电。

注意：1.我们在使用非原装的充电器时，应确保它们来自信誉良好的制造商，并且符合相关的安全标准。杂牌或三无产品的充电器可能无法保证稳定的输出，从而对设备造成损害。

2.有些设备可能对充电器有特定的要求，比如只能使用原装或指定品牌的充电器。因此，在使用非原装充电器之前，最好检查设备说明书或咨询制造商，以确保兼容性和安全性。

那如果使用功率较低的充电器为功率需求较高的用电器充电，会怎样呢？

这可能会导致无法充电或充电速度极慢。

当我们使用不配套的充电器充不上电时，可能是因为不同型号的用电设备在电路设计上有所差异；此外，虽然许多设备使用同种接口，但是它们可能支持不同的充电协议，这也可能会导致无法充电。

大家有没有注意到手机充电的速度是在变化的呢？

充电速度的设计是一个复杂的过程，它不仅涉及到电池内部的化学反应和物质结构，还包括外部电路的控制和优化。

从物理角度来看，充电速度与功率有关，而功率是电流和电压的乘积。这意味着，理论上可以通过增加电流或电压来提高充电速度。然而，锂电池的充电过程并不是简单的功率输入，我们需要考虑电池的健康和安全。

来源：参考文献[6]

在锂电池的充电过程中，锂离子从正极材料中释放出来，通过电解质移动到负极，并嵌入到负极的层状结构中。

在快速充电过程中，电池内部会产生更多的热量，导致电池温度升高，从而加速电池老化。此外，充放电速度对电池寿命的影响还体现在电池内部结构的物理变化、内阻和极化增加、正负极活性物质缺失以及锂缺失等方面。充放电倍率越高，即充电速度越快，电池的衰减速率也快速增加。

为保护电池并确保充电过程中的安全性和效率，锂电池的充电通常分为三个阶段：

恒定电流预充电阶段：这是为了防止电池在电量过低时受到损伤。在这个阶段，电池以较低的电流充电，直到电池电压升至一个安全水平。

大电流恒定电流充电阶段：一旦电池电压达到预定水平，充电电流会增大，电池以最大允许的电流充电，直到电池电压接近其额定电压。

恒定电压充电阶段：在这个阶段，电池电压被维持在一个固定的水平，随着电池逐渐充满，充电电流逐渐减小，直到充电结束。

快速充电技术的发展也是提高充电速度的关键。快速充电技术通过优化电池设计和使用特殊的充电协议来实现快速充电。例如，一些充电器支持高通QC2.0协议，能够将电压降低到12V/9V/5V，以适应手机的充电需求。

为了实现快速而又安全的充电，电池制造商应努力提升能量密度以增加电池容量，同时芯片制造商寻求低功耗方案以提高充电效率，这将带来一加一大于二的效果。

很多时候我们为了方便，会选择给自己的移动设备过夜充电。这的确给我们带来了方便，但这对电池真的好吗？

电池电量保持在20%-80%的范围内最佳，在这个范围内可以减缓电池老化的速度。在充放电过程中，过充影响正极材料的晶格结构，过放影响负极材料的结构。特别是在完全放电的情况下，可能会导致负极材料结构塌陷，这种损害是永久性的，会导致电池容量下降。

温度是影响电池内部化学反应的重要因素。当电池充电时温度通常会升高，尤其是在快充模式下更为明显。电池在充满电的状态下继续充电可能会导致电池温度持续较高。

在高温下，电化学反应更加活跃，电池的放电能力增强，内阻减小。但过高的温度会加剧电解质与正负极材料之间的副反应，导致电解质和活性材料的消耗，从而引起电池容量衰减和内阻上升。过放电还可能导致负极集流体（如铜箔）的溶解。

完全充电和完全放电的循环会对电池造成很大的损耗，从而缩短其寿命。在同等条件下，锂离子电池的电量保持在50%左右，要比电量保持在20%以下或80%以上，对电池本身的损耗来得小。

因此，为了延长电池的使用寿命，建议在电池电量降至20%时开始充电，并尽量避免长时间将电池充至100%。同时，使用原装充电器充电，避免在高温环境下充电，以及在电池发热时停止使用手机，都是保护电池的良好习惯！

参考资料

[1]苏振东,孟庆国,尹骞.一种动力锂电池系统的SOH估算方法[J].科技创新与应用,2022,12(06):155-157.DOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2022.06.045.

[2]卿晓东.耦合电容和负载变化下电场耦合无线电能传输系统性能提升技术[D].重庆大学,2021.DOI:10.27670/d.cnki.gcqdu.2021.003736.

[3]任秀英.UPS中双向DC-DC变换器的拓扑改进及其效率提高研究[D].哈尔滨工业大学,2016.

[4]陈东坡.便携式电子设备用高效率、多模式、多输出电源管理芯片的研究与设计[D].浙江大学,2008.

[5]井冰,芦朋,李博.锂电池容量衰减和循环寿命影响因素浅析[J].中国安全防范技术与应用,2018,(03):62-67.

[6]赵美男. 金属硼氢化物与碳材料的相互作用及其储能特性研究[D].安徽工业大学,2019.