关于手机的充电电流的分析和介绍

在前两篇里我们使用同一台数字万用表，对同一个手机使用同样的那些充电器充电，充电电流测量结果为何迥然不同？不知有多少朋友已经知道其中的原因了。

手机充电的实际过程是什么样子？请注意，我说的是“手机充电”而不是“电池充电”，这两个可是很不相同的概念。DM3068不是一台只能看看读数的数字万用表，它的采样率最高可以达到10K个读数每秒，它还采用了LCD显示屏，能以图形化方式绘出电压，电流等参数的测量结果，可以作为一台数据采集器或者波形记录仪来使用，如图1所示。

图1：DM3068可以绘出电压，电流等的变化波形

既然如此，我们不妨就利用DM3068的这些特性来快速采集一下，看看我的手机充电的实际过程是什么样子。一切准备就绪，将我的三星NOTE2手机接到标配的充电器（5V/2A），手机开始充电。此时看到DM3068被触发，马上开始采集数据，同时在LCD的屏幕上逐步绘出了采集到的电流的波形，如图2所示。

从图2可以看到，充电起始阶段，电流有4次脉冲式的变化（后来也测试过其他几个手机，发现并不是所有的手机都会有这样的动作）。想必是我的手机内部的电源管理芯片在进行检测，通过几次尝试，不但要检测和判断外接的充电设备能提供的充电电流的大小，还要检测内部电池的状况，最终决定应该采用何种方式对手机内部的电池进行充电。

图2：对手机充电开始阶段进行采集的结果

如果对手机充电起始阶段的几个脉冲式的跃变进行详细观察，可以看到如图3所示的电流波形，充电器输出的电流在手机内部电源管理芯片的控制下呈台阶状递增，然后又递减，如此循环4次，最终以一个稳定的电流值进行“恒流”充电。

图3：充电起始阶段电流的变化波形

作为手机里普遍采用的充电电池通常为聚合物锂离子电池(Polymer Lithium-Ion Battery, 简称为PLB)，单体电池的工作电压可以达到3.6v~3.8v，正常使用其循环寿命可以达到500 次以上。我们测试的不是手机内部对电池的实际充电情况，而是为手机提供充电电能的外部充电器的实际输出情况，要注意，它输出的电能，不只是要用于对手机内部的电池的进行充电，还可能会用于对手机电路的供电，我们监测的是它的总输出的情况。通过接下来的测试，我们可以了解到手机在不同的工作状态下的对外部充电设备的电能的实际需求情况。

接下来我们就对手机的充电过程进行长时间的采集和观察。此时我的手机显示的电池余量是60%，接到原装的充电器进行充电测试。在充电过程中，我将对手机进行不同的操作，以便观察在相应的状态下手机充电电流的变化情况：

1）打开手机的WLAN，然后关闭手机屏幕显示：看到此时的充电电流波形有周期性的尖峰波动，波动的幅度大概有~100mA，如图4中屏幕右侧波形所示：

图4：充电电流的波形变化

2）打开手机的WLAN，打开手机屏幕显示：此时的充电电流明显变大，如图5中屏幕右侧波形所示：

图5：充电电流的波形变化

3）关闭手机的WLAN，关闭屏幕显示时的充电波形，能看到充电电流明显变小，波动也变小，如图6中屏幕右侧的波形所示：

图6：充电电流的波形变化

4）打电话时的充电电流波形，电流明显升高，如图7中屏幕右侧波形所示：

图7：充电电流的波形变化

从上面的几个测试可以看到：手机在打开WLAN时，打电话时，屏幕打开时的充电电流都会变大，电流的波动也会变大。

5）当前手机显示的电池余量是80%，关掉手机继续进行充电，可以看到充电电流先跌落至很小，然后又迅速升高，以一个相对平稳的电流进行充电，电流的波动很小，如图8中屏幕右侧波形所示：

图8：充电电流的波形变化

6）关机充电，速度明显加快。随着手机的电池逐渐被充满，充电电流也逐步降低，但每隔几十秒会升高一下，手机即使在关机状态下也似乎在做着一些事情，如图9所示：

图9：充电电流的波形变化

7）手机重新开机，在开机过程中充电电流变化很大，经过一段时间后相对平稳下来，电流变化的波形如图10所示：

图10：充电电流的波形变化

8）手机的WLAN，3G，屏幕都处于关闭状态，继续充电时的波形，相对稳定，如图11中的右侧波形的前半段；

手机的WLAN，3G都处于关闭状态，打开屏幕显示，打开拍照功能，继续充电，如图11中的右侧波形的末段，电流升高：

图11：充电电流的波形变化

9）手机的3G处于关闭状态，打开WLAN，下载并播放视频，继续充电时的波形，如图12中的右侧波形的高低起伏段：

图12：充电电流的波形变化

10）手机的WLAN，3G，屏幕都处于关闭状态，继续充电，过了一段时间后，打开屏幕看一下电池余量，出现了如图13右侧波形上的一个尖峰，此时手机屏幕上显示电池100%，DM3068显示的当前充电电流是279.6 mA，还在缓慢充电中。

图13：充电电流的波形变化

11）图14中屏幕的右侧波形的两个峰皆为打开手机屏幕时的充电电流。此时手机的充电提示灯已由红变绿，DM3068显示的充电电流只有187mA, 充电可以结束了。屏幕左侧的波形为由DM3068所记录的整个充电过程中充电电流的变化波形：能够清楚地看到充电电流整体呈现出递减的趋势，但在充电过程中，由于打开WLAN，打电话，下载播放视频等操作，都会使得充电电流明显增大。边充电边玩儿手机，手机会有发烫的现象，通过这个实测，大家也应该了解其中的原因了。

图14：整个充电过程的电流波形的变化

DM3068还提供了把记录的数据导出的功能，我将记录的数据导出为CSV文件，存储的U盘上，通过EXCEL软件调用这个文件，可以详细观察记录的数据，还可以进行绘图显示，如图15所示。

图15：导出记录数据作进一步分析

通过以上的实测，把DM3068数字万用表当作一台数据采集器/波形记录仪来使用，详细地监测并记录了在手机的不同的工作状态下，外部充电器为我的手机提供供电的整个过程中电流的变化情况。我的手机在充电的起始阶段进行了充电器的识别，然后根据内部情况决定了所需的充电电流的大小，它需要的外部充电器提供的电流最大峰值达到了~ 1.6A。

新型的数字万用表不只是能给出测量值，DM3068具有的这些测量和显示的功能对于手机，手机充电设备以及手机充电电池的研发和生产测试都是一种很直观的测量方法。

其实不只是这个领域，这种波形记录功能可广泛用于任何与交直流电压/电流，电阻，温度等参数有关的测量，只要量程够用，采样速率够用，存储点数够用。记录的数据还可以导出到PC进行进一步的分析。