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多功能充電器原理畢業(yè)論文作者：李小哲專業(yè)：應用電子技術【摘 要】 電子技術的快速發(fā)展使得各種各樣的電子產(chǎn)品都朝著便攜式和小型輕量化的方向發(fā)展，也使得更多的電氣化產(chǎn)品采用基于電池的供電系統(tǒng)。目前，較多使用的電池有鎳鎘、鎳氫、鉛蓄電池和鋰電池。它們的各自特點決定了它們將在相當長的時期內(nèi)共存發(fā)展。由于不同類型電池的充電特性不同，通常對不同類型，甚至不同電壓、容量等級的電池使用不同的充電器，但這在實際使用中有諸多不便。本文介紹一種基于單片機的萬能充電器的設計方法。該充電器可以實時采集電池的電壓和電流，并對充電過程進行智能控制。它可以自動計算電池的已充電量和剩余的充電時間，也可以改變參數(shù)來適應各種不同電池的充電。系統(tǒng)中的管理電路還具有保護功能，可防止電池的過充和過放對電池造成損壞。關鍵詞： 科技 電子產(chǎn)品 充電器 多功能 Multifunctional charger designAbstract:The rapid development of electronic technology to make all kinds of electronic products are lightweight portable and small towards the direction of development, but also makes the more electrification products based on battery power supply system. At present, more use of the battery is nickel cadmium, lead nimh, battery and lithium battery. Their respective characteristic decided they will coexist in a long time. Due to the different type battery charge character is different, usually for different types, and even different voltage, capacity grades of battery charger, but it is different in practical use inconvenience. This paper introduces a kind of intelligent battery chargers based on single chip design method. The charger can collect real-time battery voltage, current, and to charge process of intelligent control. It can automatically calculate the battery charging and the remaining amount already charging time, also can change parameter to meet the various battery charge. System of management circuit also has the protection function, can prevent battery overcharge and put on batteries damage. Key words: technology electronics charger multi-functional緒 論一隨著數(shù)碼相機、 MP 3和 CD碟機等電器逐步進入愛好者手中。 充電電池的使用也更加普及。 對充電器的要求也愈來愈高了。充電器應以實用方便為主，原則要求：可以對常用的 1 4節(jié)鎳鎘、鎳氫和鋰電池進行單獨或同時充電。互不影響；可以選用多種電流進行充電。以滿足不同種類、不同容量電池充電的需要。充電器應具有保護措施。防止過充電；為消除鎳鎘電池的記憶效應和恢復電池的容量。為了讓更多用戶在激烈的競爭中可以方便的充電本文將給大家介紹一款多功能充電器。四海通充電器 由于各型號手機所附帶的充電器插口不同，以造成各手機充電器之間不能通用。當用戶手機充電器損壞或丟失后，無法修復或購不到同型號充電器，使手機無法使用。萬能充電器廠家看到這樣的商機，就開發(fā)生產(chǎn)出手機萬能充電器，該充電器由于其體積小、攜帶方便，操作簡單，價格便宜，適合機型多，深受用戶的歡迎。下面以深圳亞力通實業(yè)有限公司生產(chǎn)的四海通S538型萬能充電器為例，介紹其工作原理和維修方法。四海通S538型萬能充電器在外觀設計上比較獨特，面板上采用透明塑料制作的半橢圓形夾子，透明塑料面板上固定有兩個距離可調(diào)節(jié)的不銹鋼簧片作為充電電極。面板的尾部并排有1個測試開關(極性轉(zhuǎn)換開關)和4個狀態(tài)指示燈，用戶根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)充電器電極距 離和輸出電壓極性，并通過狀態(tài)指示燈可方便看出電池的充電情況。二.特點 該充電器具有鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池充電轉(zhuǎn)換開關，并具有放電功能。在150250、40的交流市電輸入時，可輸出30050的直流電流。該充電器采用了RCC型開關電源，即振蕩抑制型變換器，它與PWM型開關電源有一定的區(qū)別。PWM型開關電源由獨立的取樣誤差放大器和直流放大器組成脈寬調(diào)制系統(tǒng)；而RCC型開關電源只是由穩(wěn)壓器組成電平開關，控制過程為振蕩狀態(tài)和抑制狀態(tài)。由于PWM型開關電源中的開關管總是周期性的通斷，系統(tǒng)控制只是改變每個周期的脈沖寬度，而RCC型開關電源的控制過程并非線性連續(xù)變化，它只有兩個狀態(tài)：當開關電源輸出電壓超過額定值時，脈沖控制器輸出低電平，開關管截止；當開關電源輸出電壓低于額定值時，脈沖控制器輸出高電平，開關管導通。當負載電流減小時，濾波電容放電時間延長，輸出電壓不會很快降低，開關管處于截止狀態(tài)，直到輸出電壓降低到額定值以下，開關管才會再次導通。開關管的截止時間取決于負載電流的大小。開關管的導通截止由電平開關從輸出電壓取樣進行控制。因此這種電源也稱非周期性開關電源。該充電器由于體積小攜帶方便,操作簡單,價格便宜,適合機種多。深受客戶喜歡下面對四海通萬能充介紹其工作原理和維修方法。如圖1所示。一 工作原理當輸出端連接到手機時，電流同時經(jīng)過LED和電池，設LED的正向?qū)娮铻閞電池的內(nèi)電阻為r，根據(jù)電流的比例分配關系可知流經(jīng)電池的電流為Uor/rr，流經(jīng)LED 的電流為Uor/rr，因為電池的內(nèi)阻r遠遠小于LED正向?qū)ǖ碾娮鑢， 所以 Uor/rr Uor/rr導致電流絕大部分流過了電池，LED不發(fā)光。當輸出端與手機斷開時，前端電路與LED形成閉合的回路，全部的電流經(jīng)過LED，LED發(fā)光。LED只有一個指示的作用，提醒人們充電時充電器與手機的連接情況。如果能把該手動式充電器整合到上述充電器中，就可以解決手機沒電時的窘境。因為這是兩個完全獨立的電路，把這兩者整合到一起，需要整合的只是兩者的輸出端，為了使這兩個電路有序的工作，可以設置一個開關，以此來決定這兩個電路的工作順序，在有電源時，用電源充電，在野外工作時，就可以用手動裝置給手機充電。方法是：當有用于充電的電源時，斷開開關S，按照正常的充電方式給手機充電即可，而當不得不手動充電時，閉合開關S，再勻速轉(zhuǎn)動M即可給手機充電。（圖1-2）許多質(zhì)量上乘的充電器在輸入端有加入了隔離變壓器，隔離變壓器實質(zhì)是初級線圈和次級線圈的匝數(shù)比為1:1的等比變壓器，理論上輸入的電壓值和輸出的電壓值相等，無任何能量損耗，但是，由于實際上構(gòu)成初級繞組和次級繞組的銅導線有電阻，另外初級的磁通量并不能完全轉(zhuǎn)化成為次級的磁通量，所以運用1:1等比變壓器是有能量損耗的，但是為了人身和設備的安全，很多正規(guī)的充電器加入了隔離變壓器。若在維修時不小心接觸到隔離變壓器的次級，由于次級對地電壓為0，所以相當于是人手握著一根與大地電勢相等的導線站在地上，所以根本不會出現(xiàn)觸電的危險。1振蕩電路該電路主要由三極管VT2及開關變壓器T1等組成。接通電源后，交流220V經(jīng)二極管VD2半波整流，形成100V左右的直流電壓。該電壓經(jīng)開關變壓器T的卜1初級繞組加到了三極管VT2的c極，同時該電壓經(jīng)啟動電阻R4為VT2的b極提供一個正向偏置電壓，使VT2導通。此時，三極管VT2和開關變壓器T1組成的間歇振蕩電路開始工作，開關變壓器T的1-1初級繞組中有電流通過由于正反饋作用，在變壓器T的1-2繞組感應的電壓通過反饋電阻R1和電容C1加到VT2的b極，使三極管VT2的b極導通電流加大，迅速進人飽和區(qū)。隨著電容C1兩端電壓不斷升高，VT1的b極電壓逐漸降低，使三極管VT2逐漸退出飽和區(qū)，其集電極電流開始減少，變壓器T的1-1初級繞組中產(chǎn)生的磁通量也開始減少。在變壓器T的1-2繞組感應的負反饋電壓，使VT2迅速截止，完成一個振蕩周期。在VT2進入截止期間，變壓器T的1-3繞組就感應出一個55V左右的交流電壓，作為后級的充電電壓。如圖2。 圖22充電電路該電路主要由一塊軟塑封集成塊IC1(YLT539)和三極管VT3等組成。從變壓器T的1-3繞組感應出的交流電壓55V經(jīng)二極管VD3整流、電容C3濾波后，輸出一個直流85V左右電壓(空載時)，該電壓一部分加到三極管VT3的e極；另一部分送到軟塑封集成塊IC1(YLT539)的1腳，為其提供工作電源。集成塊IC1有了工作電源后開始啟動工作，在其8腳輸出低電平充電脈沖，使三極管VT3導通，直流85V電壓開始向電池E充電。電池E電壓低于42V時，該電壓經(jīng)取樣電阻R11、R12分壓后，加到集成塊IC1的6腳上，該電壓低于集成塊IC1內(nèi)部參考電壓越多，集成塊IC1的8腳輸出的電平越低，三極管VT3的b極電位也越低，其導通量越大，直流電壓(85V)經(jīng)極性轉(zhuǎn)換開關S1向電池E快速充電。由于集成塊IC1的2、3、4腳和電容C4共同組成振蕩諧振電路，其2腳輸出的振蕩脈沖經(jīng)電阻R16送至充電指示燈LED1(綠)的正極，其負極接到集成塊IC1的8腳。在電池剛接人電路時，集成塊IC1的8腳輸出的電平越低，充電指示燈LED1閃爍發(fā)光強。隨著充電時間延長，電池所充的電壓慢慢升高，集成塊IC1的8腳輸出電壓慢慢升高，充電指示燈LED1閃爍發(fā)光逐漸變?nèi)?。當電池E慢慢充到42V左右時，集成塊IC1的6腳電位也達到其內(nèi)部的參考電壓18V。此時，集成塊IC1內(nèi)部電路動作，使其8腳電壓輸出高電平，三極管VT3截止，充電指示燈LED1不再閃爍發(fā)光而熄滅，充滿指示燈LED2(綠)由滅變亮。3穩(wěn)壓保護電路該電路主要由三極管VT1、穩(wěn)壓二極管VDZ1等組成。（1）過壓保護：當輸出電壓升高時，在變壓器T的1-2反饋繞組端感應的電壓就會升高，則電容C2所充電壓升高。當電容C2兩端電壓超過穩(wěn)壓二極管VDZ1的穩(wěn)壓值時，穩(wěn)壓二極管VDZ1擊穿導通，三極管VT2的基極電壓拉低，使其導通時間縮短或迅速截止，經(jīng)開關變壓器T1耦合后，使次級輸出電壓降低。反之，使輸出電壓升高，從而確保輸出電壓穩(wěn)定。(2)過流保護：在接通電源瞬間或當某種原因使三極管VT2的電流過大時，在R5、R6上的壓降就大，使過流保護管VT1導通，VT2截止，從而有效防止開關管VT1因沖擊電流過大而損壞。同時電阻R6上的壓降，使電容C2兩端電壓升高，此后過流保護過程與穩(wěn)壓原理相同，這里不再重復。三極管VT1是過流保護管，R5、R6是VT2的過流取樣保護電阻。圖3二、常見故障檢修例1：接上待充電池及電源后，電源PW指示燈LED3及測試指示燈TESTLED4亮，而充電LED1及充滿指示燈LED2不亮，無電壓輸出，不能給電池充電。分析檢修：這種故障多是充電器開關振蕩電路沒有工作所致。在實際檢修過程中，發(fā)現(xiàn)開關管VT2和電阻R6損壞最多。一般情況下，電池E的充電電路工作電壓較低，其元件損壞的概率不是很大，也就是開關變壓器T1的次級之后電路的損壞概率不是很大。例2：接上待充電池及電源后，各狀態(tài)指示燈顯示正常，但就是充不進電或充電時間長。分析檢修：這種故障多是三極管VT3(8550)損壞，用正常管子換上后，即可排除故障。如果三極管VT3正常，再用表測電容C3(100F16V)兩端電壓，正常在直流85V左右。若電壓正常，應檢查電阻R7或集成塊IC1，集成塊IC1各引腳正常參數(shù)如附表所示。若電壓低，再測開關變壓器T1次級輸出電壓，正常在交流55V左右。若電壓正常，說明電容C3或整流二極管VD3損壞；若電壓低，應檢查開關變壓器T1及其前級各元件。成志電子制做網(wǎng) 圖4四 電路分析220V 50Hz的交流市電，一端經(jīng)過一個半波整流器（二極管），半波整流器是利用二極管的單向?qū)щ娦灾谱鞫傻?，如下圖所示，當220V 50Hz的交流電第一個正脈沖到來時，二極管導通，第二個負脈沖到來時，二極管截止，負脈沖無法通過。因為這種整流方法，只能取出交流電能的正脈沖，形成曲線方程為Y=sinX且(+2k)X(2+2k)的波形所以，我們稱這種整流方式為半波整流。經(jīng)過半波整流后，交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能，另一輸入端經(jīng)過一個10的電阻，這個10的電阻用來保護電路，如果后面出現(xiàn)故障導致過流，那么這個電阻會因電流過大產(chǎn)生大量熱而被燒斷，使原來的電路不能形成回路，從而避免引起更大的故障。IN4007半波整流器、10電阻和后面的一個有極性的10uF電容，構(gòu)成一個濾波回路，當交流電通過時，其中的復雜成分被濾除掉，剩下標準220V 50Hz的交流電，這不僅減輕了后面電路的負擔，同時使輸入的電流更加穩(wěn)定。4700pF（4.7uF）電容、82k電阻和一個二極管IN4007構(gòu)成一個尖峰吸收回路（高壓吸收回路），當開關管13003關斷開的瞬間，因為變壓器初級銅導線的匝數(shù)較多，故在變壓器的初級線圈上會產(chǎn)生足夠高的感應電壓，而尖峰吸收回路的作用就是負責吸初級收線圈上產(chǎn)生的感應電壓，當感應電動勢到來時，順著二極管IN4007通過81K電阻，多余的能量在該電阻上消耗，從而防止高壓加到開關管上而導致開關管擊穿。開關管耐壓值為400V，集電極最大電流1.5A（1500mA），集電極最大功耗為14W，用來控制初級繞組與電源之間的通、斷。當初級繞組不停的通斷時，就會在開關變壓器中的初級繞組中形成變化的磁場，由于初級線圈和次級線圈是一個閉合的磁通路，從而在次級繞組中產(chǎn)生感應電壓。從這個電路的結(jié)構(gòu)可以推測出來，這個電源是反激式的。左端的510K為啟動電阻，給開關管提供啟動用的基極電流。三極管13003下方的10電阻為電流取樣電阻，電流經(jīng)取樣后變成電壓信號（實質(zhì)為U=IR），這電壓經(jīng)二極管4148單向限流后，加至三極管Q945的基極上。當取樣電壓大約大于1.4V，即開關管電流大于0.14A(140mA)時，三極管Q945導通，從而將開關管13003的基極電位拉低，從而集電極電流減小，這樣就限制了開關的電流，防止電流過大而燒毀Q945(實際上這是一個恒流結(jié)構(gòu)，將開關管的最大電流限制在140mA左右)。變壓器左下方的繞組(取樣繞組)的感應電壓經(jīng)整流二極管4148整流，22uF電容濾波后形成取樣電壓。為了分析方便，我們?nèi)∪龢O管Q945發(fā)射極一端為地。那么這取樣電壓就是負的4V(-4V左右)，并且輸出電壓越高時，采樣電壓越負。取樣電壓經(jīng)過6.2V穩(wěn)壓二極管后，加至開關管13003 -（圖1-1）的基極。前面說了，當輸出電壓越高時，那么取樣電壓就越負，當負到一定程度后，6.2V穩(wěn)壓二極管被擊穿，從而將開關13003的基極電位拉低，這會導致開關管斷開，或者在允許的時間內(nèi)推遲開關管的導通，從而控制了能量輸入到變壓器中，也就控制了輸出電壓的升高，實現(xiàn)了穩(wěn)壓輸出的功能。經(jīng)二極管RF93整流，220uF電容濾波后輸出6V的電壓。因為開關電源的工作頻率較高，所以需要工作頻率很高的二極管。這里可以用常見的1N5816、1N5817等肖特基二極管代替。同樣因為頻率高的原因，變壓器也必須使用高頻開關變壓器，鐵心一般為高頻鐵氧體磁芯，具有很高的電阻率，以減小渦流。如果需要能輸出不同電壓的適用性更強的充電器，就需要把變壓器T2，改成抽頭式變壓器，如果需要充電器可以輸出不同數(shù)值的電壓，只需撥動轉(zhuǎn)換開關到需要的電壓檔位即可。以上分析的是經(jīng)常見到并使用的充電器原理和原理圖，但是我們不應該把思維禁錮在這種固定的充電器模式中。（四）、充電電路：（圖1-1-2）心得體會與注意事項(一).心得本次論文通過實際應用的要求，闡述了萬能充的功能以及工作原理，明白了應多向老師請教不懂得問題，這次設計也鞏固了專業(yè)知識，為后面的挑戰(zhàn)增強了信心。（二）注意事項1. 如果是為鎳鎘、鎳氫電池充電，由于這類電池存在一定的記憶效應，需不定時對其進行放電。是鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池充電轉(zhuǎn)換開關。與精密基準電源為運放提供兩個不同的精密基準源，由切換。在給鎳鎘、鎳氫電池充電時，腳的基準電壓約（空載）；在給鋰離子電池充電時，腳的基準電壓約為（空載），這種設計是由這兩種類型電池特有的化學特性決定的。按下，基極瞬間得一低電平而導通，可充電池上的殘余電壓通過的極在上放電，同時放電指示燈點亮。在按下后會隨即釋放，這時可充電池上的殘余電壓通過、分壓，濾波后為的基極提供一個