《USB移動電源》課程設(shè)計說明書

1、usb移動電源 課程設(shè)計說明書 專業(yè)班級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間: 物理與電氣工程學(xué)院 2012 年 11 月 20 日 摘 要 移動電源一種集供電和充電功能于一體的便攜式充電器，可以給手機(jī)等數(shù)碼設(shè)備隨時隨地充電或待機(jī)供電。一般由鋰電芯或者干電池作為儲電單元。區(qū)別于產(chǎn)品內(nèi)部配置的電池，也叫外掛電池。一般配備多種電源轉(zhuǎn)接頭， 通常具有大容量、多用途、體積小、壽命長和安全可靠等特點(diǎn)，是可隨時隨地為手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、mp3 、 mp4 、pda 、掌上電腦、掌上游戲機(jī)等多種數(shù)碼產(chǎn)品供電或待機(jī)充電的功能產(chǎn)品。移動電源，也叫“外掛電池”、“外置電池”、“后備電池”、“數(shù)碼充電伴侶”、“

2、充電棒”、“充電寶”“續(xù)電蟲”，它還有一個非常個性的名稱：“手機(jī)戀人”，移動電源”這個概念是隨著目前數(shù)碼產(chǎn)品的普及和快速增長而發(fā)展起來的，其定義就是方便易攜帶的大容量隨身電源。 移動電源就是針對目前數(shù)碼產(chǎn)品功能日益多樣化，使用更加頻繁，與我們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)聯(lián)也越來越密切，如何提高數(shù)碼產(chǎn)品以及電子產(chǎn)品的使用時間、方便人們的生活、及時補(bǔ)充電源、發(fā)揮其最大功用的重要性就更加刻不容緩。移動電源，就是針對并解決這一問題的最佳方案，隨身攜帶一個移動電源，就可以實(shí)現(xiàn)于室外隨時隨地為多種數(shù)碼產(chǎn)品充電。移動電源最早出現(xiàn)在2001年的ces展覽上，那時只是在ces沙攤館的一地攤似的展覽位上，是一個留學(xué)生用幾節(jié)aa電

3、池再帶一個控制電路而拼湊起來的。當(dāng)時這個不起眼的東西，因它能在任何地方給數(shù)碼產(chǎn)品充電而引起許多參展商的關(guān)注。隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，隨身攜帶式的電子產(chǎn)品也越來越多，如筆記本電腦、平板電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、便攜式dvd、pda、mp3、mp4、gps、保暖設(shè)備、醫(yī)療保健設(shè)備等。它們都要用到電池，但這些設(shè)備的原配電池都會因?yàn)殡姵厝萘康投荒軡M足設(shè)備的正常使用時間。當(dāng)出差或旅游時又是這些設(shè)備的工作高峰期，經(jīng)常在關(guān)鍵時刻電池沒有電了，特別是在手機(jī)正在打電話時，數(shù)碼相機(jī)正在拍照時，psp游戲機(jī)玩的正起勁時，pda正在工作時等等，讓您感覺很無奈和無助。而您也不可能把每種設(shè)備

4、都配一個備用電池，不但成本高而且也不方便?；诖?，為了解決人們的這種煩惱問題，移動電源應(yīng)運(yùn)而生。 有了移動電源可以解決眾多移動設(shè)備的電源供給問題，從而徹底解決缺電之苦，使工作和旅游無憂無慮。市面上有的產(chǎn)品容量高，單機(jī)容量可達(dá)14000mah到20000mah，智能電量指示，一般采用聚合物鋰離子電芯，廣泛用于5v的設(shè)備。移動電源的安全性也是不斷人們重視的問題，然而在市場雜亂無章的情況下移動電源的不安全因素也是越來越多的。移動電源一定要具備：短路、過充、過放、恒流、恒壓等保護(hù)措施，還應(yīng)有高性能電源管理技術(shù)。關(guān)鍵字：移動電源、便攜式充電器、數(shù)碼產(chǎn)品、安全性。目 錄摘要1目錄21 鋰電池介紹31.1

5、鋰電池與鎳鎘、鎳氫可充電池31.2 鋰電池的特點(diǎn)31.3 鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)32 總體設(shè)計42.1 設(shè)計目的及要求42.2 幾種重要元器件基本介紹42.2.1 tl431基本資料 42.2.2 lm393基本資料 52.2.3 lm2596基本資料62.3 設(shè)計原理72.3.1 充電電路72.3.2 放電保護(hù)電路83 設(shè)計電路圖及仿真9附錄：參考文獻(xiàn)991 鋰電池介紹1.1 鋰電池與鎳鎘、鎳氫可充電池鋰離子電池的負(fù)極為石墨晶體，正極通常為二氧化鋰。充電時鋰離子由正極向負(fù)極運(yùn)動而嵌入石墨層中。放電時，鋰離子從石墨晶體內(nèi)負(fù)極表面脫離移向正極。所以，在該電池充放電過程中鋰總是以鋰離子形態(tài)出現(xiàn)，而不是以

6、金屬鋰的形態(tài)出現(xiàn)。因而這種電池叫做鋰離子電池，簡稱鋰電池。 鋰電池具有：體積小、容量大、重量輕、無污染、單節(jié)電壓高、自放電率低、電池循環(huán)次數(shù)多等優(yōu)點(diǎn)，但價格較貴。鎳鎘電池因容量低，自放電嚴(yán)重，且對環(huán)境有污染，正逐步被淘汰。鎳氫電池具有較高的性能價格比，且不污染環(huán)境，但單體電壓只有1.2v，因而在使用范圍上受到限制。1.2鋰電池的特點(diǎn)1、 具有更高的重量能量比、體積能量比；2、電壓高，單節(jié)鋰電池電壓為3.6v，等于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓； 3、自放電小可長時間存放，這是該電池最突出的優(yōu)越性；4、無記憶效應(yīng)。鋰電池不存在鎳鎘電池的所謂記憶效應(yīng)，所以鋰電池充電前無需放電；5、壽命長。正常工

7、作條件下，鋰電池充/放電循環(huán)次數(shù)遠(yuǎn)大于500次；6、可以快速充電。鋰電池通?？梢圆捎?.51倍容量的電流充電，使充電時間縮短至12小時；7、可以隨意并聯(lián)使用；8、由于電池中不含鎘、鉛、汞等重金屬元素，對環(huán)境無污染，是當(dāng)代最先進(jìn)的綠色電池；9、成本高。與其它可充電池相比，鋰電池價格較貴。1.3鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 鋰電池通常有兩種外型：圓柱型和長方型。 電池內(nèi)部采用螺旋繞制結(jié)構(gòu)，用一種非常精細(xì)而滲透性很強(qiáng)的聚乙烯薄膜隔離材料在正、負(fù)極間間隔而成。正極包括由鋰和二氧化鈷組成的鋰離子收集極及由鋁薄膜組成的電流收集極。負(fù)極由片狀碳材料組成的鋰離子收集極和銅薄膜組成的電流收集極組成。電池內(nèi)充有有機(jī)電解質(zhì)溶液

8、。另外還裝有安全閥和ptc元件，以便電池在不正常狀態(tài)及輸出短路時保護(hù)電池不受損壞。單節(jié)鋰電池的電壓為3.6v，容量也不可能無限大，因此，常常將單節(jié)鋰電池進(jìn)行串、并聯(lián)處理，以滿足不同場合的要求。2 總體設(shè)計2.1 設(shè)計目的及要求利用所學(xué)基本電路知識設(shè)計一個便攜式移動電源的基本電路。從便攜式產(chǎn)品電源管理的發(fā)展趨勢來看，需要考慮幾個問題：1） 電源設(shè)計必須要從成本和產(chǎn)品性能等整個系統(tǒng)來考慮；2） 便攜產(chǎn)品日趨小巧薄型化，必須考慮電源系統(tǒng)體積小、重量輕的問題；3） 選用電源管理芯片力求該集成度、高可靠性、低功耗等問題，延長電池壽命。2.2幾種重要元件基本介紹2.2.1 tl431基本資料 測試電路圖

9、2.2.2 lm393基本資料2.2.3 lm2596基本資料2.3 設(shè)計原理2.3.1 充電電路 其原理是：采用恒定電壓給電池充電，確保不會過充。輸入直流電壓高于所充電池電壓3伏即可。r1、q1、w1、tl431組成精密可調(diào)穩(wěn)壓電路，q2、w2、r2構(gòu)成可調(diào)恒流電路，q3、r3、r4、r5、led為充電指示電路。隨著被充電池電壓的上升，充電電流將逐漸減小，待電池充滿后r4上的壓降將降低，從而使q3截止， led將熄滅，為保證電池能夠充足，請在指示燈熄滅后繼續(xù)充12小時。使用時請給q2、q3裝上合適的散熱器。本電路的優(yōu)點(diǎn)是：制作簡單，元器件易購，充電安全，顯示直觀，并且不會損壞電池通過改變w1

10、可以對多節(jié)串聯(lián)鋰電池充電，改變w可以對充電電流進(jìn)行大范圍調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)是：無過放電控制電路。 2.3.2 放電保護(hù)電路 基于lm393雙電壓比較輸出高電平或低電平的特點(diǎn)，此處用來實(shí)現(xiàn)放電保護(hù)電路。 lm393負(fù)輸入端利用穩(wěn)壓管輸入一五伏左右（考慮健康使用下限電壓為2.55v）的電壓，而正輸入端接實(shí)時的電池電壓，剛開始充電時，正輸入端電壓大于負(fù)輸入端的電壓，即輸出高電平（2.4v-5.0v），d882導(dǎo)通，實(shí)行充電。當(dāng)充電進(jìn)行一段時間，電池電壓會隨充電而減小，直至正輸入端電壓小于負(fù)輸入端電壓時，lm393輸出低電平（0.0v-0.4v），此時三極管d882截止，電路斷開，即充電結(jié)束，從而實(shí)現(xiàn)對充電的過度保護(hù)。3 設(shè)計電路圖及仿真usb移動電源