簡易手機(jī)移動電源控制電路課程設(shè)計

1、沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計（說明書）簡易手機(jī)移動電源控制電路設(shè)計班級 / 學(xué)號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課 程 名 稱 電子技術(shù)課程綜合設(shè)計 課程設(shè)計題目 簡易手機(jī)移動電源控制電路設(shè)計 課程設(shè)計的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計說明與技術(shù)指標(biāo)簡易手機(jī)移動電源控制電路設(shè)計，技術(shù)指標(biāo)如下： 電路能夠?qū)?.3V鋰離子電池進(jìn)行充電； 輸出電壓為5V； 充電時充電指示燈亮； 用4個發(fā)光二極管顯示電量。二、設(shè)計要求1在選擇器件時，應(yīng)考慮成本。2根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。3畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。三、實驗要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)

2、制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路，用軟件仿真。2進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1. 童詩白，華成英主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰寫課程設(shè)計報告成績 指導(dǎo)教師 日期 一、概述移動電源，也叫“外掛電池”、“外置電池”、“后備電池”、“數(shù)碼充電伴侶”、“充電寶”。手機(jī)移動電源是一種集供電和充電功能于一體的便攜式充電裝置的電能存儲器，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。一般由聚合物鋰離子電芯作為儲電載體。區(qū)別于產(chǎn)品內(nèi)部配置的電池，也叫e電源，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，是可隨時隨地為普

3、通功能手機(jī)、PDA、GPS導(dǎo)航儀、PSP、DV、USBXI和智能手機(jī)等多種數(shù)碼產(chǎn)品供電或待機(jī)充電的功能產(chǎn)品。容量一般為5000-8000mAh?！耙苿与娫础边@個概念是隨著數(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：方便易攜帶的隨身電源。針對數(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)品的使用時間、方便人們的生活、及時補(bǔ)充電量、發(fā)揮其最大功用的重要性就更加刻不容緩。而移動電源，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，就可以隨時隨地為多種數(shù)碼產(chǎn)品充電。本次要設(shè)計一個簡易的手機(jī)移動電源控制電路。簡易手機(jī)移動電源控制電路設(shè)計，技術(shù)指標(biāo)如下

4、： 電路能夠?qū)?.3V鋰離子電池進(jìn)行充電； 輸出電壓為5V； 充電時充電指示燈亮； 用4個發(fā)光二極管顯示電量。 設(shè)計時在選擇器件時，應(yīng)考慮成本，并根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。2、 方案論證 移動電源其實是一個可以對外充電的電池，它由輸入充電控制電路，輸出升壓控制電路，電池電量檢測顯示電路，LED控制電路，電池保護(hù)電路構(gòu)成，如下圖： 充電輸入升壓輸出充電控制電池保護(hù)電路充電指示燈 5V放電輸出3.3V鋰電池電池電量顯示圖1 手機(jī)移動電源控制電路電路的原理框圖三、電路設(shè)計1.充電控制電路充電控制電路，利用5V輸入，如電腦USB，適配器對移動電源里的電池進(jìn)行充電控制，當(dāng)電池電壓充

5、到4.20V左右時，充電電流降到100mA左右時，即停止充電，充電完成，斷開電路。目前，移動電源的輸入電流為1A左右，如果利用電腦的USB充電，要考慮USB的輸出承受力，一般的電腦USB輸出為500mA，原理圖如圖2所示。GS1661是電流模式提高變換器。恒定的開關(guān)頻率1MHz以及工廠工作以及脈沖寬度調(diào)制（PWM）。自26v / 2A 提供高輸出電壓。控制回路是峰電流模式控制架構(gòu)；因此，斜坡補(bǔ)償電路添加電流信號允許循環(huán)運(yùn)行穩(wěn)定免稅大于50%。內(nèi)部固定PWM頻率：1.0MHz精密的反饋參考電壓：0.6V的（2%）內(nèi)部0.25，2A，26V功率MOSFET關(guān)斷電流：0.1過電壓保護(hù)，過溫保護(hù)。 A

6、djustable Over Current Protection: 0.5A 2.5A Package: SOT23-6L調(diào)過電流保護(hù)：0.5A的 2.5A包：sot23-6l。該gs1661是電流模式升壓轉(zhuǎn)換器。恒定的開關(guān)頻率為1MHz，脈沖寬度調(diào)制（PWM）操作。建立在26V / 2A MOSFET提供高輸出電壓?？刂苹芈返慕Y(jié)構(gòu)的峰值電流模式控制；因此，斜坡補(bǔ)償電路被添加到當(dāng)前的信號允許運(yùn)行穩(wěn)定的占空比大于50%。輸出電壓的輸出電壓的電阻分壓器的FB。輸出電壓： 圖2 手機(jī)移動電源充電控制電路原理圖圖3 手機(jī)移動電源充電控制電路線形圖 2. 升壓輸出電路 升壓輸出電路，：當(dāng)移動電源接入手

7、機(jī)后，升壓電路即開始工作，將移動電源的電池升壓到5V，以供手機(jī)充電，手機(jī)將自行控制充電，充滿后自動斷電。該CS5171 / 3 芯片 560千赫開關(guān)穩(wěn)壓器具有效率高，1.5個集成開關(guān)。這些部分操作在寬輸入電壓范圍，從2.7 V至30 V，靈活的設(shè)計允許芯片在大多數(shù)電源配置，操作包括升壓，反激式，向前，反相，和SEPIC。該集成電路采用電流模式架構(gòu)，這讓優(yōu)秀的負(fù)載和線路調(diào)整，以及一個實用的手段限制電流。高頻率的操作與高度集成調(diào)節(jié)電路，結(jié)果在一個非常緊湊的電源解決方案結(jié)合。電路設(shè)計包括規(guī)定為特點的頻率同步，關(guān)機(jī)，并反饋控制或正或負(fù)電壓調(diào)節(jié)。這些零件到引腳1372 / 1373兼容。利用CS5171

8、/ 3芯片可以是輸出電壓升高至5V，2.7 V至28 V輸入，SEPIC轉(zhuǎn)換器2.7 V至28 V輸入，5 V輸出SEPIC轉(zhuǎn)換器以供手機(jī)充電。圖4 手機(jī)移動電源升壓輸出電路3. 電池電量顯示電路： 這個電路的功能就是顯示當(dāng)前移動電源的電池剩余的電量，這樣能更加方便用戶使用，及時充電。(XHEC)顯航的移動電源的電量顯示功能還具備省電功能，即在對外輸出時，工作開始的幾秒會自動顯示電池的電量然后自動熄滅，節(jié)省電池的電能。當(dāng)需要了解電池的電量時，直接按動按鈕，即可再次顯示，非常方便使用。LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器

9、，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨立。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。如圖所示電路，如圖通過LM324AJ四運(yùn)算放大器放大電流，來控制四個發(fā)光二極管（LED14）來顯示移動電源電量，當(dāng)移動電源電充滿時，四個發(fā)光二極管（LED14）全部亮起。當(dāng)移動電源對鋰電池充電時發(fā)光二極管從LED41依次熄滅來顯示移動電源電量。 圖5 手機(jī)移

10、動電源充電顯示電路原理圖4. 充電指示燈 當(dāng)系統(tǒng)工作時指示燈亮起圖中所示的電源指示燈為單向?qū)ǖ陌l(fā)光二極管。電阻R可選用5、單向?qū)ǘO管為1N4004或1N4007。二極管主要用作單向工作，R用作降壓限流。 圖6 手機(jī)移動電源充電指示燈電路原理圖 5.電池保護(hù)電路： 當(dāng)電池出現(xiàn)放電時過流，放電時電壓過低，充電時電壓過高這幾種異常情況下，電池保護(hù)電路就會關(guān)閉電池與外部的連接，保護(hù)電池的安全。移動電源使用的都是鋰電池，這種電池不能過流，或電壓過低、過高，否則會出現(xiàn)爆炸，燃燒等危險情況。 R5402N系列是高耐壓、CMOS工藝的電池保護(hù)IC，用于1節(jié)鋰離子/鋰聚合物可充電電池的過充電/過放電/過電

11、流保護(hù)，還內(nèi)置了負(fù)載短路保護(hù)電路，以防止大的負(fù)載短路電流和充電/放電過電流。保護(hù)IC是通過監(jiān)視VDD與VSS之間的電池電壓以及V-和VSS之間的電壓差來進(jìn)行控制充電和放電。電池電壓在過充電電壓以下（Vdet1）并且在過放電電壓以上（Vdet2）、V-端電壓在過充電電流檢測電壓以下（Vdet4）并且在過放電電流檢測電壓以上（Vdet3）的情況下，進(jìn)行充電和放電控制的MOSFET均被打開。這被視為通常工作狀態(tài)，可以自由的進(jìn)行放電和充電。通過LM7805CT芯片來保護(hù)電路，通過此芯片來穩(wěn)定電壓保護(hù)輸出電壓穩(wěn)定不會燒壞鋰電池。圖7 手機(jī)移動電源充電池保護(hù)原理圖圖8 手機(jī)移動電源充電池保護(hù)芯片原理圖4、

12、 性能的測試1. 如下圖所示當(dāng)系統(tǒng)開關(guān)打開時，電池接入電路。充電指示燈LED6亮起。圖9 手機(jī)移動電源性能測試圖10 手機(jī)移動電源性能測試充電電流圖11 手機(jī)移動電源性能測波形圖如上圖所示，MXX4測試充電電流，隨著充電時間的變長，充電電流逐漸減小。說明正在對電池進(jìn)行充電，移動電源電源正在工作。圖12 手機(jī)移動電源性能測波形圖2.如圖所示，示波器顯示為充電電壓波形圖，充電電壓穩(wěn)定。萬用表XMM1測試移動電源充電電壓，電壓為5V。根據(jù)輸出電壓可確定，該電路可以對鋰電池充電。圖13 手機(jī)移動電源性能測試圖14 手機(jī)移動電源性能測試3.如下圖所示，由四個LM324AJ四運(yùn)算放大器放大電流，來控制四個

13、發(fā)光二極管（LED14）來顯示移動電源電量，當(dāng)移動電源充電時，四個發(fā)光二極管（LED14）全部亮起。圖15 手機(jī)移動電源性能測試通過性能測試，證明移動電源已經(jīng)達(dá)到設(shè)計要求。5、 結(jié)論 根據(jù)電路圖制作實物可以得到一個簡易的的手機(jī)移動電源，該移動電源會在充電式亮起充電指示燈，電路能夠?qū)?.3V鋰離子電池進(jìn)行充電， 輸出5V電壓適合手機(jī)電池充電，并且有4個發(fā)光二極管顯示電量，符合設(shè)計要求。6、 性價比圖16 手機(jī)移動電源原件性價比如圖所示，可以跟據(jù)各個芯片在淘寶和阿里巴巴上的售價來選擇價格較為便宜而又包郵的！比如bd137和LM324AJ 芯片的選擇。就可以選擇價格便宜的。 性價比是一個性能與價格之

14、間的比例關(guān)系，此概念是用來權(quán)衡商品在客觀的可買性上所做的量化。對移動電源來說，其作用是給移動電子設(shè)備提供續(xù)航能力，對同一個被充電設(shè)備，在價格相等的條件下，移動電源能夠提供的續(xù)航時間越長，則該款移動電源性價比越高。續(xù)航時間主要是由容量決定的，因而我們用每安時平均價格作為權(quán)衡移動電源性價比的標(biāo)準(zhǔn)。 一款移動電源的性能是依據(jù)其在額定輸出（電壓和電流）時能夠提供的輸出容量來決定的。這里我們說的是“輸出容量”，注意不是標(biāo)稱容量，這是因為移動電源內(nèi)的鋰離子電池如果正常工作需要輸出電能，但鋰電池的電壓是3.7V，而從移動電源輸出時卻需要5V電壓，因此，在移動電源內(nèi)部就需要一個升壓過程，即從3.7V升到5V，

15、這一過程必然通過電路上的電子元器件消耗掉一部分能量，又加之鋰電池自身的保護(hù)系統(tǒng)和穩(wěn)壓系統(tǒng)也都消耗能量，這些能量最終以熱能的形式浪費(fèi)掉了。到最后，實際從移動電源接口輸出的電量并不是鋰電池的容量，二者的比值就是移動電源的轉(zhuǎn)換效率。轉(zhuǎn)換效率越高，消耗的電量越小，能輸出的電量越大，移動電源外殼的溫度越接近環(huán)境溫度。反之，轉(zhuǎn) 換效率越低，消耗的電量越大，能輸出的電量越小，移動電源外殼的溫度就升得越高。7、 課設(shè)體會及合理化建議 本次課設(shè)運(yùn)用數(shù)電和模電知識來解決現(xiàn)實生活中的手機(jī)移動電源問題，經(jīng)過1個星期的努力終于做出了完整的手機(jī)充電系統(tǒng)。通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)數(shù)電和模電方面的知識以及如

16、何去提高電路性能。在設(shè)計中雖然遇到了一系列問題，但經(jīng)過一次又一次的思考和檢查，終于找到問題所在，也暴露了我在這方面知識的欠缺和經(jīng)驗不足，我發(fā)現(xiàn)自己在專業(yè)只是上面還是有漏洞，而且以前的學(xué)習(xí)只停留在表面和書本上，這次課設(shè)給了我新的學(xué)習(xí)機(jī)會。沒有做課設(shè)前覺得課程設(shè)計只是對所學(xué)知識的單純總結(jié)，但通過這次課設(shè)我發(fā)現(xiàn)這不僅是對知識的檢驗，更重要的是提高了自己獨立思考、動手操作的能力。我學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網(wǎng)查詢，這是日后最實用的，真的是受益匪淺。課設(shè)已經(jīng)接近尾聲，回想起來感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說是苦多于甜。我的課設(shè)課題確實有點難，我自己很難獨立完成

17、，在這次實踐中我也向其他同學(xué)學(xué)習(xí)了很多，深刻的認(rèn)識到了自己平時不注意鍛煉動手能力，對專業(yè)知識也學(xué)習(xí)的不夠，在遇到一些問題的時候不知道從哪里下手。同時我懂得了一個道理，就是理論與實際相結(jié)合是很重要的，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實踐的過程中卻出現(xiàn)了很多意想不到的困惑，我才認(rèn)識到只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正的弄明白。這也激發(fā)了我今后努力學(xué)習(xí)的興趣和動力，產(chǎn)生積極的影響。通過這次設(shè)計，我學(xué)會了堅持、耐心和認(rèn)真，這將為自己以后的學(xué)習(xí)和生活打下基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 童詩白，華成英主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2006年。2 閻石主編. 數(shù)字電子技術(shù). M北京：高等教育出版社，2006年3 陳振官等編著. 新穎高效聲光報警器. M北京：國防工業(yè)出版社，2005年4 百度文庫附錄I 總電路圖圖17 手機(jī)移動電源控制電路總電路圖附錄II 元器件清單表1 手機(jī)移動電源控制電路總元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1LED發(fā)光二極管LED_ir6個2U710伏特計XTY5115