簡易手機(jī)移動(dòng)電源控制電路課程設(shè)計(jì)

1、沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)（說明書）簡易手機(jī)移動(dòng)電源控制電路設(shè)計(jì)班級(jí) / 學(xué)號(hào) 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書課 程 名 稱 電子技術(shù)課程綜合設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目 簡易手機(jī)移動(dòng)電源控制電路設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計(jì)說明與技術(shù)指標(biāo)簡易手機(jī)移動(dòng)電源控制電路設(shè)計(jì)，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(shí)充電指示燈亮； 用4個(gè)發(fā)光二極管顯示電量。二、設(shè)計(jì)要求1在選擇器件時(shí)，應(yīng)考慮成本。2根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計(jì)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(shí)驗(yàn)要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)

2、制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路，用軟件仿真。2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(jì)報(bào)告成績 指導(dǎo)教師 日期 一、概述移動(dòng)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(dòng)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(chǔ)器，可以給手機(jī)等數(shù)碼設(shè)備隨時(shí)隨地充電或待機(jī)供電。一般由聚合物鋰離子電芯作為儲(chǔ)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(diǎn)，是可隨時(shí)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?dòng)電源”這個(gè)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(duì)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(shí)間、方便人們的生活、及時(shí)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(dòng)電源，就是針對(duì)并解決這一問題的最佳方案，隨身攜帶一個(gè)移動(dòng)電源，就可以隨時(shí)隨地為多種數(shù)碼產(chǎn)品充電。本次要設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的手機(jī)移動(dòng)電源控制電路。簡易手機(jī)移動(dòng)電源控制電路設(shè)計(jì)，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(shí)充電指示燈亮； 用4個(gè)發(fā)光二極管顯示電量。 設(shè)計(jì)時(shí)在選擇器件時(shí)，應(yīng)考慮成本，并根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計(jì)算確定電路和元器件參數(shù)。2、 方案論證 移動(dòng)電源其實(shí)是一個(gè)可以對(duì)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(dòng)電源控制電路電路的原理框圖三、電路設(shè)計(jì)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(duì)移動(dòng)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(shí)，充電電流降到100mA左右時(shí)，即停止充電，充電完成，斷開電路。目前，移動(dòng)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?？刂苹芈肥欠咫娏髂Ｊ娇刂萍軜?gòu)；因此，斜坡補(bǔ)償電路添加電流信號(hào)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%）Ø內(nèi)部0.25，2A，26V功率MOSFET關(guān)斷電流：0.1過

6、電壓保護(hù)，過溫保護(hù)Ø。Ø Adjustable Over Current Protection: 0.5A 2.5A Ø Package: SOT23-6L調(diào)過電流保護(hù)：0.5A的 2.5AØ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(hào)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(dòng)電源充電控制電路原理圖圖3 手機(jī)移動(dòng)電

7、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(dòng)電源接入手機(jī)后，升壓電路即開始工作，將移動(dòng)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(dòng)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(gè)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(jì)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(gè)實(shí)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(gè)非常緊湊的電源解決方案結(jié)合。電路設(shè)計(jì)包括規(guī)定為特點(diǎn)的頻率同步，關(guān)機(jī)，并反饋控制或

8、正或負(fù)電壓調(diào)節(jié)。這些零件到引腳1372 / 1373兼容。利用CS5171/ 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(dòng)電源升壓輸出電路3. 電池電量顯示電路： 這個(gè)電路的功能就是顯示當(dāng)前移動(dòng)電源的電池剩余的電量，這樣能更加方便用戶使用，及時(shí)充電。(XHEC)顯航的移動(dòng)電源的電量顯示功能還具備省電功能，即在對(duì)外輸出時(shí)，工作開始的幾秒會(huì)自動(dòng)顯示電池的電量然后自動(dòng)熄滅，節(jié)省電池的電能。當(dāng)需要了解電池的電量時(shí)，直接按動(dòng)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

9、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，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)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(hào)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(gè)發(fā)光二極管（LED14）來顯示移動(dòng)電源電量，當(dāng)移動(dòng)電源電充滿時(shí)，四個(gè)發(fā)光二極管（LED14）全部亮起。當(dāng)移動(dòng)電源對(duì)鋰

10、電池充電時(shí)發(fā)光二極管從LED41依次熄滅來顯示移動(dòng)電源電量。 圖5 手機(jī)移動(dòng)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(shí)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(dòng)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(shí)過流，放電時(shí)電壓過低，充電時(shí)電壓過高這幾種異常情況下，電池保護(hù)電路就會(huì)關(guān)閉電池與外部的連接，保護(hù)電池的安全。移動(dòng)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(huì)出現(xiàn)爆炸，燃燒等危險(xiǎn)情況。 R5402N系列是高耐壓、CMOS工

11、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(huì)燒壞鋰電池。圖

12、7 手機(jī)移動(dòng)電源充電池保護(hù)原理圖圖8 手機(jī)移動(dòng)電源充電池保護(hù)芯片原理圖4、 性能的測試1. 如下圖所示當(dāng)系統(tǒng)開關(guān)打開時(shí)，電池接入電路。充電指示燈LED6亮起。圖9 手機(jī)移動(dòng)電源性能測試圖10 手機(jī)移動(dòng)電源性能測試充電電流圖11 手機(jī)移動(dòng)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(shí)間的變長，充電電流逐漸減小。說明正在對(duì)電池進(jìn)行充電，移動(dòng)電源電源正在工作。圖12 手機(jī)移動(dòng)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(dòng)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(duì)鋰電池充電。圖13 手機(jī)移動(dòng)電源性能測試圖14 手機(jī)移動(dòng)電源性

13、能測試3.如下圖所示，由四個(gè)LM324AJ四運(yùn)算放大器放大電流，來控制四個(gè)發(fā)光二極管（LED14）來顯示移動(dòng)電源電量，當(dāng)移動(dòng)電源充電時(shí)，四個(gè)發(fā)光二極管（LED14）全部亮起。圖15 手機(jī)移動(dòng)電源性能測試通過性能測試，證明移動(dòng)電源已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。5、 結(jié)論 根據(jù)電路圖制作實(shí)物可以得到一個(gè)簡易的的手機(jī)移動(dòng)電源，該移動(dòng)電源會(huì)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(gè)發(fā)光二極管顯示電量，符合設(shè)計(jì)要求。6、 性價(jià)比圖16 手機(jī)移動(dòng)電源原件性價(jià)比如圖所示，可以跟據(jù)各個(gè)芯片在淘寶和阿里巴巴上的售價(jià)來選擇價(jià)格較為便宜而又包郵的！比如bd137和L

14、M324AJ 芯片的選擇。就可以選擇價(jià)格便宜的。 性價(jià)比是一個(gè)性能與價(jià)格之間的比例關(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(duì)移動(dòng)電源來說，其作用是給移動(dòng)電子設(shè)備提供續(xù)航能力，對(duì)同一個(gè)被充電設(shè)備，在價(jià)格相等的條件下，移動(dòng)電源能夠提供的續(xù)航時(shí)間越長，則該款移動(dòng)電源性價(jià)比越高。續(xù)航時(shí)間主要是由容量決定的，因而我們用每安時(shí)平均價(jià)格作為權(quán)衡移動(dòng)電源性價(jià)比的標(biāo)準(zhǔn)。 一款移動(dòng)電源的性能是依據(jù)其在額定輸出（電壓和電流）時(shí)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?yàn)橐苿?dòng)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(dòng)電源輸出時(shí)卻需

15、要5V電壓，因此，在移動(dòng)電源內(nèi)部就需要一個(gè)升壓過程，即從3.7V升到5V，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(shí)際從移動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)電源外殼的溫度就升得越高。7、 課設(shè)體會(huì)及合理化建議 本次課設(shè)運(yùn)用數(shù)電和模電知識(shí)來解決現(xiàn)實(shí)生活中的手機(jī)移動(dòng)電源問題，經(jīng)過1個(gè)星期的努力終于做出了完整的手機(jī)充電

16、系統(tǒng)。通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)數(shù)電和模電方面的知識(shí)以及如何去提高電路性能。在設(shè)計(jì)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(shí)的欠缺和經(jīng)驗(yàn)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(huì)。沒有做課設(shè)前覺得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但通過這次課設(shè)我發(fā)現(xiàn)這不僅是對(duì)知識(shí)的檢驗(yàn)，更重要的是提高了自己獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力。我學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法，有什么不懂不明白的地方要及時(shí)請(qǐng)教或上網(wǎng)查詢，這是日后最實(shí)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(shí)踐，

17、在這段日子里，可以說是苦多于甜。我的課設(shè)課題確實(shí)有點(diǎn)難，我自己很難獨(dú)立完成，在這次實(shí)踐中我也向其他同學(xué)學(xué)習(xí)了很多，深刻的認(rèn)識(shí)到了自己平時(shí)不注意鍛煉動(dòng)手能力，對(duì)專業(yè)知識(shí)也學(xué)習(xí)的不夠，在遇到一些問題的時(shí)候不知道從哪里下手。同時(shí)我懂得了一個(gè)道理，就是理論與實(shí)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(shí)踐的過程中卻出現(xiàn)了很多意想不到的困惑，我才認(rèn)識(shí)到只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)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(dòng)力，產(chǎn)生積極的影響。通過這次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了堅(jiān)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(bào)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(dòng)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(dòng)電源控制電路總元器件清單序號(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1LED發(fā)光二極管LED_ir6個(gè)2U710伏特計(jì)XTY51