手機充電器的制作論文

手機萬能充的制作摘要：對于萬能充的空前成功，如此評價其歷史價值：以前一個手機要對一個充電器，因為手機換代很快，有的人半年就換一臺手機，一個老百姓平均使用的充電器十個八個，對社會資源是極大的浪費。萬能充發(fā)明出來后，一個充電器基本可以滿足全家人使用。所以說對節(jié)約社會資源，做出了一定的貢獻，在這個行業(yè)來說也是一個創(chuàng)新性的里程碑式的產(chǎn)品，有效地推動了充電器標準化的進程。一個小小充電器不僅改變了海陸通公司的命運，也改變了數(shù)以千萬中國手機用戶換手機一定要換充電器的束縛，給手機用戶帶來了極大的便利。本設(shè)計的手機充電器的工作原理是由一個穩(wěn)定電源（主要是穩(wěn)壓電源提供穩(wěn)定工作電壓和足夠的工作電流）加上必要的恒流、限壓、限時等必要的電路組成。制作成功后該充電器能自動識別電池極性，自動調(diào)整輸出電流使得電池達到最佳充電狀態(tài)，可保護電池延長電池壽命。本電路主要利用來了三極管13001的開關(guān)作用，和變壓器、穩(wěn)壓管和三極管構(gòu)成的反激式開關(guān)電源作用以及集成塊IC3582C具有的自動識別電池極性，支持普通三燈模式，充電飽和電壓4.25V（典型值），空載時穩(wěn)壓輸出、短路保護、充電電流典型值200mA、最大值為300mA的作用，使得整個電路具有充電過壓保護、恒流及短路保護功能。關(guān)鍵字：開關(guān)作用過壓保護IC3582C一、緒論本設(shè)計采用的是最普遍的鋰電池，在生活中為更好的維護它，延長它使用壽命，對其也要選用它的充電器，使之對手機本身以及蓄電池無損壞，因此選用鋰離子充電器。隨著社會的進步，科學的提高，尤其是手機的普及，手機的更換速度也加快，為了更好的使用它，維護它，所以需要給手機選用適合的充電器。其中以鋰離子電池最普遍，鋰電池是以金屬鋰或鋰物質(zhì)為負極、利用化學反應(yīng)而產(chǎn)生電能的電池。而對鋰離子電池充電，采用了兩階段快充電控制方式。第一階段采用恒電流充電方式，第二階段采用恒電壓充電方式為鋰離子電池充電。鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而保證電池安全充電。增加其它充電輔助功能是為了改善電池壽命，簡化充電器的操作，其中包括給過放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測、輸入電流限制、充電完成后關(guān)斷充電器、電池部分放電后自動啟動充電等。所有或者部分這些功能都可以在充電芯片中實現(xiàn)，當然，也可利用ASIC、分立器件、或在微處理器的基礎(chǔ)上用軟件實現(xiàn)。

目前，市場上手機充電器種類繁多，但其中也有很多質(zhì)量低劣的不合格產(chǎn)品。在去年產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查結(jié)果中，將近40％的廠家生產(chǎn)的充電器不合格。其主要問題出現(xiàn)在:與交流電網(wǎng)電源的連接，電源端子騷擾電壓，輻射騷擾場強和充電電壓幾個方面。另外，一些產(chǎn)品的低溫性能、額定容量、放電性能、安全保護性能等方面存在質(zhì)量問題。這些質(zhì)量問題會影響到手機的正常使用，還會影響手機的使用壽命，嚴重時還可能傷害消費者。

現(xiàn)在市場上發(fā)現(xiàn)有一些假冒偽劣手機電池便攜式充電器。這些充電器由于價格非常低，攜帶方便，有許多手機用戶更愿意使用這些充電器來對電池進行充電。劣質(zhì)充電器實際上就是一個沒有安全保證的簡易變壓器，由于內(nèi)部缺少保護電路等保證安全的零配件，因而重量較原裝品輕很多。但實際上，由于現(xiàn)在的手機電池多采用鋰離子電池或鎳氫電池作電芯，對充電器的電壓、電流特性及安全保護有很高的要求。這些假冒偽劣充電器由于設(shè)計簡單，采用劣質(zhì)材料，加工手段粗糙，對手機電池的性能和壽命有很大損害。沒有保護電路的充電器，由于不能保證充電時電流的穩(wěn)定，因而會有燒壞電池甚至爆炸的危險。

1.1指導(dǎo)思想手機充電器的工作原理其實都是由一個穩(wěn)定電源（主要是穩(wěn)壓電源提供穩(wěn)定工作電壓和足夠的工作電流）加上必要的恒流、限壓、限時等必要的電路組成。原裝充電器上所標注的輸出參數(shù)，比如輸出4.4V/1A就是指內(nèi)部穩(wěn)壓電源的相關(guān)參數(shù)。一個品質(zhì)好的手機充電器很容易改成一個質(zhì)地優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，比如輸出4.4V可以可以給4.5V的設(shè)備用。手機常用鋰離子電池充電器采用的是恒流限壓充電制，充電電流一般采用兩小時充電率，比如500mah電池采用250mah充電大約兩小時達到4.2V后再用恒壓充電。目前，手機充電器可分為單槽形狀和雙槽型充電器，單槽形充電器正在受到雙槽形的攻擊。雙槽形充電器除了具有慢速充電、快速充電、放電及鎳鎘、鎳氫電池兼充的標準功能外，還有部分產(chǎn)品帶有自動溫度控制與電壓控制，嚴防過充的新功能，因而消費者應(yīng)將傾向于選擇雙槽型充電器。

隨著手機種類的日益增多，各種充電器因機型不同，電源端口的大小也不相同，從而不能互換使用，給消費者帶來了不便。標準型充電器，是指可以連接所有手機底端電源插座（端口）的充電器。而且，生產(chǎn)的手機的電源端口將統(tǒng)一為適用于標準充電器的規(guī)格。這樣，消費者將不必在每次換手機時同時購買新的充電器。由此可見，充電器在從坐式向便攜式、雙槽式等方向發(fā)展的同時，也開始向標準化、通用化的方向發(fā)展。

手機充電器的待機耗電量的降低逐步成為充電器的設(shè)計過程中的一個重要環(huán)節(jié)。相比于以前的充電器，今后生產(chǎn)的產(chǎn)品將會在各項功能完善的同時進一步降低本身的待機耗電量。為了達到這一目標，可以設(shè)計一個判斷AC適配器是否連接負荷（手機）的IC，當未連接負荷時，將AC適配器的直流輸出方（2級電路）切換到高阻抗電路上。通過采取這一措施可以大幅減少待機時2級電路的消耗電流（可以達到數(shù)十uA）。另外，還可以在輸入交流100V方（1級電路）中設(shè)置切換電路。在未連接負荷時，通過開關(guān)切換電路來減少供應(yīng)給直流輸出方（2級電路）的功率從而減少耗電量。

二、充電器分析及設(shè)計2.1充電器工作流程目前手機充電器的工作流程一般為：1）檢測電池的電壓，如果低于一個閾值電壓，就要進行涓流充電；2）電池充到一定電壓（一般設(shè)置為2.9V）時，進行全電流充電；3）當電池電壓達到預(yù)置電壓（鋰離子電池一般為4.2V）時，開始恒壓充電，同時充電電流降低；4）當電流逐漸減小到規(guī)定的值時，充電過程結(jié)束。

以美國TI公司的BQ2057為例，其充電流程如下：除了上面的流程描述，它還具有可選的電池溫度監(jiān)測，利用電池組溫度傳感器連續(xù)檢測電池溫度，當電池溫度超出設(shè)定范圍時BQ2057關(guān)閉對電池充電。而且，充電狀態(tài)識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實現(xiàn)，具有自動重新充電、最小電流終止充電、低功耗休眠等特性。

一般來說，恒壓充電結(jié)束時的小電流充電過程中，電流的大小一般為恒流充電時電流的十分之一。目前在鋰離子電池充電器的設(shè)計中，對手機充電結(jié)束后由于某種因素放電的情況而專門設(shè)計了檢測電路，一旦檢測到電池電壓降低，就會重新啟動充電過程。

綜上所述，隨著便攜式產(chǎn)品突發(fā)猛進的發(fā)展，尤其是手機的普及，以及鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，鋰離子電池充電器的設(shè)計和功能面臨著進一步的改善。對于眾多充電器生產(chǎn)廠家來說，盡早設(shè)計出功能完善、安全實用的充電器，就能更早的在市場中占據(jù)領(lǐng)先地位，搶占商機。快速充電過程分為恒流充電階段（快速充電階段）和恒壓充電階段（涓流充電階段）。充電期間，單片機輪流采集電池電壓、充電電流、電池溫度和進行時間計數(shù)，每檢測一次進行判斷控制程序走向。為了系統(tǒng)控制的更精確，對電池電壓，充電電流采樣過程中可以次采樣求平均值，并且可以對采樣值進行數(shù)字濾波。電個階段的子程序流程描述如下：1）檢測充電器是否有電池接上，有則開始執(zhí)行充電子程序，沒有則繼續(xù)檢測等待。2）檢測電池接上后，斷開充電電路，對電池電壓采樣，根據(jù)電池電壓來決定充電階段。3）確定充電階段后，執(zhí)行恒流充電階段或者恒壓充電階段。4）充電結(jié)束。2.2核心元器件簡介2.2.1集成芯片IC3582C集成芯片IC3582C在原來358的基礎(chǔ)上又把外圍電阻和三極管全部集成，還增加了雙刀開關(guān)。具有自動識別電池正負極功能。它采用直流限壓方式充電，一般充電兩小時左右即可達到4.1v恒壓，對電池性能和壽命起到一定的保護作用。圖2-2集成芯片序號名稱描述1BNT電池負極2L3指示燈L3引腳3L2指示燈L2引腳4L1指示燈L1引腳5SET功能選擇（接VDD為3燈和2燈模式，接GND為七彩模式）6GND電源負極（地端）7BTP電池正極8VOD電源正極2.2.2三極管的特性雙極結(jié)形三極管又稱為雙極型三極管、半導(dǎo)體三極管或晶體管，簡稱三極管。它們常常是組成各種電子電路的核心器件。三極管可分為兩種結(jié)構(gòu)：NPN型和PNP型。但無論是NPN型或是PNP型的三極管，內(nèi)部均包括三個區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，并相應(yīng)地引出三個電極：發(fā)射極（e）、基極（b）和集電極（c）,同時。在三個區(qū)的兩兩交界處，形成兩個PN結(jié)，分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。從三極管內(nèi)部制造工藝來看，主要有兩個特點。第一，發(fā)射區(qū)高摻雜，即發(fā)射區(qū)中多數(shù)載流子的濃度很高。NPN三極管的發(fā)射區(qū)為N型，其中的多子是電子，因此發(fā)射區(qū)中的電子很高。第二、基區(qū)很薄，而且摻雜濃度比較低。NPN三極管的基區(qū)為P區(qū)，所以其中的多子空穴比較少。從外部條件來看，外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。三極管具有電流放大作用，當其工作在放大區(qū)時，其集電極電流和基極電流有如下近似關(guān)系：，即集電極電流近似等于基極電流的倍。利用這一特性，有的時候又可將三極管看做成開關(guān)管，即可控制基極電流的有無從而達到控制集電極和發(fā)射極是否導(dǎo)通的作用。在本設(shè)計中正是利用了三極管的這一作用。三極管的輸入特性曲線2.3充電器工作原理分析圖2-3工作原理圖220V交流輸入，一端經(jīng)過一個IN4007半波整流，另一端經(jīng)過一個8.2歐電阻后，由2.2uF電容濾波。這個8.2歐的電阻用來做保護的，如果后面出現(xiàn)故障等導(dǎo)致過流，那么這個電阻將被燒斷，從而避免引起更大的故障。右邊的D2,101電容，3.3千歐的電阻構(gòu)成一個高壓吸收電路,變壓器左下方的繞組(取樣繞組)的感應(yīng)電壓經(jīng)整流二極管IN4148整流，2.2uF電容濾波后形成取樣電壓。為了分析方便，我們?nèi)∪龢O管13001發(fā)射極一端為地。那么這取樣電壓就是負的(-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8.2V穩(wěn)壓二極管后，加至開關(guān)管13001的基極。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，8.2V穩(wěn)壓二極管被擊穿，從而將開關(guān)13001的基極電位拉低，這將導(dǎo)致開關(guān)管斷開或者推遲開關(guān)的導(dǎo)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。輸出電壓當開關(guān)管Q關(guān)斷時，由C2組成的高壓吸收電路負責吸收線圈上的感應(yīng)電壓，從而防止高壓加到開關(guān)管Q上而導(dǎo)致?lián)舸?。Q開關(guān)管，耐壓400V，集電極最大電流0.3A，最大集電極功耗為7W,用來控制原邊繞組與電源之間通斷。當原邊繞組不停的通斷就會在開關(guān)變壓器中形成變化的磁場，從而在次級繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。這個電源為反激式的，左端的3.3千歐為啟動電阻，給開關(guān)管提供啟動的基極電流。而下方的51歐電阻跟串聯(lián)的332電容則是正反饋支路，從取樣繞組中取出感應(yīng)電壓加到開關(guān)管的基極上,以維持震蕩。右邊的次級繞組經(jīng)二極管整流，220微法電容濾波后輸出4.2V的電壓。電池在充電中，紅色LED亮，綠色LED滅，表示恒流充電階段。紅色LED滅,綠色LED亮,表示恒壓充電階段，電池基本充滿。2.4組裝和調(diào)試組裝時選用的是11*8cm的PCB電路板，變壓器獨立放置。依據(jù)電路圖從左至右、從中間到兩邊依次焊接。由于變壓器獨立放置所以將變壓器安排在最后焊接。在動手焊接前用萬用表將各元件測量一下，做到心中有數(shù)。安裝時先安裝低矮和耐熱元件（如電阻），然后再裝大一點的元件（如變壓器），最后裝怕熱元件（如三極管、集成塊）。在焊接的過程當中要仔細，細心，盡量保持手不要大幅度的擺動，盡量使得焊點成一個光滑的圓錐形。為了連接充電器的方便使用了一般萬能充都采用的夾板和引針，這樣可以很好的固定手機電池。如下圖所示。2.3圖夾板和引針實物三、設(shè)計總結(jié)及改進意見3.1本方案特點及存在的問題本次設(shè)計制作是結(jié)合之前學習積累的實際引用，具有典型性，設(shè)計思路簡單，易于初學者接受，所用元器件都是常用的，達到了設(shè)計任務(wù)中的要求可以安全的給手機充電器充電。本方案最大的問題就是在充電結(jié)束時沒有明確的信號，盡管有二極管指示燈但是不能準確的反應(yīng)充電的飽和程度，當然這也是本方案簡單的一個原因。變壓器的體積、重量、價格都是本方案中排名第一的，與方案一中的高頻變壓器相比差距很大，高頻變壓器體積小，在價格上與使用的變壓器相比相差十倍之多。3.2改進意見及其他設(shè)想在自動斷電功能方面需要有所改進，先進行恒流充電再進行恒壓充電當電流達到飽和時發(fā)出提示信號并且自動斷電，目標是智能化自動化。四、結(jié)論本次所設(shè)計的是流水彩燈控制電路的設(shè)計，本次課程設(shè)計主要結(jié)合了數(shù)字電路課程。在汪杰君老師的指導(dǎo)和支持下完成的。還要感謝其他同學對我的無私幫助，使我得以順利完成系統(tǒng)設(shè)計。此次課程設(shè)計需要嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和完整的設(shè)計思維和方法。設(shè)計電路關(guān)鍵在于對設(shè)計要求的理解分析以及對基本電路相關(guān)知識的熟練掌握。設(shè)計電路時，將總體的功能分成若干個部分來實現(xiàn)，是簡化電路設(shè)計思路的很好方法；且搞清各個模塊的功能與實現(xiàn)要求操作的具體方法，對電路故障的檢查也是很有幫助。通過這次設(shè)計，我學到了很多東西，如查找資料，設(shè)計比較，從各種資料中提取所需。也吸取了很多教訓(xùn)。真正提高了動手能力，學會獲取資料，活躍了自己的思維，鞏固了所學知識。流水彩燈控制器的設(shè)計是對數(shù)字電路邏輯設(shè)計知識的實踐運用，加深了對知識的理解。這次課設(shè)是一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次設(shè)計，我擺脫