手機(jī)充電器電路設(shè)計(jì)

11課題名稱........................................................................................................................................................2...2設(shè)計(jì)主體要求及內(nèi)容...................................................................................................................................2...3課題分析與方案論證...................................................................................................................................2...3.1方案一............................................................................................................................................2...3.2方案二............................................................................................................................................4...4各局部電路設(shè)計(jì)...........................................................................................................................................5...4.1整流濾波電路................................................................................................................................5...4.2恒壓電路........................................................................................................................................5...4.3恒流電路........................................................................................................................................7...4.4充電提示電路................................................................................................................................8...5組裝調(diào)試........................................................................................................................................................8...6元器件的選擇...............................................................................................................................................8...7設(shè)計(jì)總結(jié)及改進(jìn)意見...................................................................................................................................9...7.1本方案特點(diǎn)及存在的問題...........................................................................................................9..7.2改進(jìn)意見及其他設(shè)想...................................................................................................................9..8設(shè)計(jì)心得.....................................................................................................................................................9...參考文獻(xiàn)21課題名稱2設(shè)計(jì)主體要求及內(nèi)容通信技術(shù)的高速發(fā)展促使手機(jī)種類眾多，也導(dǎo)致手機(jī)充電器也是多種多樣，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)并制作一套手機(jī)通用鋰電池的充電器。充電器的簡單工作過程如下：交流輸入電壓經(jīng)電容降壓，二極管整流橋整流后變成直流電，經(jīng)隔離二極管和濾波電容對(duì)手機(jī)充電，隨著充電時(shí)間的增長，電池兩端的電壓也升高，通過分壓器將此電壓引入基準(zhǔn)電壓比較器，其中三個(gè)比較器帶三個(gè)指示燈，分別指示充電的狀態(tài)，當(dāng)三個(gè)燈全亮?xí)r，表示充電已滿。通過以上的工作過程描述結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)手機(jī)實(shí)用充電器電路。技術(shù)要求：能夠順利為鋰電池充電，有必要的顯示、保護(hù)功能，充電電壓4.2V，充電限制電壓4.5V。設(shè)計(jì)并調(diào)試正常，要求總投資不得高于20元。3課題分析與方案論證從課題上可以看出設(shè)計(jì)的主體要求是將市電變換為符合要求的直流電源，整體上應(yīng)該有降壓、整流、濾波、恒壓電路。降壓電路可以用最簡單的變壓器完成，將220V電壓變?yōu)?0V左右的低壓，為了優(yōu)化波形使其更加穩(wěn)定可采用濾波電容去除高頻干擾。手機(jī)通用的鋰電池充電電壓為4.2V，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)恒壓源電路。充電電流在一定程度上影響了充電的時(shí)間，過高的電流會(huì)縮短電池的使用壽命，所以我們還需要一個(gè)可靠地恒流源來保證充電的時(shí)間和手機(jī)的使用壽命。當(dāng)上述條件都具備時(shí)對(duì)于不同容量的手機(jī)電池充電時(shí)間是不一樣的，因此需要一個(gè)不以時(shí)間為參考的充電完成信號(hào)，我們可以根據(jù)電池兩端的電壓是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電壓來判斷是否充滿電。3.1方案一本方案采用的是現(xiàn)行手機(jī)充電器的通用電路，主要是由開關(guān)電源和充電電路組成的。31NI1ISflpjIs.2a￡55皿/充電端1CHPW,S05C101檢測C1OUFZD2R5.9-VDI交航Rl1OV3.3K?R1R13.1原理圖制作成功后該充電器能自動(dòng)識(shí)別電池極性，自動(dòng)調(diào)整輸出電流使得電池達(dá)到最佳充電狀態(tài)，可保護(hù)電池延長電池壽命。充電飽和時(shí)七彩燈會(huì)自動(dòng)熄滅。當(dāng)接入電源后，通過整流二極管VD1、R1給開關(guān)管Q1提供啟動(dòng)電流，使Q1開始導(dǎo)通，其集電極電流Ic在L1中線性增長，在L2中感應(yīng)出使Q1基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，使Q1很快飽和。與此同時(shí)，感應(yīng)電壓給C1充電，隨著C1充電電壓的增高，Q1基極電位逐漸變低，致使止，這時(shí)二極管VD1導(dǎo)通，高頻變壓器T初級(jí)繞組中的儲(chǔ)能釋放給負(fù)載。在VT1截止時(shí)，L2中沒有感應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng)R1給C1反向充電，逐漸提高Q1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。這里就像單端反激式開關(guān)電源那樣，由變壓器T的次級(jí)繞組向負(fù)載輸出所需要的電壓，在C4的兩端獲得9V的直流電，供充電電路工作。在充電電路中Q2與CH(七彩發(fā)光二極管)組成充電指示電路。R7與PW(紅色二極管)組當(dāng)充電端1接電池的正，端2接電池的負(fù)時(shí)，充電回路是電源的+、Q5(發(fā)射極)、Q5(集電極)、端1接+、Q7(飽和)、端2接-;當(dāng)充電端2接電池的正，端1接電池的負(fù)時(shí)，充電回路是電源的+、Q4(發(fā)射極)、Q4(集電極)、端2接+、Q6(飽和)、端2接-。即可完成自動(dòng)極性的識(shí)別，保證充電回路自動(dòng)工作。4本方案是前期分析的具體實(shí)現(xiàn)，也是比較簡單的一種?！?I—V.2原理圖該電路有四部分組成電源輸入電路、恒流電路、恒壓電路、充電指示電路組成。電源輸入電路由交流電220V電壓經(jīng)過變壓器T(二次側(cè)電壓9V)、整流橋、濾波電容C后，產(chǎn)生8.1V的直流電壓。該電壓經(jīng)過恒流電路恒壓電路處理后對(duì)電池充電。同時(shí)隨著電池兩極板電壓的升高充電電流將逐漸減小。當(dāng)電池電壓到達(dá)低使V3截止VL熄滅，提醒用戶充電結(jié)束。54各局部電路的設(shè)計(jì)4.1整流濾波電路變壓器源邊是220V交流電，二次側(cè)電壓為9V經(jīng)過四個(gè)二極管組成的整流橋就變?yōu)榱酥绷麟姡珼E電壓為8.1左右，濾波電容是為了濾除交流成分。在實(shí)際購買原器件時(shí)為了降低成本和焊接方便2A、50V。4.2恒壓電路在這邊部分電路中使用了TL431°TL431是TLST公司研制開發(fā)的并聯(lián)型三端穩(wěn)壓基準(zhǔn)，其突出優(yōu)點(diǎn)是封裝簡單(型如三極管)、參數(shù)優(yōu)越(高精度、低溫漂)、性價(jià)比高(民品1.3?1.5元/只)，是作為電壓基準(zhǔn)的良好選擇。其電壓調(diào)節(jié)范圍為2.5V?36V。本方案中的接法類似于下圖(b)調(diào)節(jié)電位器RP1就可以調(diào)節(jié)輸出電壓，這也正是本方案的一大優(yōu)點(diǎn)，可以做到電壓連續(xù)可調(diào)，這樣不僅可以為手機(jī)電池充電還可以作為電源為其他電子芯片、元件供電。6F?F?>Uo=2.5VVo=2.5aUo=2.5VTL431TL431TL431圖421TL431原理圖圖4.2.2恒壓電路BC電壓可以被精確的調(diào)整到一個(gè)值，再經(jīng)過V的CE管壓降就得到充電電壓74.3恒流電路BV終提供給手機(jī)電池。RP2可以調(diào)節(jié)基極電流，就可以由IB調(diào)節(jié)整個(gè)充電電流的大小84.4充電提示電路圖4.4充電提示電路沒有充滿而是進(jìn)入恒壓充電方式，在恒流充電階段，電池充到70%的總?cè)萘繒r(shí)通常需要約30%的充電時(shí)間，而在恒壓階段用70%的充電時(shí)間僅能充30%的總電池電量。這是由于電池具有內(nèi)部電阻。電池內(nèi)部電阻越低，電池充電時(shí)間就越短。為了保證電池能夠充滿可在VL熄滅后繼續(xù)充電1~2個(gè)小時(shí)，當(dāng)充電電流降至100mA以內(nèi)時(shí)則應(yīng)停止充電。這使得本方案有了一個(gè)缺陷，當(dāng)二極管燈滅時(shí)不能說明電池已經(jīng)充滿，需要特別說明否則一般用戶會(huì)自然的認(rèn)為充電結(jié)束而致使電池充不滿。5組裝和調(diào)試組裝時(shí)選用的是11*8cm的PCB電路板，變壓器獨(dú)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(dú)立放置所以將變壓器安排在最后焊接。RP的電阻值使得充電電壓為4.2V再調(diào)節(jié)RP2的電阻阻值使得充電電流為200mA左右。6元器件選擇RW；9R2~R5均選用1/4W碳膜電阻；RP1和RP2均選用小型線性電阻或可變電阻器；C選用電壓值為16V的電解電容；VL選用紅色LED發(fā)光二極管；7設(shè)計(jì)總結(jié)及改進(jìn)意見7.1本方案特點(diǎn)及存在的問題本次設(shè)計(jì)制作是結(jié)合之前學(xué)習(xí)積累的實(shí)際引用，具有典型性，設(shè)計(jì)思路簡單，易于初學(xué)者接受，所用元器件都是常用的，達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)中的要求可以安全的給手機(jī)充電器充電。本方案最大的問題就是在充電結(jié)束時(shí)沒有明確的信號(hào)，盡管有二極管指示燈但是不能準(zhǔn)確的反應(yīng)充電的飽和程度，當(dāng)然這也是本方案簡單的一個(gè)原因。變壓器的體積、重量、價(jià)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(jià)格上與使用的變壓器相比相差十倍之多。但是，方案一先經(jīng)過整流，整流后的電壓仍有110V左右，調(diào)試時(shí)過于危險(xiǎn)。所以，經(jīng)過綜合考慮還是方案二最好。7.2改進(jìn)意見及其他設(shè)想在自動(dòng)斷電功能方面需要有所改進(jìn)，先進(jìn)行恒流充電再進(jìn)行恒壓充電當(dāng)電流達(dá)到飽和時(shí)發(fā)出提示本次電力電子課程設(shè)計(jì)我共用去半個(gè)多月的時(shí)間。一開始我便在書上、網(wǎng)上查找有關(guān)充電器的資多小時(shí)的時(shí)間，之后上電調(diào)試。首先是調(diào)節(jié)RP1的電阻值使得充電電壓為4.2V再調(diào)節(jié)RP2的電阻阻值使得充電電流為200mA左右。我由于之前方案論證階段準(zhǔn)備充通過這次做充電器，加強(qiáng)了我的動(dòng)手、思考和解決問題的能力。我從得到題目就認(rèn)真思考設(shè)計(jì)方案，不斷完善自己的方案。之后我又自己買元器件，認(rèn)識(shí)了不少元器件，學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識(shí)。后來我又焊板子，自己調(diào)試結(jié)果在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想老想著這樣的接法可以行得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。我認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)踐有一定的差距，因此我們要多實(shí)踐，鍛煉自己解決問題分析問題的能力。我覺得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我了解了很多元件的功能，尤其是認(rèn)識(shí)了TL431型精密穩(wěn)壓集成電路，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件印象深刻。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。這么長時(shí)間的電力電子課程設(shè)計(jì)，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時(shí)滿富激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無不令我回味無長。示著結(jié)果也見證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。通過實(shí)習(xí)，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識(shí)到老一輩電子設(shè)計(jì)者為我們的社會(huì)付出的巨大努力。我想說，設(shè)計(jì)確實(shí)有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機(jī)會(huì)能有實(shí)踐的機(jī)會(huì)，但我們有機(jī)會(huì)