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1、摘 要随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，他们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效速为发展方向，深受广大厂家和商家以与人们的青睐。开关电源是近年来应用非常广泛的一种新式电源，它具有体积小、重量轻、耗能低、使用方便等优点，在邮电通信、航空航天、仪器仪表、医疗器械、家用电器等领域应用效果显著。目前随着技术发展，新型多功能开关电源集成控制芯片不断推向市场，大量的超小型、多功能、模块化开关电源不断涌现。2008年中国开关电源市场总体销售额达到123
2、.8亿元，销售额同比增长了14.8%。开关电源市场与我国各个行业的发展有着密切的关系，而重点行业在我国宏观经济的拉动下，呈现出平稳较快的发展态势。因此，开关电源市场近年来也出现了平稳增长的状态。在开关电源市场中，除了少数几家厂商拥有核心技术外，其他整机生产厂家大多不具有核心技术，只是依靠组装生产，经营区域性市场，这大大抑制了开关电源产品性能的发展。开关电源产品由于其行业的特殊型，用户对产品安全性、稳定性有很高的要求，而对于价格的敏感性却比较低，因此厂商对价格有一定的议价能力。中国开关电源主力厂商大部分拥有较为完备的产品线，集成能力强，各具行业优势。关键词： 电子技术 开关电源 充电器目录1 绪
3、论41.1 充电器简介41.1.1 充电器的概念与分类41.1.2 国外现状分析41.2电池充电器研究意义与容51.2.1 研究意义51.2.2 研究目标与容52 电池充电器设计方案52.1容摘要52.2设计要求62.3制作目的62.4总体方案的选择与论证63 开关电源的设计基础63.1 开关电源的概念和分类63.1.1开关电源的概念63.1.2开关电源的分类83.2 开关电源设计中存在的问题与未来发展93.2.1开关电源中存在的问题93.2.2开关电源的发展趋势103.3 开关电源的控制方式103.3.1脉宽调制的基本原理113.3.2脉冲频率调制的基本原理123.5 谐振式电源与软开关技术
4、133.5.1谐振式电源的基本原理133.5.2谐振开关的动态过程分析144 元器件的选用174.1 开关晶体管174.1.1功率开关MOSFET184.1.2 绝缘栅双极型晶体管194.2 软磁铁氧体磁芯204.2.1磁性材料的基本特性214.2.2磁芯的结构与选用214.3 二极管224.3.1开关二极管224.3.2稳压二极管224.4电容器235 充电器设计245.1充电器相关技术指标与特点245.1.1 充电要求与指标245.1.2 充电方式245.1.3 性能特点255.2 充电器电路设计与原理分析255.2.1电路原理图设计255.2.3 原理分析26结语271 绪论1.1 充电
5、器简介1.1.1 充电器的概念与分类所有充电器其实都是由一个稳定电源（主要是稳压电源、提供稳定工作电压和足够的电流）加上必要的恒流、限压、限时等控制电路构成。原装充电器（指线充）上所标注的输出参数：比如1.5V/1A就是指部稳压电源的相关参数。明白了这个道理，电池常用镍氢电池的充电器采用的是恒流限压充电制，充电电流一般采用C2左右-即采用两小时充电率。现在的USB充电器，只不利用了电脑USB口所具备的比较稳定的来自电脑电源的5.0v电压作为充电电压源，再同样辅以相关的电路而构成USB电池充电器。1.1.2 国外现状分析开关电源是近年来应用非常广泛的一种新式电源，它具有体积小、重量轻、耗能低、使
6、用方便等优点，在邮电通信、航空航天、仪器仪表、医疗器械、家用电器等领域应用效果显著。目前随着技术发展，新型多功能开关电源集成控制芯片不断推向市场，大量的超小型、多功能、模块化开关电源不断涌现。2008年中国开关电源市场总体销售额达到123.8亿元，销售额同比增长了14.8%。开关电源市场与我国各个行业的发展有着密切的关系，而重点行业在我国宏观经济的拉动下，呈现出平稳较快的发展态势。因此，开关电源市场近年来也出现了平稳增长的状态。在开关电源市场中，除了少数几家厂商拥有核心技术外，其他整机生产厂家大多不具有核心技术，只是依靠组装生产，经营区域性市场，这大大抑制了开关电源产品性能的发展。开关电源产品
7、由于其行业的特殊型，用户对产品安全性、稳定性有很高的要求，而对于价格的敏感性却比较低，因此厂商对价格有一定的议价能力。中国开关电源主力厂商大部分拥有较为完备的产品线，集成能力强，各具行业优势。如今，高新科技在不断更新，国外新型手机也层出不穷，电池的更新必然引起充电器的更新。现实告诉我们，科技在进步，社会在发展。1.2电池充电器研究意义与容1.2.1 研究意义随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，他们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效速为发展
8、方向。随着人们生活水平的日益提高和科技的发展，手机使人们的通讯更加的方便和快捷，全球用手机的人数与日剧增。于是，电池充电器就不言而喻成为了电池的主要配角。根据自己所学专业和对电子产品的好奇，结合自身条件，自做一手机充电器，一来可以提高自己动手能力，二来可以自己用，三还可以满足自己的好奇心，可谓一举三得。1.2.2 研究目标与容中小功率开关电源以其诸多优良的性能，在测控仪器仪表、通信设备、学习与娱乐等诸多电子产品中得到广泛的应用。随着环境和能源问题日益突出，人们对电子产品的环保要求不断提高，对电子产品的能源效率更加关注。设计无污染、低功耗、高效率的绿色模式电源已成为开关电源技术研究的热点，电池充
9、电器就是其中一种。充电器是采用电力电子半导体器件，将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置。在以蓄电池为工作电源或备用电源的用电场合，充电器具有广泛的应用前景。它不但设计巧妙，还功能强大深受人们的喜爱。本次设计主要是将220V的交流电转换为1.5V的适合5号和7号电池的电压，其中要用到半波整流电路，将交流电中的直流成分加大，再用电容器将交流成分虑掉，经过变压和一系列变换，最终转换成适合手机电池的电压，综合起来就是由一个稳定电源。2 电池充电器设计方案2.1容摘要了解电池充电器的简单工作原理以与各原件的特性与作用；通过动脑与动手行动来完成充电器的设计与制作；接通电源检测与调试电
10、路。2.2设计要求输入电压为220V交流电，输出为1.5V直流电。2.3制作目的加强自己的动手、动脑，以与收集资料的能力，掌握线性电源充电器的工作原理，同时也对开关电源作一定的了解。2.4总体方案的选择与论证本次的设计我做的是电池充电器，之所以选择这个题目是因为其制作原理相对简单之余也需要懂得相关的知识才能完成，适合我自己。这次的电池充电器题目中我也有两个小的项目可供选择：线性电源：相对于开关电源，线性电源的制作比较简单、原理明了，适合我们制作，但它有体积大、消耗高、效率低等缺点。开关电源：对于市面上大多充电器的设计都为开关电源的，选择它主要原因是应为其需要的技术含量相对较高，原理相对复杂，但
11、是它具有高效率、低耗能、体积小且相对稳定的特性。3 开关电源的设计基础开关电源是近年来应用非常广泛的一种新式电源，它具有体积小、重量轻、耗能低、使用方便等优点，在邮电通信、航空航天、仪器仪表、工业设备、医疗器械、家用电器等领域应用效果显著。3.1 开关电源的概念和分类电源是将各种能源转换成为用电设备所需电能的装置，是所有靠电能工作的装置的动力源泉。3.1.1开关电源的概念电是工业的动力，是人类生活的源泉。电源是产生电的装置，表示电源特性的参数有功率、电压、电流、频率等；在同一参数要求下，又有重量、体积、效率和可靠性等指标。我们用的电，一般都需要经过转换才能适合使用的需求，例如交流转换成直流，高
12、电压变成低电压，大功率变换为小功率等。按照电子理论，所谓AC/DC就是交流转换为直流；AC/AC称为交流转换为交流，即为改变频率；DC/AC称为逆变；DC/DC为直流变交流后再变直流。为了达到转换的目的，电源变换的方法是多样的。自20世纪60年代，人们研发出了二极管、三极管半导体器件后，就用半导体器件进行转换。所以，凡是用半导体功率器件作开关，将一种电源形态转换成另一种形态的电路，叫做开关变换电路。在转换时，以自动控制稳定输出并有各种保护环节的电路，称为开关电源（Switching Power Supply）。开关电源在转换过程中，用高频变压器隔离称之为离线式开关变换器（Off-line Sw
13、itching Cpnwerter），常用的AC/DC变换器就是离线式变换器。开关电源通常由六大部分组成，如图3-1所示。图3-1 开关电源工作原理框图第一部分是输入电路，它包含有低通滤波和一次整流环节。220V交流电直接经低通滤波和桥式整流后得到未稳压的直流电压Vi，此电压送到第二部分进行功率因数校正，其目的是提高功率因数，它的形式是保持输入电流与输入电压同相。功率因数校正的方法有无源功率因数校正和有源功率因数校正两种。所谓有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，APFC），是指电源在校正过程中常采用三极管和集成电路。开关电源电路常采用有源功率因数校正
14、。第三部分是功率转换，它是由电子开关和高频变压器来完成的，是把高功率因素的直流电压变换成受到控制的、符合设计要求的高频方波脉冲电压。第四部分是输出电路，用于将高频方波脉冲电压经整流滤波后变成直流电压输出。第五部分是控制电路，输出电压经过分压、采样后于电路的基准电压进行比较、放大。第六部分是频率振荡发生器，它产生一种高频波段信号，该信号与控制信号叠加进行脉宽调制，达到脉冲宽度可调。有了高频振荡才有电源变换，所以说开关电源的实质是电源变换。高频电子开关是电能转换的主要手段和方法。在一个电子开关周期（T），电子开关的接通时间与一个电子周期所占时间之比，叫接通占空比（D），D=。断开时间所占T的比例称
15、为断开占空比（D），。开关周期是开关频率的倒数，。例如：一个开关电源的工作频率是50kHz，它的周期（微秒）。很明显，接通占空比（D）越大，负载上的电压越高，表明电子开关接通时间越长，此时负载感应电压较高，工作频率也较高。这对于开关电源的高频变压器实现小型化有帮助，同时，能量传递的速度也快。但是，开关电源中断开关功率管、高频变压器、控制集成电路以与输入整流二极管的发热量高、损耗大。对于不同的变换器形式，所选用的占空比大小是不一样的。开关电源与铁芯变压器电源以与其他形式的电源比较起来具有较多的优点：(1) 节能。绿色电源是开关电源中用途最为广泛的电源，它的效率一般可以达到85%，质量好的可以达到95%甚至更高，而铁芯变压器的效率只有70%或者更低。最近欧盟和美国消费者协会统计，美国一般家用电器和工业电气设备的单机能源消耗指数大于92%。美国的“能源之星”对电子镇流器、开关电源以与家用电器的效率都制定有很仔细的、非常严格的规章条款。(2) 体积小，重量轻。据统计，100W的铁芯变压器的重量为1200g左右，体积达350cm3，而100W的开关电源的重量只有250g，而且敞开式的电源更轻，体积不到铁芯变压器的1/4。(3) 开关电源具有各种保护功能，不易损坏。而其他的电源由于本身原因或使用不当，发
