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1、电力电子技术 课程设计说明书题目： 手机充电器电路 学生姓名： 学 号： 院 （系）： 专 业： 自动化 指导教师： 2012年 12 月 26 日概述1.1 设计概述 电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流供电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。通信技术的高速发展促使手机种类众多，也导致手机充电器也是多种多样，本设计设计并制作一套手机通用锂电池的充电器。 充电器的简单工作过程如下： 交流输入电压经电容降压，二极管整流桥整流后变成直流电，经隔离二极管和滤波电容对手机充电，随着充电时间的增长，电池两端的电压也升高，通过分压器将此电压引入
2、基准电压比较器，其中三个比较器带三个指示灯，分别指示充电的状态，当三个灯全亮时，表示充电已满。通过以上的工作过程描述结合生活经验设计手机实用充电器电路。 1.2 设计目的及要求1）通过安装和调试，掌握手机电池万能充电器工作原理、结构原理和连线方式原理。 2）训练查阅元器件资料、读电路图、制作电路图的能力。 3）掌握手机电池万能充电器工作的要领和技巧。第一章 设计题目分析从设计题目上可以看出设计的主体要求是将市电变换为符合要求的直流电源，整体上应该有降压、整流、滤波、恒压电路四部分组成。降压电路可以用最简单的变压器完成，将220V电压变为10V左右的低压，为了让优化波形使其更加稳定可采用滤波电容
3、去除高频干扰。手机通用的锂电池充电电压为4.2V，因此需要设计一个恒压源电路。充电电流在一定程度上影响了充电的时间，过高的电流会缩短电池的使用寿命，所以我们还需要一个可靠地恒流源来保证充电的时间和手机的使用寿命。当上述条件都具备时对于不同容量的手机电池充电时间是不一样的，因此需要一个不以时间为参考的充电完成信号，我们可以根据电池两端的电压是否达到标准电压来判断是否充满电。第二章方案论证及比较2.1 方案一本方案采用的是现行手机充电器的通用电路，主要是由开关电源和充电电路组成的。电路图如下。制作成功后该充电器能自动识别电池极性，自动调整输出电流使得电池达到最佳充电状态，可保护电池延长电池寿命。充
4、电饱和时七彩灯会自动熄灭。当接入电源后，通过整流二极管VD1、R1给开关管Q1提供启动电流，使Q1开始导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2中感应出使Q1基极为正，发射极为负的正反 馈电压，使Q1很快饱和。与此同时，感应电压给C1充电，随着C1充电电压的增高，Q1基极电位逐渐变低，致使Q1退出饱和区，Ic开始减小，在 L2中感应出使Q1基极为负、发射极为正的电压，使Q1迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止 时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又经R1给C1反向充电，逐渐提高Q1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复
5、振荡下 去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器的次级绕组向负载输出所需要的电压，在C4的两端获得9V的直流电，供充电电路工作。 在充电电路中Q2与CH（七彩发光二极管）组成充电指示电路。R7与PW（红色二极管）组成电池好坏检测及电源通电指示电路。Q4、Q5、Q6、Q7组成自动识别电池极性的电路。 当充电端1接电池的正，端2接电池的负时，充电回路是电源的+、Q5（发射极）、Q5（集电极）、端1接+ 、Q7（饱和）、端2接-；当充电端2接电池的正，端1接电池的负时，充电回路是电源的+、Q4（发射极）、Q4（集电极）、端2接+、Q6（饱和）、端2接-。即可完成自动极性的识别，保证充电回路自动工
6、作。2.2 方案二本方案是前期分析的具体实现，也是比较简单的一种。电路图如下。该电路有四部分组成电源输入电路、恒流电路、恒压电路、充电指示电路组成。电源输入电路由电源变压器T、整流桥堆D1，D2，D3，D4和滤波电容C组成。恒压电路由电阻R1、R2、电位器RP1、晶体管V1、精密稳压基准源IC组成。恒流电路由晶体管V2、电阻R3、电位器RP2。充电指示电路由晶体管V3、电阻R4、R5和发光二极管VL组成。交流电220V电压经过变压器T（二次侧电压9V）、整流桥、滤波电容C后，产生8.1V的直流电压。该电压经过恒流电路恒压电路处理后对电池充电。同时V3导通，VL发光。随着电池两极板电压的升高充电
7、电流将逐渐减小。当电池电压到达4.2V时，R1上电压降低使V3截止VL熄灭，提醒用户充电结束。综上所述，为了使设计要求更好地实现，最后选择方案二。第三章 单元电路设计 3.1 整流滤波电路 电源输入部分变压器源边是220V交流电，二次侧电压为9V经过四个二极管组成的整流桥就变为了直流电，DE电压为8.1左右，滤波电容是为了滤除交流成分。在实际购买原器件时为了降低成本和焊接方便购买的是集成整流桥堆，规格是2A、50V。3.2 恒压电路 在这边部分电路中使用了TL431。TL431是TL、ST公司研制开发的并联型三端稳压基准，其突出优点是封装简单（型如三极管）、参数优越（高精度、低温漂）、性价比高
8、（民品1.31.5元/只），是作为电压基准的良好选择。其电压调节范围为2.5V36V。本方案中的接法类似于下图（b）调节电位器RP1就可以调节输出电压，这也正是本方案的一大优点，可以做到电压连续可调，这样不仅可以为手机电池充电还可以作为电源为其他电子芯片、元件供电。 TL431原理图 BC电压可以被精确的调整到一个值，再经过V2的CE管压降就得到充电电压。3.3 恒流电路流经B点的电流经过三极管V2，1013被放大，最终提供给手机电池。调节RP2可以调节基极电流,由公式 就可以由IB调节整个充电电流的大小。3.4 充电提示电路当充电结束时电池阳极电压接近4.2V，此时R1上的电压降低，使得V3
9、截止，VL熄灭。此时电池并没有充满而是进入恒压充电方式，在恒流充电阶段，电池充到 70% 的总容量时通常需要约 30% 的充电时间，而在恒压阶段用 70% 的充电时间仅能充 30% 的总电池电量。这是由于电池具有内部电阻。电池内部电阻越低，电池充电时间就越短。为了保证电池能够充满可在VL熄灭后继续充电12个小时，当充电电流降至100mA以内时则应停止充电。这使得本方案有了一个缺陷，当二极管灯灭时不能说明电池已经充满，需要特别说明否则一般用户会自然的认为充电结束而致使电池充不满。 第四章 具体设计4.1 电路图4.2手机万能充电器构成 1、外壳 2、输入线、输出线 3、开关、插座 4、二极管、三
10、极管、稳压管、电阻器、瓷片电容、涤纶电容、电解电容、基准发光管、高亮度发光管、双色发光管 4.3 PCB电路图 4.4 手机万能充电器使用范围 输入；AC 220V,80MmA 输出；DC 4.2V 18080mA 适用于；300-2000mAH容量电池充电 4.5 手机万能充电器基本原理 1.电源变压器：电源变压器的作用是将220V交流电压变换可以提供整流滤波电路所需的电压 2.整流电路：利用单向导电元件二极管，把50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电 3.滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较干净的直流电压 4.稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳
11、定，不随交流电网电压和负载的变化而变化 4.6 手机万能充电器原理图4.7 操作注意事项1）.在制作中，注意元器件的焊接，焊点的大小以及焊点的距离，不出现桥连等焊接缺陷。 2）.元器件的排布，正负极和所处的位置。 3）.安装外壳时电源的正负所接的输出位置。 4）.活动触片与连接片的安装。 5）.变压器的安装：不要反复焊接以免将固定脚弄松动。 6）.USB插座的安装：焊接时速度要快，以免烫坏插座的塑料部分而导致接触不良。 第七章 电路调试用直流稳压电源将电压调至12V接入充电器的220V输入接口，再用万用表的直流电流测A点的电流如果电流小于10mA同时LED1、LED2、LED4发光管亮起（LE
12、D3也有可能亮）说明充电器基本上没什么问题了。可将A点焊接上，组装好外壳通220V工作了，发光管全部亮起，并且测量USB输出端为557V，充电输出端为42V-44V说明万能充电器组装成功可对手机充电了。电流超过10mA并且指示灯不亮说明有地方短路、装错地方。第八章 设计总结本次项目让我们认识到小组的团结是十分重要的、这次制作中我们有过无数次争吵但通过大家的努力完成了此次项目、也认识到我们的不足、在所学的知识到现实的实践远远不够、通过本次制作让我们更加的理解了电子制作方面的知识、通过这个项目能够更好的了解和掌握相关专业知识，把书本上所学的知识运用到实践中去。参考文献1党宏社.电路、电子技术实验与电子实训. M北京:电子工业出版社，20102童诗白.模拟电子技术基础（第四版）. M北京:高等教育出版社，2006 3阎石.数字电子技术基础（第五版）. M北京: 高等教育出版社，2006
