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1、湖南理工学院毕业设计(论文)学号 毕业设计(论文)题目：手持通信设备充电开关电源的优化设计 作 者 届 别 院 别 专 业 指导教师 职 称 完成时间 III 毕业设计(论文)摘 要本文简要分析了手机充电器的基本原理，对现有充电器进行研究并对其存在的问题进行优化. 主要结合电磁干扰的产生特点及对电路的危害, 对共模电流及差模电流进行抑制，构造出一个无Y电容的充电器模型. 同时对开关电源电路、开关变压器结构进行改进. 改进对印刷电路板的布线来增强电路板在实际运用中的抗干扰能力. 结果表明所建立的充电器模型在节能及稳定性等方面要优于传统的手机充电器. 关键词：开关电源；手机充电器；电磁干扰；共模电
2、流；差模电流ABSTRACTThis passage mainly analyzes the basic principles of mobile phone charger. It researched the existing charger, and found the problems and corrects them. Combined the production of electromagnetic interference and the damage it does to the circuit to construct a model of the charger wit
3、hout Y capacitor to suppress the common-mode current and differential mode currents. The other purpose of this design is improve the switching-power-supply circuit and switch transformer. At last, I have improved the capability of enhancing interruption through anti-jamming in the practical using ca
4、se. The result shows that the established charger model is obviously superior to the traditional mobile phone charger in the aspect of energy conservation and stability.Keywords: Switching Power; Mobile phone charger; Electromagnetic Interference; Common mode current; Differential mode currents目 录摘
5、要IABSTRACTII目 录1 绪论11.1 选题背景及意义1 1.2 国内外对本课题的研究动态1 1.2.1 手机充电器的研究方向1 1.2.2 现有充电器存在的问题1 1.3 本论文主要完成的工作2 2 手机充电器的基本原理3 2.1 手机电池的选择及充电要求3 2.1.1 锂离子电池的特点3 2.1.2 锂离子电池充电电路要求3 2.2 充电控制芯片4 2.3 充电电路的设计6 2.3.1 电源部分电路原理6 2.3.2 基于BQ2057充电芯片的工作电路6 3 基于RCC电路的开关变压器的优化设计83.1 RCC电路工作原理83.1.1 电路的启动8 3.1.2 开关晶体管处于ON状
6、态9 3.1.3 开关晶体管处于OFF状态9 3.2 输出电压稳定的设计9 3.3 变压器的设计方法10 3.3.1 初级绕组的求法11 3.3.2 其他线圈的求法11 3.4 开关晶体管的恒流驱动设计12 3.5 RCC电路的控制电路设计及参数设定14 3.5.1 电压控制电路的设计143.5.2 驱动电路的设计14 3.5.3 次级电容、二极管的选定14 3.5.4 其他参数的选定15 4 EMI及无Y电容的优化设计164.1 EMI常识16 4.2 减小寄生的电感和电容值16 4.3 传导干扰17 4.4 差模电流的产生及抑制17 4.5 共模电流的产生及抑制18 4.6 改进后的电路原
7、理图19 5 PCB布线中的抗干扰设计215.1 一般导线及焊盘布线21 5.2 电源线及地线设计21 6 结论23参考文献24致谢25- I -1 绪论手持通信设备（手机）日益普及，它已成为我们日常生活生产中不可或缺的工具，手机充电器市场的前景被业界广泛看好。锂离子电池各方面的优越性使其成为手机电池的首选。理想的充电器必须检测锂离子电池所有可能的故障模式，并有针对性地进行充电。在充电过程如果锂离子电池的温度超出设定的温度范围，则继续给它充电是不安全的。目前，所有充电器必须具有跟踪锂离子电池电压的变化、跟踪充电电流的变化和跟踪充电过程中锂离子电池温度的变化的功能。而在提高充电器效率和延长锂离子
8、电池使用寿命的同时，不能忽略潜在的安全问题，这使得需要更智能化的锂离子电池充电器。1.1 选题背景及意义目前，中国拥有超过6亿的手机用户市场，而且这个数字正在急剧增加。手机充电器不通用，不仅给手机用户带来使用上的不便，也增加消费成本；特别是手机逐渐成为时尚产品，更新速度不断加快，这一问题更加突出，浪费了社会资源，威胁着生存环境。同时，随着节能环保的社会发展趋势，手机充电器的待机耗电量也将成为研究的重点内容。如果每个充电器每年节省一度电，这将是一个非常可观的数字。1.2 国内外对本课题的研究动态1.2.1 手机充电器的研究方向随着手机种类的日益增多，各种充电器因机型不同，电源端口的大小也不相同，
9、从而不能互换使用，给消费者带来了不便。标准型充电器，是指可以连接所有手机底端电源插座（端口）的充电器。而且，生产的手机的电源端口将统一为适用于标准充电器的规格。这样，消费者将不必在每次换手机时同时购买新的充电器。手机充电器的待机耗电量的降低逐步成为充电器的设计过程中的一个重要环节。相比于以前的充电器，今后生产的产品将会在各项功能完善的同时进一步降低本身的待机耗电量。1.2.2 现有充电器存在的问题目前，市场上手机充电器种类繁多，但其中也有很多质量低劣的不合格产品。在去年产品质量国家监督抽查结果中，将近40的厂家生产的充电器不合格。其主要问题出现在: 与交流电网电源的连接，电源端子骚扰电压，辐射
10、骚扰场强和充电电压几个方面。另外，一些产品的低温性能、额定容量、放电性能、安全保护性能等方面存在质量问题。由于现在的手机电池多采用锂离子电池，对充电器的电压、电流特性及安全保护有很高的要求。一些充电器由于设计简单，采用劣质材料，加工手段粗糙，对手机电池的性能和寿命有很大损害。这些质量问题会影响到手机的正常使用及使用寿命，严重时还可能伤害消费者。1.3 本论文主要完成的工作通过对各类手机充电器基本原理进行研究，结合锂离子电池充电特性，分析出各自特点并找出问题，并对所存在的问题进行改进。通过构建整个充电系统的结构框架，确定这个系统的硬件结构图，对整个设计进行优化并确定系统各原件的详尽参数和型号。主
11、要基于电路中电磁干扰的产生特点进行分析，对电路结构及开关变压器结构进行优化，减小电磁干扰的产生，同时在工程制作中对印刷电路板布线进行改进优化。最终使充电器在性能等方面有所进步。2 手机充电器的基本原理手机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10。2.1 手机电池的选择及充电要求2.1.1 锂离子电池的特性二次电池能够反复使用，符合经济原则，这是其最大优点，自然人们最青睐二次电池。锂离子电池是继镍氢电池后发展的新一代二次电池。它以其高的比能量，为镍氢电池的1.5倍和铅酸电池的3倍，放电曲线平稳，自放电率低，循环寿命长
12、，无记忆效应和不污染环境等特点，已成为手机电池的首选。表2-1为铅酸、镍镉、镍氢、锂离子电池特性的比较。表2-1 铅酸、镍镉、镍氢、锂离子电池特性的比较电池类型工作电压（V）质量比能量（Wh/kg）体积比能量（Wh/L）循环次数记忆效应自放电率（%/月）铅酸2.0400-600无3镍镉1.250150400-500有25镍氢1.260-80240-300500无20锂离子3.6120-1403001000无102.1.2 锂离子电池充电电路要求锂离子电池在充电过程中，电池的电压和电流都会随充电时间而变化。当电池电压小于2.5V时，则用小电流（约1/10C的电流）充电；当电池电压大于2.5V且小
13、于4.2V时，则以恒流充电方式充电，电池电压以较高的斜率增长，在充电过程中斜率逐步降低，充到接近4.2V时，恒流充电结束；接着以4.2V恒压充电，在恒压充电时，电压几乎不变，充电电流不断下降，当充电电流降到1/10C时，表示电池以充满，终止充电11。为了满足锂离子电池的充电要求，性能良好的锂离子电池充电器由下述几部分组成：1. 电源电路包括恒流源（其精度一般为5%左右）及恒压源（其精度一般为0.75%）2. 电流限制电路（可外设一个电流检测电阻来设定电流限制值）3. 电池电压检测电路4. 电池温度检测电路5. 充电器指示电路（一般用LED来指示）6. 安全定时器电路7. 基准电压源（高精度）、多个电压比较器及逻辑控制电路、关闭控制路等。2.2 充电控制芯片充电控制芯片是特为化学电池设计的理想产品，它们使电池的三项关键指标达到最大：容量、寿命和安全性。BQ2057是美国Tl公司生产的先进的锂离子电池充电芯片，可满足单节(4.1V或4.2V)锂离子电池和聚合物锂离子电池的充电需要，同时根据不同的应用场合提供了MSOP、TSSOP和SOIC等封装形式供选择。利用BQ2057设计的充电器外围电路简单，非常适合便携式电子产品的紧凑设计需要。BQ2057可以动态补偿锂电池组的内阻以减少充电时间，带有可选的电池温度监测，利用电池组温度传感器连续检测电池温度，当电池温度超出设定
