電力電子課程設(shè)計(jì)---手機(jī)充電器

1、<p><b>　　1.課程設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　手機(jī)充電器。</b></p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</b></p><p>　　電子設(shè)備一般都需要直流電源供電。這些直流供電除了少數(shù)直接利用干電池和直流發(fā)電機(jī)外，大多數(shù)是采用把交流電（市電）轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?/p>

2、電的直流穩(wěn)壓電源。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。 </p><p>　　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

3、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。 </p><p>　　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。

4、 </p><p>　　工作要求：獨(dú)立設(shè)計(jì)充電器方案，根據(jù)個(gè)人的方案，購買所需要的元器件和電路板，獨(dú)立設(shè)計(jì)并調(diào)試正常，要求總投資不得高于15元。</p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)題目分析</b></p><p>　　從設(shè)計(jì)題目上可以看出設(shè)計(jì)的主體要求是將市電

5、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、恒壓電路四部分組成。</p><p>　　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，為了讓優(yōu)化波形使其更加穩(wěn)定可采用濾波電容去除高頻干擾。</p><p>　　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，過高的電流會縮短電池的使用壽命，所以我們還需要

6、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。</p><p>　　當(dāng)上述條件都具備時(shí)對于不同容量的手機(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，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。</p><p><b>　　4.方案論證及比較</b></p><p><b>　　4.1 方案一&

7、lt;/b></p><p>　　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。</p><p><b>　　電路圖如下。</b></p><p><b>　　圖4-1原理圖</b></p><p>　　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

8、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)七彩燈會自動熄滅。</p><p>　　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Q1退出飽和區(qū)，Ic開始減小，在 L2中感應(yīng)出使Q1基極

9、為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓，使Q1迅速截止，這時(shí)二極管VD1導(dǎo)通，高頻變壓器Ｔ初級繞組中的儲能釋放給負(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。</p><p>　　在充電電

10、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）組成電池好壞檢測及電源通電指示電路。Q4、Q5、Q6、Q7組成自動識別電池極性的電路。</p><p>　　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-；</p><p>　　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+、

11、Q4（發(fā)射極）、Q4（集電極）、端2接+、Q6（飽和）、端2接-。即可完成自動極性的識別，保證充電回路自動工作。</p><p><b>　　4.2 方案二</b></p><p>　　本方案是前期分析的具體實(shí)現(xiàn)，也是比較簡單的一種。</p><p><b>　　電路圖如下。</b></p><p>

12、;<b>　　圖4-2 原理圖</b></p><p>　　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。</p><p>　　電源輸入電路由電源變壓器T、整流橋堆D1，D2，D3，D4和濾波電容C組成。</p><p>　　恒壓電路由電阻R1、R2、電位器RP1、晶體管V1、精密穩(wěn)壓基準(zhǔn)源IC組成。</p>

13、<p>　　恒流電路由晶體管V2、電阻R3、電位器RP2。</p><p>　　充電指示電路由晶體管V3、電阻R4、R5和發(fā)光二極管VL組成。</p><p>　　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電池充電。同時(shí)V3導(dǎo)通，VL發(fā)光。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

14、電壓到達(dá)4.2V時(shí)，R1上電壓降低使V3截止VL熄滅，提醒用戶充電結(jié)束。</p><p>　　綜上所述，為了使設(shè)計(jì)要求更好地實(shí)現(xiàn)，最后選擇方案二。</p><p><b>　　5.單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 整流濾波電路</p><p>　　圖5-1電源輸入部分</p><p&g

15、t;　　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?，DE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購買的是集成整流橋堆，規(guī)格是2A、50V。</p><p><b>　　5.2 恒壓電路</b></p><p>　　在這邊部分電路中使用了TL431。TL431是TL、ST公司研制開發(fā)

16、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。</p><p>　　圖5-2 TL431原理圖&

17、lt;/p><p><b>　　圖5-3 恒壓電路</b></p><p>　　BC電壓可以被精確的調(diào)整到一個(gè)值，再經(jīng)過V2的CE管壓降就得到充電電壓。</p><p><b>　　5.3 恒流電路</b></p><p><b>　　圖5-4 恒流源</b></p>

18、<p>　　流經(jīng)B點(diǎn)的電流經(jīng)過三極管V2，1013被放大，最終提供給手機(jī)電池。調(diào)節(jié)RP2可以調(diào)節(jié)基極電流,由公式</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　就可以由IB調(diào)節(jié)整個(gè)充電電流的大小。</p><p><b>　　5.4充電提示電路</b></p><p&g

19、t;　　圖5-5 充電提示電路</p><p>　　當(dāng)充電結(jié)束時(shí)電池陽極電壓接近4.2V，此時(shí)R1上的電壓降低，使得V3截止，VL熄滅。此時(shí)電池并沒有充滿而是進(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。</p><p&

20、gt;　　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自然的認(rèn)為充電結(jié)束而致使電池充不滿。</p><p><b>　　6.仿真及結(jié)果</b></p><p>　　仿真電路使用ISIS 7 Professional仿真軟件，仿

21、真結(jié)果與設(shè)計(jì)完全要求一致。實(shí)現(xiàn)充電電壓4.2V。</p><p><b>　　7.組裝調(diào)試的內(nèi)容</b></p><p>　　7.1使用的主要儀器和儀表</p><p>　　7．2調(diào)試電路的方法和技巧</p><p>　　組裝時(shí)選用的是11*8cm的PCB電路板，變壓器獨(dú)立放置。一句電路圖從左至右從中間到兩邊依次焊接。由

22、于變壓器獨(dú)立放置所以將變壓器安排在最后焊接。</p><p>　　為了焊接的方便和減少電線的使用在焊接過程中盡量使用引腳連接，最后只使用了三根導(dǎo)線。</p><p>　　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(jī)電池。</p><p>　　調(diào)試分為兩部分，電壓的調(diào)試和電流的調(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)

23、RP2的電阻阻值使得充電電流為200mA。</p><p>　　調(diào)試時(shí)將萬用表接入夾板兩引針再調(diào)節(jié)相應(yīng)電阻使各參數(shù)達(dá)到要求。</p><p>　　8.設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)和方案優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　8.1本方案特點(diǎn)及存在的問題</p><p>　　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

24、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。</p><p>　　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，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。</p><p>　　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。</p&

25、gt;<p>　　8.2改進(jìn)意見及其他設(shè)想</p><p>　　在自動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)出提示信號并且自動斷電，目標(biāo)是智能化自動化。</p><p><b>　　9.設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　在這次的課程設(shè)計(jì)中可謂收獲頗豐，完整一套設(shè)計(jì)做下來，使我感受最深的一點(diǎn)是理

26、論與實(shí)踐存在著不小的差異。正所謂實(shí)踐出真知，這句話真的沒錯(cuò)，實(shí)踐也使我們對知識的掌握更加牢固，使我們對自己的課題做到課外的了解與相關(guān)知識范圍的擴(kuò)大。</p><p>　　記得自己開始時(shí)對自己的課題僅存在課本上的了解，到后來自己學(xué)會了兩套仿真的軟件multisim 與ISIS 7 Professional，還包括制作PCB板的Protel 99 SE軟件，實(shí)際上光是這幾套軟件的熟練的掌握就對自己未來的職業(yè)道路產(chǎn)生深

27、遠(yuǎn)的影響。我想，課程設(shè)計(jì)僅僅是我們對自己專業(yè)走向?qū)嵺`道路的一個(gè)開端，今天的一個(gè)電路板不僅不會是我們電子設(shè)計(jì)的終結(jié)，相反它將我們引入一個(gè)電子創(chuàng)新的世界。</p><p>　　人生的每次成功總是伴隨著無數(shù)默默辛勤的汗水，獨(dú)立將一個(gè)課程設(shè)計(jì)題目完整地做下來，這對平時(shí)缺乏動手能力的我們來說既是一個(gè)挑戰(zhàn)，也是一次難得的鍛煉自我的機(jī)會。在查閱廣泛的資料又得到了同學(xué)的幫助及老師的指導(dǎo)后，課程設(shè)計(jì)得以圓滿完成。課程設(shè)計(jì)中，考驗(yàn)人

28、最多的是在對自己實(shí)際電路的調(diào)節(jié)上。每次的調(diào)節(jié)既要做好理論的分析，又要做好實(shí)物的檢測。在不斷地修改方案不足中，我們逐步地縮小了仿真與實(shí)際電路的差距。</p><p>　　當(dāng)看著自己手中最后的電路板，一種莫名的親切感油然而生。我想：不論最后的實(shí)物是否完美，只要我們抱著一個(gè)認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度和一顆追求完美的心，在歷經(jīng)一個(gè)真實(shí)的學(xué)習(xí)制作之后，我們都是一種成功。我們在課程設(shè)計(jì)中將所學(xué)知識的升華，在實(shí)踐中逐步完善自我。</

29、p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]黨宏社.電路、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與電子實(shí)訓(xùn). [M]北京:電子工業(yè)出版社，2010</p><p>　　[2]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）. [M]北京:高等教育出版社，2006 </p><p>　　[3]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）. [M]北