万能充的设计与制作.doc

目 录1课题名称12设计主体要求及内容13 课题分析与方案论证13.1 方案一23.2 方案二34 各局部电路设计44.1 整流滤波电路44.2恒压电路54.3恒流电路54.4充电提示电路75组装调试106元器件的选择107 设计总结及改进意见107.1本方案特点及存在的问题117.2改进意见及其他设想118 设计心得12参考文献1 课题名称万能充的设计与制作。2 设计主体要求及内容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。 技术要求：能够顺利为锂电池充电，有必要的显示、保护功能，充电电压4.2V，充电限制电压4.5V。 工作要求：独立设计充电器方案，根据本人的方案，购买所需要的元器件和电路板，独立设计并调试正常，要求总投资不得高于20元。3 课题分析与方案论证从课题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。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。3.1 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。图3.1原理图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作。3.2 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。图3.2 原理图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。4 各局部电路的设计4.1 整流滤波电路图4.1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。4.2 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（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。图4.2.1 TL431原理图图4.2.2 恒压电路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。4.3 恒流电路图4.3恒流源流经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 （4.3）就可以由IB调节整个充电电流的大小。4.4充电提示电路图4.4 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。5 组装和调试组装时选用的是11*8cm的PCB电路板，变压器独立放置。一句电路图从左至右从中间到两边依次焊接。由于变压器独立放置所以将变压器安排在最后焊接。为了焊接的方便和减少电线的使用在焊接过程中尽量使用引脚连接，最后只使用了三根导线。为了连接充电器的方便使用了一般万能充都采用的夹板和引针，这样可以很好的固定手机电池。如下图所示（图片源自网络）。图5 夹板和引针实物图调试分为两部分，电压的调试和电流的调试。首先是调节RP1的电阻值使得充电电压为4.2V再调节RP2的电阻阻值使得充电电流为200mA。调试时将万用表接入夹板两引针再调节相应电阻使各参数达到要求。6 元器件选择R1选用3W金属膜电阻器；R2R5均选用1/4W碳膜电阻；RP1和RP2均选用小型线性电阻或可变电阻器；C选用电压值为16V的电解电容；VL选用红色LED发光二极管；V1选用BD137、3DA硅1C或2383型硅NPN晶体管，V2选用BD138、3CA4或1013型硅PNP晶体管，V3选用S9015或3CG120硅型PNP晶体管。7 设计总结及改进意见7.1本方案特点及存在的问题本次设计制作是结合之前学习积累的实际引用，具有典型性，设计思路简单，易于初学者接受，所用元器件都是常用的，达到了设计任务中的要求可以安全的给手机充电器充电。本方案最大的问题就是在充电结束时没有明确的信号，尽管有二极管指示灯但是不能准确的反应充电的饱和程度，当然这也是本方案简单的一个原因。变压器的体积、重量、价格都是本方案中排名第一的，与方案一中的高频变压器相比差距很大，高频变压器体积小，在价格上与使用的变压器相比相差十倍之多。7.2改进意见及其他设想在自动断电功能方面需要有所改进，先进行恒流充电再进行恒压充电当电流达到饱和时发出提示信号并且自动断电，目标是智能化自动化。8设计心得通过这次课程设计，首先使自己在模拟电路实践上获得了很多的经验，无论是理论设计还是焊接。解决问题的第一步是分析问题，在开始理论设计时就能大致找到问题的核心，在脑海中初步构想设计原理图，可以说是先有根据设计需求再去构建电路图。在这之后我有一个感触特别深，那就是理论和实践的差距有时真的很大，在帮助其他同学解决问题是我设计了两个个不同的实践方案，每个方案都能成功仿真，但是实践证明只有一个是可行的，每当实验失败时对信心都是一份打击，有时我开玩笑的用“黔驴技穷”来形容自己，当然最后问题还是成功解决了。我们当中的大多数同学日后都会从事商业活动，无论是工厂矿场还是公司企业，这些组织每时每刻都在创造价值和财富，我个人认为在这个过程中起根本作用的是技术和资本，可以说技术和资本的结合就必然会产生价值，有了技术和资本我们就能生产新的产品开创新的服务，创造更多的社会财富。我们中的很多同学本身没有大量的资本，虽然可以从其他途径获得，但是从结果上来看大多数人还是没有足够的资本，所以在这之前技术是我们必须掌握的。一个社会的理性程度越高那么这个社会就越发达，我们学习了很久的自然科学，掌握了很多先进的科学技术，但是社会学科却跟不上自然科学的发展程度，我们可以在1加1等于几的问题上给出正确的答案，但是在明是非辨真伪上总是得不到令人满意的答案，当以这种不论是非的状态去将技术和资本结合在一起时就会引起很多社会问题，它所产生的价值也是负价值，是文明的倒退，而这也能解释很多社会现象。以上所述的内容是我