陕西科技大学课程设计说明书.doc

电力电子技术 课程设计说明书题目： 手机充电器 学生姓名： 齐川川 学 号： 200806040221 院 （系）： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 陈 景 文 2010 年 12月 27 日摘 要锂离子电池是前几年出现的金属锂蓄电池的替代品，它的阳极采用能吸收锂离子的碳极，放电时锂原子变成锂离子，脱离电池阳极，到达锂离子电池阴极。锂离子在阳极与阴极之间移动，电池本身不发生变化。这是锂离子与金属锂电池本质的差别。锂离子电池阳极为石墨，阴极通常为二氧化锂。充电时，锂原子从石墨晶体内阳极表面电离成锂离子与电子，并在阴极处合成锂原子。所以，在该电池中锂永远以离子的形态出现，不会以金属锂的形态出现，因而这种电池被称为锂离子电池。锂离子电池的优点是：工作电压高，一般每节3.6V；体积小、重量轻、能量高；寿命长；使用时，允许温度范围宽；无记忆效应，无环境污染等。本设计中，220V交流电先经过由变压器组成的降压电路降压，二极管整流桥整流后变成直流电，经充电指示二极管和滤波电容对手机电池充电。随着充电时间的增长，电池两端的电压也升高，当发光二极管熄灭时，表示充电已满。10目 录1选题背景11.1设计任务要求11.2指导思想12电路设计22.1总体方框图22.2 工作原理23方案论证23.1方案论述23.2方案选择43.3所选方案论述54电路制作54.1器件选择54.2电路制作与调试65设计体会及今后改进意见65.1体会65.2方案存在问题65.3方案改进意见66元器件清单7参 考 文 献8附录一：原理总图9附录二：元件清单101选题背景充电器通常指的是一种将交流电转换为低压直流电的设备。充电器在各个领域领域中用途广泛，特别是生活领域被广泛用于手机、相机等常见电器。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。1.1设计任务要求 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。 1.2指导思想锂离子电池是前几年出现的金属锂蓄电池的替代品，它的阳极采用能吸收锂离子的碳极，放电时锂原子变成锂离子，脱离电池阳极，到达锂离子电池阴极。锂离子在阳极与阴极之间移动，电池本身不发生变化。这是锂离子与金属锂电池本质的差别。锂离子电池阳极为石墨，阴极通常为二氧化锂。充电时，锂原子从石墨晶体内阳极表面电离成锂离子与电子，并在阴极处合成锂原子。所以，在该电池中锂永远以离子的形态出现，不会以金属锂的形态出现，因而这种电池被称为锂离子电池。锂离子电池的优点是：工作电压高，一般每节3.6V；体积小、重量轻、能量高；寿命长；使用时，允许温度范围宽；无记忆效应，无环境污染等。 锂离子电池的充放电他特性。对于一般500mAh的AA型锂离子电池，单只电池充电电压最好保持在4.1V左右，充电电流通常限制在1C（500mA）以下，否则会造成锂离子电池永久性损坏。在充电时通常采用恒流-恒压方式，即先采用1C以下的恒定电流充电，电池电压不断上升，当升到4.1V时充电器应立即转入恒压方式（4.1V左右），充电电流逐渐减小，当电池充满时，电流降到涓流充电电流。用这种方法大约俩个小时可以充足500mAh的锂离子电池。锂离子电池放电电流不应超过3C（1.5A），单体电池电压不应低于2.2V，否则会造成损坏，一般确定放电终止电压为2.5V。2电路设计2.1总体方框图电 容整流桥变压器整 流滤 波稳 压电 池降 压220V交流电图2-1 充电器总体方框图2.2 工作原理 充电器总体结构如上图所示。220V交流电先经过由变压器组成的降压电路降压，二极管整流桥整流后变成直流电，经充电指示二极管和滤波电容对手机电池充电。随着充电时间的增长，电池两端的电压也升高，当发光二极管熄灭时，表示充电已满。3方案论证3.1方案论述方案一：设计电路图如下所示图3-1 方案一 本方案图中，交流电先经过变压器T1降压，再通过半波整流电路整流变成直流电。后经C1电容滤波、稳压进行充电，最后LED灯闪烁表示能够正常充电。仿真结果如下：图3-2 方案一仿真结果方案二：设计电路图如下所示图3-3 方案二本方案中，电路分为降压、整流、滤波、稳压四部分。交流电先经过T1变压器变压，再经过由四个二极管组成的桥式整流电路整流。变压器T1、二极管D1D4、电容C1构成了全波整流电容滤波电路。滤波部分电路用电解电容C1，C3。C2（数值为0.33）用于滤除输出端的高频干扰。U1代表W78系列的集成稳压器， C4起稳压作用。最后LED灯闪烁表示充电进行。由于仿真软件内无W78系列元器件，此过程无法仿真。3.2方案选择虽然方案一电路过程简单、清晰，仿真软件也容易实现。但是极容易受外界环境的影响，充电过程不稳定。方案二中主要元器件是W78系列的集成稳压器。W78系列输 出输 入123图3-4 W78系列管脚图目前集成稳压管已经成为集成电路的重要分支，广泛地应用于各种电子设备中。集成稳压器具有体积小、重量轻、使用方便、温度特性好和可靠性高等一系列优点。常见的集成稳压器分为多端式和三端式。三端式集成稳压器外部只有三个引线端子，分别接输入端、输出端和公共接地端，一般不需要外接元件，并且内部有限流保护、过热保护及过压保护。三端式集成稳压器分为固定输出和可调输出两种。固定输出又分为正电压输出和负电压输出。W78系列三端式稳压器输出正电压，W79系列输出负电压。一般都分为5V，6V，8V，12V，15V，18V，24V七种，输出电流最大可达1.5V（加散热片）。同类型W78M系列稳压器的输出电流为0.5A，W78L系列稳压器的输出电流为0.1A。上图中，1为输入端，2为输出端，3为公共端。在选取型号时，为了保证集成稳压器工作在线性区，一般要比大35V。经过分析，方案二可行。即选用W78M系列的W7805，电路图简洁明了，且W78系列内部有限流保护、过热保护、过压保护的功能，电路安全、稳定，可达到设计要求（一般锂电池充电要求：电流300mA500mA，电压3.7V4.2V）。3.3所选方案论述由图3-3可知，此方案中，电路分为降压、整流、滤波、稳压四部分。交流电先经过T1变压器变压，再经过由四个二极管组成的桥式整流电路整流。滤波部分电路用电解电容C1，C3。C2（数值为0.33）用于滤除输出端的高频干扰。U1代表W78系列的集成稳压器， C4起稳压作用。最后LED灯闪烁表示充电进行。随着充电时间的增长，电池两端的电压也升高，当发光二极管熄灭时，表示充电已满。显示功能由LED灯完成，过载保护、短路保护由W78系列集成稳压器完成，均可达到设计技术要求。考虑到此方案用于将220V的交流电变成4.2V左右的直流电，电压较低，可以忽略输出端的高频干扰等一些列问题。故简化电路图如下： 图3-5 简化电路图如图3-5所示，交流电先经过T1变压器变压，再经过由四个二极管组成的桥式整流电路整流。C1起滤波作用，W7805起稳压作用。LED灯闪烁表示充电进行。随着充电时间的增长，电池两端的电压也升高，当发光二极管熄灭时，表示充电已满。4电路制作4.1器件选择由设计的电路可得出：变压器选择3VA；整流部分选取整流桥RS507L；C1为10。4.2电路制作与调试电路制作完成后，经测量，电流达到要求。但是由于电路损耗等个方面的原因，电压太小无法达到要求。故，将W7805改为W7806。5设计体会及今后改进意见5.1体会本次课程设计中我学到了很多的东西，主要是学会了利用身边的一切资源，像图书馆、网络等查资料，一点一点分析题目，理清设计的总体思路。再慢慢剖析，确定具体的分部设计，最后得出总的设计图。当然也训练了我的综合思维能力，一种设计要求想出不同的设计方案，经过许多次的调试和修改，最终确定最好、最简单的设计。本次课设我也学会了熟练使用Mulisim软件进行电路的仿真，也发现了此软件的一些缺点，让我清楚的认识到：它只是一种设计的工具，并不能代替设计的主体。最主要的收获是让我学习到了一种分析问题、解决问题的方法。例如仿真软件由于缺陷，有的电路根本无法进行仿真。刚开始我以为是自己的设计有问题，就从原理开始一点一点慢慢检查，最后终于发现了问题的所在。本次课设我深深地体会到：我们在课本中学到的知识远远不能满足我们的需求，需要自己不断努力学习，进步。同时，对于陌生的事物不能胆怯，要赢刃而上，慢慢分析寻求解决思路。当然，在整个过程中细心、认真，是必不可少的。只有不断去努力尝试，不断改进，人才能不断进步，才能获得成功。同时，在制作过程中调试也是一个很重要的环节。分块调试利于迅速查找到焊接错误和改正。当然，如果时间充足，最好的是能够分块焊接分块调试，焊接调试同时进行，利于整个的焊接和最后实物制作的成功。5.2方案存在问题此方案虽然设计简单，结果正确。但是与一般充电器不同的是电源指示和充电指示用同一个LED灯实现，指示不太方便。5.3方案改进意见 当充电时，可以将电池两端的电压通过分压器引入基准电压比较器，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。6元器件清单表6-1 原器件清单器 件数 量3VA变压器1RS507L整流桥110电解电容1W7806三端式集成稳压器1红色LED灯1参 考 文 献【1