毕业设计移动电源的设计与制作.docx

X学 院 X 专业（专科）毕业设计（论文）题 目 便携式移动 电源的设计与制作 姓 名 X 学 号 X 指 导 老 师 X 完 成 日 期 X 教 学 系 X III便携式移动电源的设计与制作摘 要近年来智能手机已经成为我们日常生活中必不可少的工具，尤其在目前4G和WIFI等畅通的网络环境下，智能手机俨然已经成为了生活中的“万能侠”。不过就是这样的“万能侠”也有着致命的弱点：就是“电量不足”，而移动电源的出现恰恰成智能手机的最佳后盾。本文主要完成对移动电源进行硬件和软件设计，涉及到移动电源的制作过程，电路板和外壳的选择、主芯片DW01+和锂电池的介绍以及用Protel99SE绘制电路原理图等。电路板的选择通过用三个方案相比较作为便携式移动电源的电路板，以及对移动电源系统结构框图的设计与绘制。移动电源充电及过充、过放保护电路的设计采用DW01+对电池进行过充、过放保护。DW01+是一个锂电池保护电路，为避免锂电池因过充电、过放电、电流过大导致电池寿命缩短或电池被损坏而设计的，它具有高精确度的电压检测与时间延迟电路。关键词：移动电源 电路板 锂电池 外壳The design and manufacture of portablemobile power supplyAbstractIn recent years, the intelligent mobile phone has become an essential tool in our daily life, This fully shows that the smart phone has become an indispensable tool in our daily lives. Call, listening to music, Internet, watching movies, navigation, Notepad, etc. need to use it, especially in 4G and WIFI open network environment, the smartphone seems to have become a life Getter Robo. But is this Mazinger has a fatal weakness: low battery , which is the smartphone rapid development of a technical bottleneck since precisely the emergence of mobile power into the best smartphone backing. At present many smartphone users, will be equipped with a mobile power, to prepare for contingencies.Keywords: mobile power supply circuit board a shell a lithium battery目 录第一章 绪论11.1移动电源背景11.2移动电源工作原理11.3设计类型与设计任务2第二章 系统方案设计32.1 移动电源的基本构成32.2电路板的选择32.2.1电路板选择方案32.2.2各方案的比较与选择52.3锂电池的选择52.4外壳的选择5第三章 系统硬件电路设计63.1充电管理系统63.2移动电源充电及过充、过放保护电路63.3 DW01+介绍63.3.1 DW01+的主要特点63.3.2内部框图73.3.3管脚排列图73.3.4功能描述83.4产品的制作9第四章 总 结10致 谢11参考文献12附录一 电路原理图13附录二 元件清单14第一章 绪论1.1移动电源背景移动电源，也叫“外挂电池”、“外置电池”、“后备电池”、“数码充电伴侣”、“充电棒”、“充电宝”，有一韩国公司和国内的迈程也给自己的产品起了一个叫“手机恋人”的个性化名字。“移动电源”这个概念是随着目前数码产品的普及和快速增长而发展起来的，其定义就是方便易携带的大容量随身电源。目前数码产品功能日益多样化，使用更加频繁，与我们日常生活的关联也越来越密切。如何提高数码产品使用时间，发挥其最大功用的重要性就更加刻不容缓。移动电源，就是针对并解决这一问题的最佳方案，随身携带一个移动电源，就可以实现于室外随时随地为多种数码产品移动充电。1.2移动电源工作原理移动电源是一个集储电，升压，充电管理于一体的便携式设备。储电介质一般采用锂电电芯，因为锂电电芯体积相对小巧，容量大，市场流通广，价格适中，被广泛用于数码产品中。锂电的电压在2.7-4.2V之间，电压随着电量的下降而下降，而2.7-4.2V的电压是不能直接给其它数码产品充电的，因为数码产品的锂电电压也是2.7-4.2V,同电位的电压之间是不能充电的，所以移动电源向外输出电能时必须要有升压系统，把2.7-4.2V 的锂电电压升压到5V，这样就可以给其它数码产品充电了，如手机，MP4，平板电脑，PSP等。当然，移动电源不是一次性设备，它可以反复使用数百次以上。所以当移动电源电能使用完后，我们必须给移动电源充电。其原理和给手机充电一样。连接到5V的USB电脑接口或USB充电器上即可给移动电源充电。所以移动电源内部还必须有充电管理系统，充电管理系统能根据锂电的电压，自动调节充电电流。过程有：预充，恒压充电，和浮充充电等。如图1所示为移动电源系统结构框图。该系统硬件电路结构比较复杂，主要包括USB输入、适配器输入、电流控制电路、DW01+控制器、断电保护电路、锂电池、过充过放保护电路、5V输出、DC/DC转换器。电流控制电路DC/DC转换器DW01+控制器过充过放保护电路电压采样锂电池适配器输入USB输入断电保护电路5V输出电压放大比较图移动电源系统结构框图1.3设计类型与设计任务本设计为5V低压贴片式移动电源。工作稳定、体积小、便携带、耗能小等优点。由2节1500mAh高性能锂电池并联蓄电；IC2是一个恒定频率峰值电流模式的升压转换器，工作频率1.2MHz；IC1和IC3组成电池保护电路，为避免锂电池因过充电、过放电、电流过大导致电池寿命缩短或者电池被损坏而设计。移动电源的安全性也是一直以来受到人们重视的问题，然而在市场杂乱无章的情况下移动电源的不安全因素也是越来越多的。移动电源一定要具备：短路、过充、过放、恒流、恒压等保护措施。有了移动电源可以解决众多移动设备的电源供给问题，从而彻底解决缺电之苦，使工作和旅游无忧无虑。一般采用锂离子电芯，广泛用于5V的设备。在熟练掌握控制器的基础知识之外，要求完成以下任务：A.内部电池使用18650锂电池;B.充电电路使用降压方式，放电电路可使用升压方式;C.该装置对电池有防止过充、过放及输出断路等保护；D.该装置适用于手机便携充电，成本低、实用性较强、体积小和续航能力强等特点。16 第二章 系统方案设计2.1 移动电源的基本构成移动电源采用锂电池作为中心元件，首先给锂电池充电，因为电池成本比较高，而且为了提高系统的安全性要有一个充电管理系统。当需要给便携式设备充电时，锂电池放电，因为便携式设备普遍输入电压为5V，所以有一个升压系统。2.2电路板的选择2.2.1电路板选择方案方案一5V/12V双路输出，电路板尺寸：73*35*12mm,价格：35元，如图2.1：1.电路板带4个电量显示指示灯，别的电路板一般只带3个，而且这个是发光体的LED，其它电路板是LED灯泡。相对与电路本身的用电量来说，这个板子更节能，更省电。还能更好的显示电池剩余状态。2.电路拥有5V 12V双路输出功能，这是最大的优势。别的电路板一般只有一个5V输出端口。3.本电路板拥有2路输入，2路独立控制、检测功能，而且还自带平衡充功能，当其中一路电池的电压过低，或者过放的时候，会自动停止该电路的对外供电，同时会自动调整另一个电池的电量来进行充电补偿，防止电池过放。图2.1 5V 12V双路输出电路板方案二5V3A输出，尺寸：20*65*10mm，价格：25元，如图2.2：1.板上由一个全彩LED完成充电及电量指示，电量指示：红10%以下，黄10%-30%，蓝30%-50%，白60%-90%，绿90%以上。给移动电源充电时，红灯表示充电，绿灯表示充:满。检测电量则是按一下电量开关后相应颜色亮2秒钟左右。3.3A输出电流不是指移动电源就会输出3A电流给设备充电，3A是指此升压板的最大输出电流，只要接入的设备需求电流在此电流范围内都可以使用，实际输出电流是根据你设备的需要电流而定的。图2.2 5V3A输出电路板方案三DC- 5V 升压电路板，尺寸：33*20*10mm，价格：15元，如图2.3：1.输出电流扩大到额定1A，最大可以输出1.5A，采用2A 的肖特基二极管，余量充值。2.电路转换效率高，效率高的时候超过90%，在单节锂电池的效率最低也大于80%，不像同行有些效率只有60-70% 的效率。3.输入小功率反接保护，如果你电池带有2A 的保护板， 当你输入电源正负极接反后，保护板会保护，注意当没有保护板或者输入电流大于2A ，输入反接保护会失效，会导致模块损坏。4.超低静态电流，静态电流将低于100微安。连接在电池上无需加开关。图2.3 5V升压板2.2.2各方案的比较与选择方案一价格略高，具有双电压输出，并且独立控制输入、输出，还带有4个电量指示。但是体积过大，本移动电源设计只需5V输出即可。方案二价格适中，有全彩LED灯作为电量显示，并且配备了电量显示开关。方案三价格低廉，电路简单，出于制作出产品体积小以及功能性考虑，方便携带。综上所述，决定采用方案三的电路板作为便携式移动电源的电路板。种子中2.3锂电池的选择锂离子电池的优点：工作电压高。锂离子电池的工作电压在3.6V，是镍镉和镍氢电池的三倍。比能量高。锂离子电池比能量已达140Whkg，是镍镉电池的3倍，镍氢电池的1.5倍。循环寿命长。目前锂离子电池循环寿命已达1000次以上，在低放电深度下可达几万次。自放电小。锂离子电池的自放电率仅为6-8，远低于镍镉电池(2530)及镍氢电池（3040)。无记忆效应。可以根据要求随时充电，而不会降低电池性能。对环境无污染。锂离子电池中不存在有害物质，是名副其实的“绿色电池”。如图2.4：图2.4 锂离子电池2.4外壳的选择1.该盒子体积小，质量轻便于携带。2.该盒子是由塑料制成，不会出现短路故障。图2.5香水小布丁移动电源盒第三章 系统硬件电路设计如图3.1为检测硬件框图，其中，主要包括：开始到是否有电压输入然后对锂电池进行保护、开始到是否键入，进行电压采样、然后判断是升压还是终止。DC/DC升压或终止开始是否键入电压采样锂电池充电是否有电压输入 图3.1系统硬件检测框图3.1充电管理系统移动电源电池无电时也需要充电，为了体现移动电源的通用性充电一般设定为5V，目前国内充电管理系统比较成熟，一般电芯电压都是从2.7V到4.2V。3.2移动电源充电及过充、过放保护电路本设计采用DW01+对电池进行过充、过放保护。DW01+是一个锂电池保护电路，为避免锂电池因过充电、过放电、电流过大导致电池寿命缩短或电池被损坏而设计的。3.3 DW01+介绍3.3.1 DW01+的主要特点1.工作电流低；2.过充检测4.3V，过充释放4.05V；3.过放检测2.5V，过放释放3.0V；4.过流检测0.15V，短路电流检测1.0V；5.充电器检测；6.过电流保护复位电阻；7.工作电压范围广。3.3.2内部框图DW01+内部框图3.3.3管脚排列图表 3-2 DW01+管脚描述管脚号符号I/O管脚描述1ODO放电控制FET门限连接管脚。2CSII/O电流感应输入管脚，充电器检测。3OCO充电控制FEL门限连接管脚。4TDI延迟时间测试管脚。5VDDI正电源输入管脚。6VSSI负电源输入管脚。 DW01+管脚排列3.3.4功能描述1.正常条件如果VODLVDDVOCU，并且VCHVCSIVOI1，那么M1和M2都开启（见典型应用电路图）。此时充电和放电均可以正常进行。2.过充电状态当从正常状态进入充电状态时，可以通过VDD检测到电池电压。当电池电压进入到这充电状态时，VDD电压大于VOCU，迟延时间超过TOC，M2关闭。3.释放过充电状态进入过记电状态后，要解除过记电状态，进入正常状态，有两种方法。（1）如果电池自我放电，并且VDDVOCR，M2开启，返回到正常状态。（2）在移去充电器，连接负载后，如果VOCRVDDVOI1，M2开启，返回到正常模式。4.过放电检测当由正常状态进入放电状态时，可以通过VDD检测到电池电压。当电池电压进入过放电状态时，VDD电压小于VODL，迟延时间超过TOD，则M1关闭。此时CSI管脚通过内部电阻RCSID拉到VDD。如果VCSIVOI2，则电路进入断电模式（电流小于0.3uA）。5.释放断电模式当电池在断电模式时，若接入一个充电器，并且此时VCHVCSIVOI2，VDDVODR，M1开启并返回到正常模式。6.充电检测如果在断电模式有一个充电器连接电池，电压将变为VCSIVODL。M1开启并返回到正常模式。7.异常充电状态如果在正常模式下，充电器连接在电池上，若VCSIVCH，迟延超过TOC，则M2关闭。8.过电流/短路电流检测在正常模式下，当放电电流太大时，由CSI管脚检测到电压大于VOIX（VIO1或VIO2），并且迟延大于TOIX（TIO1或TIO2），则代表过电流（短路）状态。M1关闭，CSI通过内部电阻RCSIS拉到VSS。9.释放过电流/短路电流状态当保护电路保持在过电流/短路电流状态时，移去负载或介于VBAT+和VBAT-之间的阻抗大于500K，并且VCSIVOI1，那么M1开启，并返回到正常条件。3.4产品的制作看懂移动电源电路原理图，并购买电路图上所需要的元器件，准备好电烙铁，焊锡丝及必要工具。先将所有元器件插在印刷版对应的位置上，然后进行焊接，焊接前应熟悉各芯片的引脚，焊接时参照电路图，仔细地连接引脚。按照以下原则进行焊接：（1）先焊接各芯片的电源线和地线，这样确保各芯片有正确的工作电压；（2）同类的芯片应顺序焊接，在一片焊接并检查好之后，其他的同类芯片便可以参照电路图进行焊接。这样便可大大节省时间，也可降低出错率。最后接入220V单相交流电，对其进行调试，调试完毕后，制作外壳, 并将整个装置电路安装在外壳中。如图4.1所有原件图：图4.1所有原件图第四章 总 结在本文对便携式移动电源进行研究和设计过程中，首先，我查找网络和书籍各种资料进行对比分析，了解移动电源的基本理论；然后，着重分析了移动电源的工作原理，并学习相关知识与原理；最后，对移动电源进行设计与制作。我在做毕业设计的过程中，遇到了很多的问题，但在指导老师耐心地指导下和同学热心地帮助下，我最终把毕业设计完成了。在此设计中,我学到许多东西,总的归纳起来主要有：本设计要应用到许多有关电子电路等各方面的基础知识,比如说要应用到以前学过的电路基础、电子线路与电路板设计、Protel99SE等相关知识。使得我们在大学三年中学到的知识真正的得到应用和实践,通过此次的课程设计，我明白了移动电源的构成及工作原理，深入理解了移动电源的作用，深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因,他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。致 谢本次毕业设计共经历了两个多月的时间，经过这两个月来的忙碌和学习，本次毕业论文设计已接近尾声，作为一个大专生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，在这里衷心感谢指导老师王鹏远老师的督促指导，以及一起学习的同学们的支持，让我按时完成了这次毕业设计。在毕业论文设计过程中，我遇到了许许多多的困难，在此要感谢我的指导老师给我悉心的帮助和对我耐心而细致的指导，同时还有我院、系领导对我们的教导和关注；感