多功能充电器毕业论文

1、 毕毕业业设设计计（论论文文）设计（论文）题目 多功能充电器电路设计多功能充电器电路设计 学 院 教 学 系 班 级 姓 名 安安 妮妮 指导教师 2014 年 5 月目目 录录1 1 绪论绪论.1 11.11.1 选题意义选题意义.11.21.2 研究目的研究目的.11.31.3 课题研究范围和技术要求课题研究范围和技术要求.21.41.4 国内外发展概况国内外发展概况.21.51.5 指导思想指导思想.52 2 多功能充电器电路设计多功能充电器电路设计.6 62.12.1 方案选取方案选取.62.22.2 单元电路设计单元电路设计.82.32.3 充电器整机电路充电器整机电路.103 3

2、电路制板电路制板.14143.13.1 P PROTELROTEL电路图电路图 .143.23.2 PCBPCB 板图板图 .154 4 硬件电路制作与调试硬件电路制作与调试.16164.14.1 电路制作电路制作.164.24.2 电路调试电路调试.17总总 结结.1818谢谢 辞辞.1919参考文献参考文献.2020毕业论文11 1 绪论绪论1.1 选题意义选题意义 电能是当今最重要的能源形式,电能使用最方便,适用范围广阔,并且是清洁的.为了节能与用电的便携，本课题将制作一个多用充电器，使它能够更加适应人们的需求，其设计是将 220V 电压转换成 3-6V 直流稳压电源，可以作为小型电器的

3、外接电源，亦可以对 1-5 节镍氢电池进行恒流充电.它由变压器、整流滤波电路和恒流稳压电路等组成，说明了各个电路的工作原理。 随着数码相机、 MP 3 和 CD 碟机等电器逐步进入爱好者手中。 充电电池的使用也更加普及。 对充电器的要求也愈来愈高了。充电器应以实用方便为主，原则要求：可以对常用的 1 4 节镍镉、镍氢和锂电池进行单独或同时充电。互不影响；可以选用多种电流进行充电。以满足不同种类、不同容量电池充电的需要。充电器应具有保护措施。防止过充电；为消除镍镉电池的记忆效应和恢复电池的容量。1.2 研究目的研究目的培养动手能力、分析和解决实际问题的能力、以及工程设计能力和创新意识。通过毕业设

4、计巩固提高已学的技术知识，了解所学专业的发展趋势，能够运用已学内容，与实际工作相结合，同时培养端正的学习态度，严谨的工作作风，以及团队合作精神和良好的安全意识。1.3 课题研究范围和技术要求课题研究范围和技术要求设计指标：（1）设计并制作一台具有放电功能的自动充电器。具有放电完毕自动转入充电状态的功能。（2）充电电流为 500mA。（3）充电电压为 3.2V（每节 1.6V）1.4 国内外发展概况国内外发展概况锂离子电池因高能量密度的特点越来越受到人们的欢迎。但是，再强劲的锂离子电池也有能量耗尽的一刻，只有跟充电器完美的配合，它才能发挥最大潜能。于是，在锂离子电池大放异彩的今天，充电器芯片也得

5、到了越来越多的关注。1、多方面的挑战锂离子电池的容量还在不断地增大。而且，在很多场合中，多节锂离子电池要串联或并联在一起供电。在这种情况下，快速充电能力就成为了衡量充电器 IC 的重要因素。而充电器 IC 的充电速度主要由充电电流来决定，所以各家厂商都在尽力加毕业论文2大充电器 IC 的快充电流。其次，充电器 IC 的效率也是个重要问题。特别是在能源紧缺的大环境下，如何提高充电器的效率就显得尤为重要了。另外，充电器 IC 的灵活性，因为锂离子电池的充电过程是非常复杂的，这就要求充电器 IC 能有相适应的办法。而且，各种终端设备的用电情况也不相同，使得充电器要有很强的适应能力。第四，则是充电的安

6、全问题。近两年内，有关锂离子电池自燃、爆炸的事故经常出现。虽然大多事件跟充电无关，但充电的过程中这个危险也同样存在。过流或过压的情况都会使锂离子电池的温度陡然升高，最后燃烧爆炸。所以，安全性问题是绝对要倍加重视的。最后，充电器的小型化趋势明显，这就同时意味着充电器 IC 在功能更加丰富的同时，继续缩小自己的尺寸。2、活跃的充电器 IC 市场虽然挑战诸多，但充电器 IC 的市场还是非常诱人的。据有关方面统计，中国去年全年就生产了几亿个充电器，而这个数字在今后还会继续增长。所以，各个电源芯片厂家纷纷推出各式充电器芯片。在本年内，就有多款芯片问世。这其中，有Freescale 公司的 MC3467x

7、 系列，Maxim 公司的MAX17005/MAX17006/MAX17015，Linear 公司的 LTC4061，TI 公司的 bq24083等。它们除了具备快速充电，高效率和多重防护能力外，并还有着自己的特点。比如，MC3467x 系列就内置了寄存器，可以根据客户的需求，在生产流程结束时对管脚输出、功能集和充电参数、LED 指示灯进行定制，从而组合成数百种配置，满足多种应用。图1-1是 MC3467x 的简明结构。图1-1 MC3467x 系列内部结构3、精确控制前面提过，锂离子电池的充电过程比较复杂。在充电初期，充电器要以恒定电流充电，直到电池电压达到充电电压限度。该阶段一般能完成60

8、%70%的充电量。然后，电池再以恒定电压进行充电。此恒压值一般处于4.14.2V 之间，电压准确率要在1%之内。此处就是体现充电器 IC 功力的地方，优秀的充电器 IC，其电压准确率都很高。以 MC3467x 系列为例，MC34671和 MC34673在-20+70温度范围内毕业论文3的输出电压精度为0.7%(室温下为0.2%)，在-40+85温度范围内的充电电流精度为5%和6%。精确的电压控制使得电池在不受损害的条件下，可以充至最大电量。这样既延长了电池寿命，又减小了能耗损失。在恒流和恒压充电方式之外，锂离子电池还存在一种充电模式，那就是涓流充电。这种方式存在的原因是存放很长时间的已放电电池

9、可能处于深放电状态，对其进行大电流充电，会造成一定损害。在这种情况下，在进行完全充电过程之前要先来一段时间的小电流充电。对于 MC3467x 系列来说，当电池电压小于涓流模式阈值电压的时候，涓流充电模式启动，芯片以恒流充电电流20%的大小来进行充电。对于充电器 IC 来说，对充电过程的控制是最为重要的。以 MC3467x 系列为例，在最后的恒压充电过程中，当充电电流降至 EOC（充电截至）电流的时候，充电 IC会通过 CHG 信号通知用户电池已充满，但是充电过程并没有终止，芯片会继续输出精确的锂电池充电终止电压4.2V，并对电池电压继续监控，当其低于再充电电压阈值时（负载电流大于恒流充电电流导

10、致电池放电，电压下降） ，充电器会重新发出充电信号，将电池恢复到满充状态。整个充电过程如图2所示。 对于充电器 IC 来说，充电电流是可以设定的。通过调整外接电阻，就可改变输出电流。另外，像 EOC 电流、再充电阈值、涓流充电压阈值也都是可以设定的。这样，就使得充电器 IC 的适应性大为增加。图1-2 充电过程电压曲线4、多重防护对于充电器来说，最容易出现的问题就是错接 AC 适配器，过高的输入电压会损害充电器。为此，很多充电器都调高了可接收的输入电压。如 MC3467x 系列，其能接收的输入电压就为28V。这样就使用户不用担心错接 AC 适配器。当然，防护的重点还是在充电过程中。首先，要防止

11、充电电压超过锂电池额定电压。其次，要防止恒流充电时的电流过大。再次，在大电流充电的场合，充电器毕业论文4要有检测电池温度的电路及温升速度(T/t)电路，若电池达到某一设定温度或温升速度时，会自动终止充电，防止出现不安全情况；为了安全，充电器还设有充电定时器，以防止充电时间过长所带来的损害。对于具体的产品来说，像 MC3467x 系列，其就具有过压保护、超时检测、充电电流热过载保护等功能。并且，这些功能的阈值参数也可以设定，极大方便了用户的调试和使用。充电器 IC 的发展趋势就是精确、安全和小型化。同时，还有更加多的数字技术融入其中。像是 I2C 接口，已经出现在很多芯片其中了。而且，取电方式也

12、从单一的适配器向 USB 兼容方向发展。相信随着微电子技术以及电池技术的发展，充电器IC 还会有更大的发展空间。1.5 指导思想指导思想巩固所学知识，掌握多功能充电器电路的设计方法，培养基本的电子电路分析和设计能力。掌握电子电路制作方法。通过设计多功能充电器电路，对电子电路设计、分析、电路制作与调试有深入理解和掌握。毕业论文52 2 多功能充电器电路设计多功能充电器电路设计2.1 方案选取方案选取多功能充电器电路设计有以下几种方案可以选取方案一：方案一：AT89C51 智能充电器电路智能充电器电路 本方案设计充电器通过单片机进行智能控制，从而实现数字化、智能化、通用化和低功耗.基于单片机 AT

13、89C51 的电动自行车快速充电器的设计,给出系统的工作原理、硬件结构,在充电过程中用单片机控制。该设计具有自动化程度高、运行费用低、工作可靠等优点。如图 2-1 所示。图 2-1 AT89C51 只能充电器电路方案二：方案二： 基于基于 UCC3895 与与 PIC 单片机的智能充电器单片机的智能充电器图 2-2 充电器主电路原理图毕业论文6UCC3895 是 TI 公司生产的专用于 PWM 移向全桥 DCDC 变换控制的新型芯片，可工作于电压模式，也可工作在电流模式下并且可实现输出脉冲占空比从 0 到 100%的相移控制，软启动和软停止可按要求进行调节，PIC 单片机与 UCC3895 共

14、同组成控制器部分，相对于只是用单片机控制器的方式具有响应速度快，控制精度高，软件设简单，运行稳定等特点如图 2-2、2-3 所示基于 UCC3895 与 PIC 单片机的智能充电器。图 2-3PIC 单片机电路图方案三：多功能充电器电路方案三：多功能充电器电路本设计采用第三种方案，该方案框图如图 2-5 所示，本方案设计充电器电路简单，制作容易，成本较低，更重要的是具有放电完毕自动转入充电状态的功能，方便使用，延长电池使用寿命。因此选用本方案。图 2-4 多功能充电器原理框图智能充电器电路主要由三部分组成：电源电路，放电电路以及充电电路电源电路只要用于将生活用电 220V50Hz 的交流电源经

15、电压变压器降为 12V 的交毕业论文7流电经过桥式整流滤波变为 14V 的直流电，再经 7805 型稳压稳压管稳定后作为其他电路单元的工作电源。充电电路则以继电器以及一些智能芯片或者单片机等完成充电过程，而放电电路则用于消除镍镉电池的“记忆效应”记忆效应是指如果电池属镍镉电池，长期不彻底充电、放电，易在电池内留下痕迹，降低电池容量，这种现象称为电池记忆效应。意思是说，电池好像记忆用户日常的充、放电幅度和模式，日久就很难改变这种模式，不能再做大幅度充电或放电。 锂离子电池不存在这种效应。2.2 单元电路设计单元电路设计多功能充电器电路整体分为三部分：电源电路、放电电路、充电电路。1、电源电路设计

16、、电源电路设计（1）电源电路）电源电路单元电路的第一部分主要是将电压转换，供给其他单元电路工作，通过控制电路，控制电流，稳定输出，为后续的充放电电路提供稳定的电压供给。图 2-5 电源电路电源电路包括：电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路、控制电路电源电路只要用于将生活用电 220V50Hz 的交流电源经电压变压器降为 12V 的交流电经过桥式整流滤波变为 14V 的直流电，再经 7805 型稳压稳压管稳定后作为其他电路单元的工作电源。（2）工作原理）工作原理如图 2-4 所示，从变压器送过来的 8-10V 交流电压经由二极管 VD1-VD2 组成的桥式整流电路整流后，在有大容量电容器 C

17、1 滤波，并在此电容器上建立一个 12V左右的不稳定的直流电压。此直流电压作为稳压电路的输入电压从电路的左边输入，由电容器 C2 和电阻 IC27805 组成的稳压电路调整后，从电容器 C3 的两端输出稳定的 3.2V 直流电压。毕业论文82、放电电路设计、放电电路设计（1）放电电路）放电电路消除电池的“记忆效应” ，避免每次充电时造成的电池容量衰减，延长电池的使用寿命。放点电路结束，充电电路开始图 2-6 放电电路（2）工作原理）工作原理放电电路如图 2-5 所示：由运放 IC1-b 及周围元器件组成。放电电流由 R6 决定，一般放电电流为电池容量的 1/5。开始放电时按下 AN2，IC1-

18、b 的“+”端电位高于“-”端，脚输出高电平，VT3 导通，K 吸合，充电电池电压经 R7 加至运放“+”端，维持“+”端电位高于“-”端。同时绿色 LED3 点亮，指示正在放电。随着电池电压的降低，当“+”端电位低于“-”端时，脚输出低于电平，VT3 截止，K 失电释放，并将充电电池接入充电电路。此时放电结束，充电开始。3、充电电路设计、充电电路设计（1）充电电路）充电电路通过控制电路稳定输出恒定电流，当电池端输出高电压时，表示充电结束，此时电路停止充电，避免不必要的电量浪费，实现真正的智能充电。为补偿自放电，使蓄电池保持在近似完全充电状态的连续小电流 充电。又称维护充电 (浮充） 。电信装

19、置、信号系统等的 直流电源系统的蓄电池，在完全充电后多处于涓流充电状态，以备 放电时使用。 毕业论文9是用来弥补电池在充满电后由于自放电而造成的 容量损失。图 2-7 充电电路（2）工作原理）工作原理充电电路如图 2-6 所示，由运放 IC1-a 及周围元器件组成。可调电位器 RP1 通过 R1 接至 5V 稳定电压。调节 RP1 可使 IC1-a 的“-”端提供不同参考电压。运放“+”端与输出端之间接一反馈电阻 R2。同时又经 R3 接至充电电池正极。两只红色发光二极管 LED1、LED2 与 RP2、VT1、VT2、R5 组成可调恒流电路，发光二极管起充电指示和提供基准电压的双重作用。开始

20、充电时按下 AN1，运放输出低电平，恒流电路工作。由于电池电压低于运放“-”端设置的电池充满终止电压，故运放保持低电平输出，充电继续进行。随着电池电压的升高，当 IC1-a“+”端电位升至大于“-”端时，运放输出高电平，恒流电路停止工作，充电结束。电阻 R2 的作用是在充满临界状态时加速状态转换并锁定此时状态，即使电池电压降下来也保证不重复充电。VD5使在停止充电时，VT1、VT2 能更可靠地截至。2.3 充电器整机电路充电器整机电路充电器整机电路如图 2-8 所示，为保证电池放电结束可靠地转入充电状态，应在按动 AN2 时也按下 AN1 使恒流部分一直处于工作状态（此时由于无充电回路，故耗电

21、很小）这样只要 K 释放复位，电池立即被充电。对新电池进行充电，由于不用放电，故只需按一下 AN1 直接进入充电状态即可。对于打算长时间不使用的充电电毕业论文10池，应放电完毕后收藏。此时按一下 AN3，使 IC1-a 输出高电平，恒流电路不工作，然后再按 AN2 放电即可。对于因”记忆效应”而容量减少的充电电池，应循环充、放电 3-4 次，这样基本能达到标称容量。注：VD1VD6：可选用 1N4001 IC1：可选用 LM358 或 TL082（图中元器件取值按一次充两节电池计算）图 2-8 整机电路图毕业论文113 3 电路制板电路制板电路制板采用 Protel99SE 专用软件。早期的

22、PROTEL 主要作为印制板自动布线 工具使用，运行在 DOS 环境，对硬件的要求很低，在无硬盘 286 机的 1M 内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的 PROTEL 已发展到 DXP 2004，是个庞大的 EDA 软件，完全安装有200 多 M，它工作在 WINDOWS95 环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、 模拟电路与数字电路 混合信号仿真、多层 印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件 设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（

23、客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的 文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL 等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB 的 100%布通率。在国内 PROTEL 软件较易买到，有关 PROTEL 软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL 的软件功能或者下载 PROTEL99 的试用版，可以在 INTERNET 上。Protel 制版过程：1、利用原理图设计工具绘制原理图并生成网络列表。2、画出非标准的自定义元器件封装库。3、设置 PCB 设计环境绘制印刷电路的板框等。4、布置元器件封装的位置，并进行布线规则设置。5、最后进行

24、自动布线和手动调整。3.1 Protel 电路图电路图毕业论文12图 3-1 多功能充电器电路图3.2 PCB 板图板图图 3-2 多功能充电器 PCB 图毕业论文134 4 硬件电路制作与调试硬件电路制作与调试4.1 电路制作电路制作元器件选择：元器件选择：运放 IC1 可选任何型号双运放，如 LM358、TL082 等；IC2 为三端稳压器7805（必要时加散热器） 。变压器选 10W 左右的优质变压器，次级电压为8V10V。VT1 为小功率 PNP 管，如 9012；VT2 为中功率或大功率 PNP 管，如 CD511等，最好是塑封，便于安装，当然用一只达林顿管代替 VT1、VT2 更好

25、。K 为 12V 小型继电器，如 4098。AN1AN3 为小型轻触按钮，其余元件无特殊要求。制作过程1、制版、制版利用 protel 软件，绘制线路板，布线。2、焊接、焊接制板完成后，焊接上所有的元器件及部分连接线。1）操作前检查 （1）把电烙铁插头插入规定的插座上，检查烙铁是否发热. （2）已经氧化凹凸不平的或带钩的烙铁头应更新的:可以保证良好的热传导效果；保证被焊接物的品质。如果换上新的烙铁嘴，受热后应将保养漆擦掉，立即加上锡保养。烙铁的清洗要在焊锡作业前实施，如果 5 分钟以上不使用烙铁，需关闭电源。海绵要清洗干净不干净的海绵中含有金属颗粒，或含硫的海绵都会损坏烙铁头。 （3）检查吸锡

26、海绵是否有水和清洁，若没水，加入适量的水（适量是指把海绵按到常态的一半厚时有水渗出，具体操作为：湿度要求海绵全部湿润后，握在手掌心，五指自然合拢即可） ，海绵要清洗干净，不干净的海绵中含有金属颗粒，或含硫的海绵都会损坏烙铁头。 （4）人体与烙铁是否可靠接地，人体是否佩带静电环。 2）操作注意事项（1）电烙铁不要选功率太大的。（2）仔细清理焊锡,不要短路、虚焊、漏焊并用镊子轻微修正引脚之间距离,保持平均。（3）焊接时一定要对准原来的位置不要偏。（4）焊接完成后观察焊点状况是否良好，要用万用表检测焊接是否有效。3、组装、组装毕业论文14将制作好的电路板与元器件焊接、组装、连接。4.2 电路调试电路

27、调试1）实验电路板做成电源电路、放电电路、充电电路，根据工程上的可操作性布置芯片、元件、导线等。在焊接过程中，由于经验不足多次发生虚焊或者相邻焊点接触导致短路等事故，也有被电烙铁烫伤的事发生。制作的第一块板时一开始测试时不能工作，又由于没有稳压电源而不能检验。把 3 节干电池制成 4.5 伏电压源，又用万用表逐点排查，原来有虚焊的点。找出原因后并排斥故障后，电路板正常工作。 2）电源电路调试：输入供电电源，测试变压、整流、滤波、稳压输出的波形，电源输出稳定，符合设计参数。3）放电电路调试：以稳压电源代替充电电池并调至 2V（每节电池放电终止电压约为 1V） 。调节 RP3 使 IC1-b 刚好

28、输出低电平，此时 K 应由吸合转为释放。4）充电电路调试：用数字表监测 IC1-a“-”端电压，调 RP1 使其为 3.2V 即可（每节电池充满时电压约 1.6V） 。由于使用情况不同，不同电池充满时电压也不尽相同，最好以标准充电电流充 14 小时，在充满前测一下电池电压，以此电压作为充满时的转折电压比较准确。调节 RP2 可改变充电电流大小。电阻 R5 决定了最大充电电流，一般可按公式 R5=（3.2-1.2）/Imax 取值，其中 3.2V 为 2 只 LED 的压降，1.2V 为两管 b、e 结压降，按电路图取值，最大充电电流约 500mA。5）完成多功能充电器的联调，注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。毕业论文15总总 结结 随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中