手机恒流充电器

1、江苏城市职业学院通州办学点 手机恒流充电器江苏广播电视大学五年制(高职)毕 业 设 计设计课题:手机恒流充电器 学 校 江苏城市职业学院通州办学点 年 级 2004 级 专 业 电子与信息技术 学生姓名 仇 杰 华 学 号 0436074125 指导教师 王 秋 香 职称 讲 师 目 录摘要-3一、需求分析-4二、设计任务及要求-41、手机充电器的工作流程-42、手机充电器的要求-4三、方案设计-41、总体框图-4四、硬件设计-41、电源电路-4（1）桥式整流电路-4（2）电容滤波电路-52、恒流恒压源电路- 5 （1）LM317管脚的排列方法及主要特性-63、LM358比较电路-6 4、单向

2、可控硅 -7（1）可控硅元件的结构 -7（2）工作原理-8五、整机电路及工作原理 -81、整机电路电路图-92、整机电路工作原理 -10六、元器件选择与组装调试 -101、使用主要仪器及工具-10 2、元件选择与调试-103、元件清单 -11七、设计小结 -11八、主要参考文献 -1213 摘要随着社会的进步，科学的提高，尤其是手机的普及，手机的更换速度也加快，为了更好的使用它，维护它，所以需要给手机选择合适的充电器。其中以锂离子电池最普遍，锂电池是以金属锂或锂物质为负极、利用化学反应而产生电能的电池。本文采用的是最普遍锂离子电池，采用了两阶段快速充电控制方式。第一阶段采用恒电流充电，第二阶段

3、采用恒电压充电方式为锂离子电池充电。关键词：电源 手机充电器make a summary:First, the abstract along with society's progress, the scientific enhancement, the handset popularization, the handset replacement speed also speeds up in particular, in order to better uses it, maintains it, therefore needs to give the handset choice

4、 suitable battery charger.In which is most common by the lithium ion battery, the lithium battery is take the metal lithium or the lithium material as the cathode, produces the electrical energy battery using the chemical reaction.This article uses is the most universal lithium ion battery, has used

5、 two stage quick charge control mode.The first stage uses the continuous current charge, the second stage selects the permanent voltage charge method for the lithium ion battery charge.Key words: Power source handset battery charger一、需求分析锂离子电池具有较高的能量重量比和能量体积比，无记忆效应，可重复充电次数多，使用寿命较长，价格也越来越低。它的这些特点促进了便

6、携式产品向更小更轻的方向发展，使得选用单节锂离子电池供电的产品也越来越多。锂电池充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压，从而保证电池安全充电。增加其它充电辅助功能是为了改善电池寿命，简化充电器的操作，其中包括给过放电的电池使用涓流充电、电池电压检测、输入电流限制、充电完成后关断充电器、电池部分放电后自动启动充电等。 二、设计任务及要求所有手机充电器其实都是由一个稳定电源（主要是稳压电源、提供稳定工作电压和足够的电流）加上必要的恒流、限压、限时等控制电路构成。本文总体设计分为4大模块设计，即电源电路、恒流源、恒压源和电池电压检测控制。 1、手机充电器的工作流程一般为：(1) 检测电池的电压，

7、如果低于一个阈值电压，就要进行涓流充电；(2) 电池充到一定电压（一般设置为2.9V）时，进行全电流充电；(3) 当电池电压达到预置电压（锂离子电池一般为4.2V）时，开始恒压充电，同时充电电流降低；(4) 当电流逐渐减小到规定的值时，充电过程结束。2、手机充电器的要求: 宽范围AC输入或多国电压可选；具备限流保护，电流短路与反充保护线路设计；体积小、重量轻；自动、快速充电，充满电后自动关断等等。另外，有的充电器还有自动识别锂离子、镍氢、镍镉电池组；具有放电功能；LED充电状态显示；低噪声；模拟微电脑控制系统等特点。三、方案设计1、总体框图四、硬件设计1、电源电路（1）桥式整流电路将交变电流变

8、换成单向脉动电流的过程叫做整流。实现这种功能的电路称为整流电路或称整流器。二极管具有单向导电的特性，当二极管加正向电压时，二极管导通其正向电阻很小；当加反向电压时，只要不引起反向击穿，二极管截止。呈现很大的电阻。这样，二极管就相当于一个开关，整流电路就是利用二极管的这种开关特性构成的。 单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路如图1所示。再分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关应用，具有单向导电性。根据图2电路图可知：当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上可得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周

9、经过合成 ，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形见图2所示。 图1 桥式整流电路 图2 桥式整流波形（2）电容滤波电路桥式整流电路输出的是脉动直流电，其极性方向虽然不变，但它的大小量值是波动的。为了获得平滑的直流电，需要在整流电路和负载之间接入能够把直流电中的脉动成分滤掉的电路。电容器滤波电路是以一定容量的电容器作为滤波器件的一种滤波电路。在实际应用中，这是一种最简单、最常用的滤波电路。2、恒流恒压源电路本电路采用LM317可调稳压器作为由恒流充电转为恒压充电，使稳压电源电路变得十分简单，见图3。LM317的输出电压范围为1.2537V连续可调。LM317的脚和脚分别为输出

10、和输入端。脚为调整端。在、脚之间接上电阻R3后，可以得到1.25V的基准电压，并且该基准电压是不变的。R3取值一般为120240。假如脚接地，脚输出电压便是1.25V。如果要得到高于1.25V的输出电压，只要在脚与地之间接上电阻R2（见图3）改变R2的阻值便可改变脚输出电压的大小。LM317的输出电压Vo决定于R2与R3的比值，即Vo=1.25×（1R2/R3）。图3选定的R2与R3的大小，是为了输出3V、6V电压大小而设计的。开关S1打向上端时，R2接地，输出3V；S1打向下端时，R2、R3串接后接地，输出6V。这里R2与R3串接的目的，是为了防止开关S1触点接触不良时，输出电压增

11、高及防止稳压器内部损坏。 图3 恒流恒压充电电路(1)LM317管脚的排列方法及主要特性稳压电源LM317的三个脚的排列参见图4。 图4 LM317的管脚图排列LM317主要特性：该芯片是集成的稳压芯片，用于正电压调压器，其额定电压的选择只需要一个电阻性的分压器，简单易用。主要特性如下：· 输出电压范围：1.2到37V · 输出电流可超过1.5A · 0.1的输入和负载调节率 · 用于高电压的浮动运行 · 全系列保护：限流、热断开和SOA控制。 3、LM358比较电路本电路采用LM358作为比较电路，内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的

12、双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。根据所给的元件，我们要想电压比较稳定，可以利用LM358来设计，电路如图5所示，利用LM358来进行电压比较，当充电时因W使得电阻阻值小，所以V->V+，则输出端为低电平。当电充满时因W使得电阻阻值很大，所以V-<V+，则输出端为高电平，电路中R7、R8为分压电阻，R6构成电压取样值，取样的值大小可通过W来调节，通过调节可使电路达到最佳工作状态，绿色发光二极管指示工作状态，充电时

13、亮，电充满时不亮。图5 比较电路 4、单向可控硅晶闸管又叫可控硅，有阳极、阴极和控制极，其内有四层PNPN半导体，三个PN结。控制极不加电压时，阳极（+）、阴极（-）间加正向电压不导通，阴极（+）、阳极（-）间加反向电压也不导通，分别称为正向阻断和反向阻断。阳极（+）、阴极（-）加正向电压，控制极（+）、阴极（-）加一电压触发，可控硅导导通，此时控制极去除触发电压，可控硅仍导通，称为触发导通。要想关断（不导通），只要电流小于维持电流就行了，去除正向电压也能关断。在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称“死硅”）更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。可控硅元件的结构

14、不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。见图6。它有三个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的P1层引出阳极A，从N2层引出阴极K,从P2层引出控制极G,所以它是一种四层三端的半导体器件。 图6 可控硅结构示意图和符号图工作原理可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管组成，其等效图如图7所示图7 可控硅等效图  当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=2

15、ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=1ib1=12ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表状态条件说明从关断到导通1、阳极电位高于阴

16、极电位2、控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通1、阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流两者缺一不可从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位2、阳极电流小于维持电流任一条件都可五、整机电路及工作原理 1、整机电路电路图 2、整机电路工作原理锂离子电池的充电过程分两个阶段进行,首先用恒流充电到4.2V+0.05V,即转入4.2V+(-)0.05V恒压的第二阶段充电,恒压充电电流会随着时间的推移而逐渐降低,待充电电流降到0.1CmA时，表明电池已冲到额定容量的93%或者94%，此时即可以为基本充满，如果继续充下去，充电电流会慢慢降到0，电池完全充满。恒流充电率为0.1CmA到1.5C

17、mA(CmA：当电池额定容量为1000mAb时，则1.0CmA充电率表示充电电流为1000CmA;1.5CmA充电电流为1500mA，以次类推)。标准充电率为0.5CmA，约需2小时可将电池电压（放电到3.0V的电池）充到4.2V，再转入恒压充1小时左右，即可结束充电。整个充电过程约需3小时，当充电率为105CmA时，第一阶段的充电时间只约需1/2小时。 该充电器主要由恒流源、恒压源和电池电压检测控制三部分组成。其工作原理为：当待充电池装入电池盒后，闭合开关，市电经电源变压器降压为12V左右，再经桥式整流、滤波后获得约8V左右的直流电压。装入备充电池，由IC1构成的恒流源经继电器的常闭触点向电

18、池进行恒流充电，使备充电池的电压逐步上升。当电池被充电的电压逐步上升到约4.2V时，此时电压通过取样电阻R6送入电压比较器IC3的同向输入端3（5）脚，由于电压比较器的反向输入端2（6）脚已被设定为4.2V,所以两电压进行比较后，在输出端1（7）脚输出高电平，经过R7、R8分压、稳压二极管ZD2，送入可控硅的触发端。此触发电压应高于3V,若低于3V,则不能触发，ZD2不导通，若高于等于3V,则ZD2导通，这样防止误触发。继电器J得电吸合，串在阳极回路中的得电吸合，从而使J-1的原常闭触点断开，常开触点闭合，这样备充电池自动转为由IC2组成的恒压源进行第二阶段的恒压充电， IC2输出电压为稳定的

19、4.2V,由调节R2获得。由于在从恒流转入恒压充电时，电池的电压又会有所下降，但由于可控硅触发后的自保持特性就可消除这一影响。A点电压逐步上升到4.2V时，通过R6送入IC3的同向输入端3（5）脚，与反向输入端2（6）脚的电位相比较后，又会转为输出低电平，通过R7、R8分压。 若分压后所得电压大于3V,则可触发可控硅的控制极，可控硅导通，串在阳极的继电器继续得电吸合，从而进入第二阶段的恒压充电。 ZD2和C5的作用是消除误触发，D5的作用是当意外情况使得LM317的3脚电压比2脚电压还低的时候，防止电池电流倒流而损坏IC1.该电路专门设计了二套指示发光电路，在第一阶段恒流充电时LED2绿色灯亮

20、，当转入第二阶段恒压充电时LED1红色灯亮，可分别选用不同颜色的发光二极管，以示区别。 六、元件选择与组装调试1、使用主要仪器及工具：电烙铁，万用表, 毫伏表、电路板、各种工具一套及元器件若干（见元件清单）。2、 元件选择与调试：（1）元件的选择电源变压器T的次级电压为12V，输出功率根据设定的第一阶段充电电流大小而定。IC1、IC2用可调三端稳压集成电路LM317，恒流源的电流大小由R1的阻值大小决定，其电流大小的计算方法为：1.25V除以R1的阻值，电阻R1的功率应2W，本文选用的阻值是1.8欧姆，恒压源电压的高低由R2和R3的比值决定。按LM317使用手则的推荐，R3的阻值在120欧姆2

21、20欧姆之间选取，电压高低的计算方法为：1.25(1+R3/R2)。IC3应选用多圈精密可调电阻。继电器选用工作电压为12V，且触点电流较大的；以减少接触电阻，本文选用的是8A的。可控硅SCR选用小电流的单向可控硅，本文的型号为MCR1008的1A单向可控硅。D1D5应选用工作电流大于3A的二极管。另外，因第一阶段的充电电流较大，充电器输出到电池座的导线应选用稍粗的，以减少因导线内阻引起的电压降而影响控制电压的精度，同样，电池座与电池也应接触良好。在设计电路板时，应注意区分IC1、IC2的引脚（见图4所示）。IC1、IC2应加足够大的散热片，如两者共用散热片时，其中一个应加绝缘片，建议加在IC

22、2上，理由是IC1工作时发热量较大，加绝缘片会增加热阻，影响散热效果。为了减少IC1、IC2与散热片的接触散热，接触面应加散热硅脂。因LM317的散热板与输出端内部是相连的，所以散热片应独立绝缘。（2）调试用万用表测试IC3的2、6脚电压，调整W，使电压为4.2V，初步调好比较电压值，给IC2的输出端接上47欧姆的假负荷，测量IC2的输出端的电压，调整R2，使电压为4.2V。接着，断开电源，接上R7，断开假负荷，接上待充电电池。然后接上电充电器装好后，先断开R7，接上电源用数字万用源，这时充电器给电池进行恒流充电。为确保比较电压点精确，应分别测量电池两端的电压和电压比较器采样点A点与IC3第4脚之间的电压，A点的电压值，减去电池两端的电压值即为导线的电压降值，再调整W，使IC3的