手机充电器的设计与制作【毕业设计-开题报告-文献综述】

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本科毕业设计

文献综述

电子信息工程手机充电

器的设计与制作

前言

随着人们生活水平质量的提高，手机，作为人们必不可少的日常生活用品之一，也越来越普及。然而，在使用手机的过程中，相信有很多人曾经遇到手机没电却没有地方进行充电这种情况，从而引起使用上的不便。因此，如何解决手机“应急”充电，已经成为一个重要问题。

与此同时，随着环境污染、生态破坏、资源枯竭等问题日益严重，太阳能作为一种可持续、无污染的新生能源已经被越来越多的人所重视。太阳能作为一种可再生能源逐步在各个领域得到广泛应用，若能以太阳能电池组件为基础，设计出成本低廉的太阳能手机充电器，直接完成太阳能辐射到电能转换，必然会为个人移动通信带来极大的方便。太阳能手机充电器，因此进入了人们的视线。

本次设计，就是利用太阳能，通过设计电路，太阳能由太阳能电池板转换成电能，经过升压电路、稳压电路、充电电路后达到手机电池充电要求，直接为手机电池充电。做到只要有阳光光照的地方，就可以随时随地的为手机充电。

主题

1 、手机充电器的发展

自从有了手机，就有了手机电池充电器，充电器也是随手机以其搭配购买的。

最初的充电器搭配是两个，既传统的“两电两充”，其中一个是与手机插接的直冲，另一个是装入电池的座充。直冲与座充充电时对充电电压要求不一样，直冲的输出电压时 5V，座充的输出电压是 4. 2V。充电电流一般都在 100- 500mA之间。

而由于手机品种繁多，充电接口和电池大小不一，导致充电池各不相同，一旦充电器损坏或遗失，就很购买到相配的充电器。针对这种情况，万能充电器也

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就应运而生了。万能充电器是通过调整输出电源接触点，用夹钳夹住电池已达到给不同大小的手机电池充电的目的。但该充电器也有几个缺点，每次充电都要调整触点，对位比较困难，触点与电池接触容易松动脱落。

国际上针对充电器的质量问题和资源浪费问题，开始对充电器做出各种规范，我国也从2007 年 6 月开始对手机充电器执行统一接口的新标准。新标准规定每一款充电器都必须带有统一标准的USB 接口。但是不同的手机的数据接口各不相同，导致市场上出现了林林种种的数据线和转换接头。因此，欧洲于2009 年制定了新的充电器标准。

但是，即使统一了充电器与手机的接口，但手机电池的大小确实不可能统一的，所以万能充还是有很大的市场空间。而万能充电器技术也出现了一些新的动向。

无线充电器：利用电磁波感应原理进行充电，在发送和接受端各有一个线圈，发送端线圈接连电源产生电磁信号，接收端线圈感应发送的电磁信号产生电流给

电池充电。但无线充电器价格昂贵，普遍推广纯在现实问题。

太阳能手机充电器，即本次设计内容，将光能转换成电能为手机电池进行充电。2、太阳能手机充电器的原理及发

展

太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置，目

前处于主流的是应用光电效应原理工作的太阳能电池，其基本材料是以半导体。

当 P-N 结受光照时，样品对光子的本证吸收和非本证吸收都将产生光生载流子，即引起光伏反应，产生一与 P-N 结内建电场方向相反的光电电场，其方向由 P区指向 N 区。赐电场使势垒降低，其减少量即为光生电势差，P 端正，N 端负，

由此产生的结电流由 P 区流向 N 区，形成单向导电，发挥与电池一样的功能。

简易形式的太阳能手机充电器包括以下两种：1 ）直接充电器：直接充电器部分采用钱包式，不封采用硬盒式。其特点是将光电池产生的电直接疏导手机中，结构非常简单，但存在一定的安全隐患。2 ）经过整流的太阳能充电器：其特点是将光电板产生的电能首先经过重处理以后才输入到手机电池中。这个电路对手机起到一定的保护作用。

而太阳能手机充电器经过不断地改善发展，目前已经形成比较完善的太阳能文档下载后可复制编辑

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手机充电器。这类充电器功能比较完善，性能也比较出众。它弥补了太阳能的不足，普遍采用内置充电电池的办法解决无日光石无法充电的不足。当日光较弱或这阴雨天气，太阳能电池板输出的电能无法满足电池雪球，就利用存储在蓄电池中的电能对手机电池进行充电。同时这类充电器采用了比较完备的充电控制电路，在电池充满电视自动停止充电，对手机的保护大为提高。3、太阳能手机充电器的设计思路

经过近几年的发展，目前市面上已经有许多形形色色的太阳能手机充电器，但终其基本原理，都是大同小异的。太阳能经过太阳能电池板转换成电能时，由于太阳光的变化较大，电池板内阻较高，因此输出电压不稳定，输出电流较小，故需要用充电控制电路将电池板输出的直流电压变换后给电池充电。当光线适宜时，直接通过电池板吸收太阳光，将光能转化成电能；当光线不好时，电池板输出电压较低，达不到充电电路的工作电压，要应用升压电路、稳压电路，为充电器提供一个叫稳定的工作电压；当阴雨天气、夜晚等光线条件很差时，利用系统内部的蓄电池并通过升压电路为手机充电。

而充电器的充电控制电路主要是基于两方面设计的：基于单片机的和基于芯片的。

基于单片机（如 51 系列单片机89C51）的太阳能充电器是以太阳能电池板为能源核心对硬件电路进行充电，控制电路以单片机为核心，整个系统由电源交换电路、采样电路处理器、脉宽调制控制器和电池组成。系统对数据的采集及处理都由单片机实现。单片机最小系统的核心部分包括单片机芯片、振荡电路及复位电路。太阳能电池板对单片机进行供电，单片机通过脉宽调制（PWM）对手机电池充电进行智能控制：通过采样电路实时太阳能电池板的输出电压和电路以及电池的充电状态，通过PWM 方式控制供电电流的大小，并采用一定的算法寻找最大功率点以提高能量的使用率。而PWM 控制部分是由单片机输出的PWM 波通过控制电路实现的，主控制器和它采用中断的方式进行通讯，控制其增大或减小脉宽。

基于芯片的以芯片 ICR 1211 为例。ICR1211 内含振荡器、PWM 控制电路、基准电压电路、基准电流电路、错误检测电路、保护电路以及低压自锁电路，是一款低纹波、高效进步式直流变换器件。一般情况下，充电器有两个供电电源，

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及太阳能电池板和一个蓄电池，两个供电电源可单独供电。利用二极管及指示灯只是光线强弱是否可用电池板冲电及防止蓄电池通过电池板放电。当芯片外接限流型充电电源和 P 沟道场效应管，可以对电池进行安全有效的快充：在不使用电感的情况下，达到很低的功率耗散，可以实现预充电，具有过压保护及温度保护功能，其浮充方式能够使电池容量充至最大。并且芯片可自动检测充电电源即太阳能电池板，当电压不足够给电池充电时，可自动关断以介绍电池的漏电。4、小结

本次设计旨在研究出简单、可靠的太阳能手机充电器，以备外出或无电源可充电时而对手机没电在使用上引起的不便，也让大家更加的了解太阳能。在21世纪，太阳能必将成为最实用的新生资源之一，为地球环境的保护、资源的可持续发展贡献一份力。而太阳能手机充电器也将由于其具有节约能源，结构简单，便于携带，实用灵活等特点，必将会得到人们更多的关注。

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[ 参考文献]

[ 1] 李时东. 简易太阳能手机充电器[ J ] . 中国科技信息, 2007 年 04 月.

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[ 3] 阎石. 数字电子技术基础（第 4 版）[ M] 北京高等教育出版社, 1998 年 11 月. [ 4] 赵云丽, 宋振灿. 太阳能手机充电器的设计[ J ] . 电子质量, 2009 年 4 月.

[ 5] 宋振灿, 邹继军. 太阳能充电器的设置[ J ] . 湖南农机, 2009 年 7 月.

[ 6] 吴财福, 张健轩, 陈裕凯. 太阳能光伏并网发电及照明系统[ M] . 科学出版社, 2009 年 11 月.

[ 7] 杨金换, 于化丛, 葛亮, . 太阳能光伏发电应用技术[ M]. 电子工业出版社, 2009 年 7 月.

[ 8] 李春娇, 杨金明. 太阳能手机离子电池充电器的研究[ J ] . 电源世界, 2007 年11 月.

[ 9] 蒋鸿飞, 胡舒婷. 绿色能源—太阳能充电器[ J ] . 上海应用技术学院报, 2007 年 2 月.

[ 10] 吴慧峰, 太阳能充电器[ J ] 电子科技, 2005 年 10 月.

[ 11] 冯显争, 李训铭. 智能型太阳能充电电路的设计[ J ] . 东南大学学报, 2008 年11 月.

[ 12] 李群芳, 张士军, 黄建. 单片微型计算机与接口技术（第 2 版）[ M].北京电子工业出版社, 2005 年 1 月.

[ 13] 吕丽红, 便携式太阳能充电器的研究与设计[ J ] . 科技风, 2009 年 16 期. [ 14] ( 德) St ef an Kr aut er , 王宾（译）. 太阳能发电- 光伏能源系统[ M] . 北京. 机械工业出版社, 2008 年 12 月.

[ 15] 杨帮文. 实用电源电路集锦[ M]. 北京. 电子工业出版社, 1998 年6 月. [ 16] 陈大钦. 电子技术基础( 模拟部分教师手册) [ M]. 北京高等教育出版社, 2000 年 7 月.

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的设计与制作

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着经济社会的发展，手

机已经成为人们交流必不可少的生活用品之一了。

从最初的黑白屏机，到后来得彩屏机，再到现在的智能机，手机经历了很多的发展。

而手机充电器，从有了手机以来，也随之一起产生了，一般都会随机配备。

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做够的电流）加上必要的恒流、限压、限时等控制电路构成。和手机一样，手机充电器也经历了很多发展。到现在为止，主要有以下几种：1、座式充电器。座式充电器携带方便，使用便利。一般分为两相固定插脚和两相/三相可变插脚。其功能主要取决其使用的智能芯片I C。目前I C 已经发展到第三代，经过前两代I C 的改进，使用第三代 I C 制造的座式充电器功能较为完善，可直接被手机使用充电。

2、旅行充电器。旅行充电器体积小巧、便于携带。其接口线是固定在变压器或者将变压器和接线分开。变压器和接线分开的旅行充电器只需简单的更换接口线就可以为不同型号的手机充电。并且，旅行充电器一般都设有防过载保护电路。

3、车载充电器。车载充电器用汽车点烟器作为电源直接为手机充电。提高电压较低，车载充电器内部只需有过载保护电路即可。

4、太阳能手机充电器。利用太阳能转化成电能直接对手机进行充电。

而使用手机的人都有过这样的经历，外出时手机电池突然没电了，因充电器不

在身边或者找不到可以充电的地方，影响了手机的正常使用。而太阳能手机充电器

只要在有阳光的地方利用USB 接口就可以对手机进行充电。而另一方面，太阳

能无污染、资源充足也为太阳能手机充电器的发展打下了很好的基础。

近年来，环境污染、生态破坏、资源枯竭等问题已经日益严重，寻找一种可持续、无污染的新能源已经被越来越多的人重视。世界各国也竞相实施了可持续发展的能源政策。显然，太阳能，由于其无污染、来源充足、利用简单等因素，成为近年来最受瞩目的新资源之一。

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太阳能运用从最初的“晒太阳”获得热能到现在已经拓展到更深更广的层次，利用太阳能板，将太阳光的辐射能量收集起来，转换成热能、电能、动能等。近几十年来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。而其中，太阳能提供的光伏发电，因其具有安全可靠、无污染、无需消耗燃料、无需机械转动部件、故障率低、维修方便等独特点, 正受到各国的普遍重视。太阳能电池也越来越被人们关注。

太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置，目

前处于主流的是应用光电效应原理工作的太阳能电池，其基本材料是以半导体。

当P- N结受光照时，样品对光子的本证吸收和非本证吸收都将产生光生载流子，即引起光伏反应，产生一与 P- N 结内建电场方向相反的光电电场，其方向由P 区

指向 N区。赐电场使势垒降低，其减少量即为光生电势差，P 端正，N端负，

由此产生的结电流由 P 区流向 N区，形成单向导电，发挥与电池一样的功能。

不同材料所制成的太阳能电池板转化效率是不一样的。目前市面上主要有硅

太阳能电池、纳米晶太阳能电池、多元化合物太阳能电池等。其中以单晶硅太阳

能电池转换效率最高，其电池转换率可超过20%，技术成熟，故单晶硅太阳能电池

受到人们普遍的重视并得到迅速发展。但目前，由于晶体硅电池需求量大，供求关

系紧张，其多晶硅材料价格持续上涨，已成为严重制约晶体硅太阳能电池发展的瓶颈。

本次设计，主要选用光电转换效率最高的单晶硅太阳能电池板，利用太阳能这

一无污染可持续能源，利用升压电路、稳压电路及充电电路，将太阳能转变为稳

定直流，当阳光充足时，直接为手机充电，并能在电池充电完成后自动停止充电。太阳能手机充电器与一般的手机充电器最大的不同是它不局限于只在有电有插

座的地方为手机充电，而是只要在有太阳光的情况下都可以为手机充电，真正做到

随时随地的为手机充电，解决手机没电而又无法充电而引起的不便。本实验所需

的能源太阳能又是本世纪新生能源，有利于地球的环境保护和资源可持续利用，具有较大的使用价值。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：本次设计的题目是太阳能手机充电器，

以太阳能为能源，太阳能电池板为材

料，设计一手机充电器，对太阳能电池板输出地电流输出电压可调（15V以下），文档下载后可复制编辑

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光电池输出电流 200mA 稳定。由于太阳光不不稳定性及各个地区的光照强度不一样，故太阳能电池板输出的电流必须经过稳定、放大，才可为手机充电。本次设计将会遇到血多问题，总结一下有以下问题要考虑，需要研究：

（1）太阳能电池板的输出特性；

（2）手机电池所需的额定电流电压等；

（3）升压电路、稳压电路、充电电路如何实现，其基本特性又是什么；

（4）如何判断电路开始充电、充满等功能的进行；

（5）在设计电路时所需要注意哪些细节问题；

（6）当电池充电过充时保护措施。

三、研究步骤、方法及措施：

首先通过复习以前的模电知识，了解基本器件如二极管、三极管、放大器等的输入输出特性，作用功能；学习如何对电路进行升压、稳压、增加电流等功能；研究他人已有成果，看看他们是怎么做的，有什么可取之处；再对一些电路图进行分析研究，是否符合设计要求。注意各个环节理论与实践上的链接是否可行。

措施：在实验室里现有资源的基础上，积极翻阅图书馆、网络等资料，在指导老师的帮助下完成设计任务。

四、参考文献

[ 1] 李时东. 简易太阳能手机充电器[ J ] . 中国科技信息, 2007 年 04 月.

[ 2] 刘征宇 . 太阳能手机充电器设计研究 [ J ] . 漳州师范学院学报 ( 自然科学版) , 2004 年 4 月.

[ 3] 阎石. 数字电子技术基础（第 4 版）[ M]北京高等教育出版社, 1998 年 11 月. [ 4] 赵云丽, 宋振灿. 太阳能手机充电器的设计[ J ] . 电子质量, 2009 年 4 月.

[ 5] 宋振灿, 邹继军. 太阳能充电器的设置[ J ] . 湖南农机, 2009 年 7 月.

[ 6] 吴财福 , 张健轩 , 陈裕凯. 太阳能光伏并网发电及照明系统 [ M] . 科学出版社, 2009 年 11 月.

[ 7] 杨金换, 于化丛, 葛亮, . 太阳能光伏发电应用技术[ M] . 电子工业出版社, 2009 年 7 月.

[ 8] 李春娇, 杨金明. 太阳能手机离子电池充电器的研究[ J ] . 电源世界, 2007 年11 月.

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[ 9] 蒋鸿飞, 胡舒婷. 绿色能源—太阳能充电器[ J ] . 上海应用技术学院报, 2007年 2 月.

[ 10] 吴慧峰, 太阳能充电器[ J ] 电子科技, 2005 年 10 月.

[ 11] 冯显争, 李训铭. 智能型太阳能充电电路的设计[ J ] . 东南大学学报, 2008 年11 月.

[ 12] 李群芳, 张士军, 黄建. 单片微型计算机与接口技术（第 2 版）[ M].北京电子工业出版社, 2005 年 1 月.

[ 13] 吕丽红, 便携式太阳能充电器的研究与设计[ J ] . 科技风, 2009 年 16 期. [ 14] ( 德) St ef an Kr aut er , 王宾（译）. 太阳能发电- 光伏能源系统[ M] . 北京. 机械工业出版社, 2008 年 12 月.

[ 15] 杨帮文. 实用电源电路集锦[ M] . 北京. 电子工业出版社, 1998 年6 月. [ 16] 陈大钦. 电子技术基础( 模拟部分教师手册) [ M].北京高等教育出版社, 2000年 7 月.

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手机充电器的设计与制作

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文档下载后可复制编辑摘要

手机的普及给人们生活带来了很大的便利，但手机在使用上却受电池容量的限制。如何为手机充电已经越来越成为大家关注的话题。太阳能手机充电器，在有光照的前提下，可以随时随地的为手机充电，很好的解决了手机充电这一问题，且太阳能手机充电器的能量来源太阳能，作为一种新型能源，具有普遍、巨大、洁净、广泛等等优点。

本文设计了一款太阳能手机充电器，以太阳能为能源来源，转化为电能为手机提供能量。设计共分为五个部分。前言主要阐述了设计的研究背景和主要工作。第 1 章主要阐述了手机充电器的相关知识，包括手机充电器的发展历程，手机充电的工作原理及充电方式，指出了太阳能充电作为手机充电的新型方式比起其他方式来有什么优势。第 2 章主要阐述了太阳能电池板的工作原理、类型、转换效率，以及太阳能充电系统的效率分析。分析了一款好的太阳能手机充电器需要具备的几个条件。根据资料分析可行方案，定下设计的总体方案，预先构思出充电器的整体结构框架。第3 章按照前文预定的结构框架图，设计电路，将太阳能电池板、π型滤波电路、DC- DC 升压电路、限压电路、升压输出滤波电路、恒流充电电路、充电完成指示电路总共七部分模块电路进行逐一设计分析，并详细说明其结构功能和元件参数的计算与确定。第4 章给出具体电路图及PCB 图，以及实物的制作和调试。

关键词：太阳能；充电器；升压；恒流充电

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文档下载后可复制编辑A b s t r a c t

Popularity of mobile phones to people's lives has brought great convenience, but t he phone i s i n use by the l im i te d batt e ry cap a ci ty. How t o c ha r ge the phone h as increasingly become a topic of concern. Solar cell phone charger, the premise in a light, you can charge for mobile phones anytime, anywhere, a good solution to the problem of mobile phone charger, solar mobile phone charger and solar energy sources, as a new energy, with common Huge, clean, wide and so on merit.

I n t h is paper the de s ig n of a solar cel l phone cha r ge r, solar-e n erg y s ou rce s, i nto electricity to provide energy for mobile phones. Design is divided into five chapters. The first chapter describes the design of the main background and the main work. The second chapter describes the relevant knowledge of mobile phone chargers, including cell phones and the development process of mobile phone charger, cell phone charger a nd cha r ging method works, and poi nts out a new typ e of so l ar energy a s a way to charge their cell phones than any other way to have any advantage. The third chapter describes the working principle of solar panels, the type of conversion efficiency and the efficiency of a solar charging system. Analysis of a good solar cell phone charger requires several conditions. According to the information of possible options, set the ove rall program design, pre-c on cei ve d f ra mework o f the overal l structur e of the charger. Chapter 3, the structure in accordance with the framework previously scheduled plans, circuit design, the solar panels, π-type filter circuit, DC — DC step-up circuit, voltage limiter circuit, the boost output filter circuit, the current charging circuit, charging circuit to complete instructions A total of seven parts each m odule c i rcui t desig n a nalysis, and de t ails of i t s s truc t ure and function and the calculation and determination of device parameters.Chapter V gives the detailed circuit diagram and PCB diagrams, and physical production and debugging.

Ke y wor ds : Solar energy; charger; boost; constant current charging

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前言 (1)

第 1 章手机充电器 (2)

1.1 手机充电器的发展历程 (2)

1.2 手机充电器的工作原理 (2)

1.2.1 手机电池的工作机理 (2)

1.2.2 手机充电方式 (3)

1.3 太阳能在手机充电器中的应用和优势 (3)

第 2 章太阳能手机充电器的设计方案 (5)

2.1 太阳能手机充电器的工作原理 (5)

2.1.1 太阳能电池板 (5)

2.1.2 太阳能电池板的种类 (5)

2.1.3 太阳能电池板的工作原理 (6)

2.2 太阳能充电系统效率分析 (6)

2.3 太阳能手机充电器的主要指标 (7)

2.4 本设计的设计方案选择 (7)

2.4.1 基本思路 (7)

2.4.2 方案确定 (8)

第 3 章太阳能手机充电器的设计电路 (10)

3.1 太阳能电池电路 (10)

3.2 π型滤波电路 (11)

3.2.1 π型滤波电路的结构与功能 (11)

3.2.2 π型滤波电路各个元件的数值 (11)

3.3 DC-DC 升压电路 (11)

3.3.1 DC-DC 升压电路 (11)

3.3.2 升压振荡器的结构与功能 (12)

3.3.3 升压振荡器各元件数值计算 (13)

3.4 限压电路 (14)

3.4.1 限压电路的结构和功能 (14)

3.4.2 限压电路各个器件的阻值 (15)

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3.5 升压电路输出的滤波电路 (15)

3.5.1 滤波电路的结构与功能 (15)

3.5.2 升压输出滤波电路各元件数值确定 (16)

3.6 恒流充电电路 (16)

3.6.1 恒流充电电路的结构与功能 (16)

3.6.2 恒流充电电路各元件的阻值 (18)

3.7 充电完成指示电路 (21)

第四章电路图的制作与调试 (22)

4.1 总电路图 (22)

4.2 总电路 PCB 图的绘制 (23)

4.3 电路的制作 (24)

4.4 实物图 (24)

4.5 电路的调试 (25)

结论 (27)

致谢 ................................................................................................错误！未定义书签。参考文献. (28)