手机充电器电路设计

目录

1课题名称 (2)

2设计主体要求及内容 (2)

3 课题分析与方案论证 (2)

3.1 方案一 (2)

3.2 方案二 (4)

4 各局部电路设计 (5)

4.1 整流滤波电路 (5)

4.2恒压电路 (5)

4.3恒流电路 (7)

4.4充电提示电路 (8)

5组装调试 (8)

6元器件的选择 (8)

7 设计总结及改进意见 (9)

7.1本方案特点及存在的问题 (9)

7.2改进意见及其他设想 (9)

8 设计心得 (9)

参考文献

1课题名称

手机充电器的制作。

2 设计主体要求及内容

通信技术的高速发展促使手机种类众多，也导致手机充电器也是多种多样，本设计设计并制作一套手机通用锂电池的充电器。

充电器的简单工作过程如下：交流输入电压经电容降压，二极管整流桥整流后变成直流电，经隔离二极管和滤波电容对手机充电，随着充电时间的增长，电池两端的电压也升高，通过分压器将此电压引入基准电压比较器，其中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。通过以上的工作过程描述结合生活经验设计手机实用充电器电路。

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。

3 课题分析与方案论证

从课题上可以看出设计的主体要求是将市电变换为符合要求的直流电源，整体上应该有降压、整流、滤波、恒压电路。

降压电路可以用最简单的变压器完成，将220V电压变为10V左右的低压，为了优化波形使其更加稳定可采用滤波电容去除高频干扰。

手机通用的锂电池充电电压为4.2V，因此需要设计一个恒压源电路。充电电流在一定程度上影响了充电的时间，过高的电流会缩短电池的使用寿命，所以我们还需要一个可靠地恒流源来保证充电的时间和手机的使用寿命。

当上述条件都具备时对于不同容量的手机电池充电时间是不一样的，因此需要一个不以时间为参考的充电完成信号，我们可以根据电池两端的电压是否达到标准电压来判断是否充满电。

3.1 方案一

本方案采用的是现行手机充电器的通用电路，主要是由开关电源和充电电路组成的。

电路图如下。

图3.1原理图

制作成功后该充电器能自动识别电池极性，自动调整输出电流使得电池达到最佳充电状态，可保护电池延长电池寿命。充电饱和时七彩灯会自动熄灭。

当接入电源后，通过整流二极管VD1、R1给开关管Q1提供启动电流，使Q1开始导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2中感应出使Q1基极为正，发射极为负的正反馈电压，使Q1很快饱和。与此同时，感应电压给C1充电，随着C1充电电压的增高，Q1基极电位逐渐变低，致使Q1退出饱和区，Ic开始减小，在L2中感应出使Q1基极为负、发射极为正的电压，使Q1迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器Ｔ初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又经R1给C1反向充电，逐渐提高Q1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器Ｔ的次级绕组向负载输出所需要的电压，在C4的两端获得9V的直流电，供充电电路工作。

在充电电路中Q2与CH（七彩发光二极管）组成充电指示电路。R7与PW（红色二极管）组成电池好坏检测及电源通电指示电路。Q4、Q5、Q6、Q7组成自动识别电池极性的电路。

当充电端1接电池的正，端2接电池的负时，充电回路是电源的+、Q5（发射极）、Q5（集电极）、端1接+ 、Q7（饱和）、端2接-；

当充电端2接电池的正，端1接电池的负时，充电回路是电源的+、Q4（发射极）、Q4（集电极）、端2接+、Q6（饱和）、端2接-。即可完成自动极性的识别，保证充电回路自动工作。

3.2 方案二

本方案是前期分析的具体实现，也是比较简单的一种。

电路图如下。

图3.2 原理图

该电路有四部分组成电源输入电路、恒流电路、恒压电路、充电指示电路组成。

电源输入电路由电源变压器T、整流桥堆D1，D2，D3，D4和滤波电容C组成。

恒压电路由电阻R1、R2、电位器RP1、晶体管V1、精密稳压基准源IC组成。

恒流电路由晶体管V2、电阻R3、电位器RP2。

充电指示电路由晶体管V3、电阻R4、R5和发光二极管VL组成。

交流电220V电压经过变压器T（二次侧电压9V）、整流桥、滤波电容C后，产生8.1V 的直流电压。该电压经过恒流电路恒压电路处理后对电池充电。同时V3导通，VL发光。随着电池两极板电压的升高充电电流将逐渐减小。当电池电压到达4.2V时，R1上电压降低使V3截止VL熄灭，提醒用户充电结束。

4 各局部电路的设计

4.1 整流滤波电路

图4.1电源输入部分

变压器源边是220V交流电，二次侧电压为9V经过四个二极管组成的整流桥就变为了直流电，DE电压为8.1左右，滤波电容是为了滤除交流成分。在实际购买原器件时为了降低成本和焊接方便购买的是集成整流桥堆，规格是2A、50V。

4.2 恒压电路

在这边部分电路中使用了TL431。TL431是TL、ST公司研制开发的并联型三端稳压基准，其突出优点是封装简单（型如三极管）、参数优越（高精度、低温漂）、性价比高（民品1.3～1.5元/只），是作为电压基准的良好选择。其电压调节范围为2.5V～36V。本方案中的接法类似于下图（b）调节电位器RP1就可以调节输出电压，这也正是本方案的一大优点，可以做到电压连续可调，这样不仅可以为手机电池充电还可以作为电源为其他电子芯片、元件供电。

图4.2.1 TL431原理图

图4.2.2 恒压电路

BC电压可以被精确的调整到一个值，再经过V2的CE管压降就得到充电电压。

4.3 恒流电路

图4.3恒流源

流经B点的电流经过三极管V2，1013被放大，最终提供给手机电池。调节RP2可以调节基极电流, 就可以由IB调节整个充电电流的大小。

4.4充电提示电路

图4.4 充电提示电路

当充电结束时电池阳极电压接近4.2V，此时R1上的电压降低，使得V3截止，VL熄灭。此时电池并没有充满而是进入恒压充电方式，在恒流充电阶段，电池充到70% 的总容量时通常需要约30% 的充电时间，而在恒压阶段用70% 的充电时间仅能充30% 的总电池电量。这是由于电池具有内部电阻。电池内部电阻越低，电池充电时间就越短。

为了保证电池能够充满可在VL熄灭后继续充电1~2个小时，当充电电流降至100mA 以内时则应停止充电。这使得本方案有了一个缺陷，当二极管灯灭时不能说明电池已经充满，需要特别说明否则一般用户会自然的认为充电结束而致使电池充不满。

5 组装和调试

组装时选用的是11*8cm的PCB电路板，变压器独立放置。依据电路图从左至右从中间到两边依次焊接。由于变压器独立放置所以将变压器安排在最后焊接。

调试分为两部分，电压的调试和电流的调试。首先是调节RP1的电阻值使得充电电压为4.2V再调节RP2的电阻阻值使得充电电流为200mA左右。

6 元器件选择

R1选用3W金属膜电阻器；

R2~R5均选用1/4W碳膜电阻；

RP1和RP2均选用小型线性电阻或可变电阻器；

C选用电压值为16V的电解电容；

VL选用红色LED发光二极管；

V1选用2383型硅NPN晶体管，V2选用1013型硅PNP晶体管，V3选用S9015 PNP 晶体管。

7 设计总结及改进意见

7.1本方案特点及存在的问题

本次设计制作是结合之前学习积累的实际引用，具有典型性，设计思路简单，易于初学者接受，所用元器件都是常用的，达到了设计任务中的要求可以安全的给手机充电器充电。

本方案最大的问题就是在充电结束时没有明确的信号，尽管有二极管指示灯但是不能准确的反应充电的饱和程度，当然这也是本方案简单的一个原因。

变压器的体积、重量、价格都是本方案中排名第一的，与方案一中的高频变压器相比差距很大，高频变压器体积小，在价格上与使用的变压器相比相差十倍之多。但是，方案一先经过整流，整流后的电压仍有110V左右，调试时过于危险。所以，经过综合考虑还是方案二最好。

7.2改进意见及其他设想

在自动断电功能方面需要有所改进，先进行恒流充电再进行恒压充电当电流达到饱和时发出提示信号并且自动断电，目标是智能化自动化。

8．设计心得

本次电力电子课程设计我共用去半个多月的时间。一开始我便在书上、网上查找有关充电器的资料，紧接着自己设计方案并不断改进。后来我到电子市场按设计方案买了元器件。我焊接共花费两个多小时的时间，之后上电调试。首先是调节RP1的电阻值使得充电电压为4.2V再调节RP2的电阻阻值使得充电电流为200mA左右。我由于之前方案论证阶段准备充足，并且焊接仔细，所以一次成功。

通过这次做充电器，加强了我的动手、思考和解决问题的能力。我从得到题目就认真思考设计方案，不断完善自己的方案。之后我又自己买元器件，认识了不少元器件，学到

了许多课本上学不到的知识。后来我又焊板子，自己调试结果。

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我认识到理论与实践有一定的差距，因此我们要多实践，锻炼自己解决问题分析问题的能力。

我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，尤其是认识了TL431型精密稳压集成电路，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件印象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

这么长时间的电力电子课程设计，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计者为我们的社会付出的巨大努力。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们有机会进行课程设计，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，制作充电器确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会做出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。

同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致整项工作的失败。实习中只有一个人知

道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，都是在不断与同学的探讨中解决。同时，在其他同学的身上我学也到很多实用的知识，在此我对给过我帮助的所有同学表示忠心的感谢！

此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

参考文献

【1】童诗白.模拟电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006

【2】党宏社.电路、电子技术试验与电子实训.华中科技大学. 电子工业出版社.2008 【3】钱金荣.在为系统供电的同时尽可能缩短电池充电时间.电子产品世界.

2007-01-02