手機(jī)充電器的制作論文

手機(jī)萬能充的制作摘要：對(duì)于萬能充的空前成功，如此評(píng)價(jià)其歷史價(jià)值：以前一個(gè)手機(jī)要對(duì)一個(gè)充電器，因?yàn)槭謾C(jī)換代很快，有的人半年就換一臺(tái)手機(jī)，一個(gè)老百姓平均使用的充電器十個(gè)八個(gè)，對(duì)社會(huì)資源是極大的浪費(fèi)。萬能充發(fā)明出來后，一個(gè)充電器基本可以滿足全家人使用。所以說對(duì)節(jié)約社會(huì)資源，做出了一定的貢獻(xiàn)，在這個(gè)行業(yè)來說也是一個(gè)創(chuàng)新性的里程碑式的產(chǎn)品，有效地推動(dòng)了充電器標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。一個(gè)小小充電器不僅改變了海陸通公司的命運(yùn)，也改變了數(shù)以千萬中國手機(jī)用戶換手機(jī)一定要換充電器的束縛，給手機(jī)用戶帶來了極大的便利。本設(shè)計(jì)的手機(jī)充電器的工作原理是由一個(gè)穩(wěn)定電源（主要是穩(wěn)壓電源提供穩(wěn)定工作電壓和足夠的工作電流）加上必要的恒流、限壓、限時(shí)等必要的電路組成。制作成功后該充電器能自動(dòng)識(shí)別電池極性，自動(dòng)調(diào)整輸出電流使得電池達(dá)到最佳充電狀態(tài)，可保護(hù)電池延長電池壽命。本電路主要利用來了三極管13001的開關(guān)作用，和變壓器、穩(wěn)壓管和三極管構(gòu)成的反激式開關(guān)電源作用以及集成塊IC3582C具有的自動(dòng)識(shí)別電池極性，支持普通三燈模式，充電飽和電壓4.25V（典型值），空載時(shí)穩(wěn)壓輸出、短路保護(hù)、充電電流典型值200mA、最大值為300mA的作用，使得整個(gè)電路具有充電過壓保護(hù)、恒流及短路保護(hù)功能。關(guān)鍵字：開關(guān)作用過壓保護(hù)IC3582C一、緒論本設(shè)計(jì)采用的是最普遍的鋰電池，在生活中為更好的維護(hù)它，延長它使用壽命，對(duì)其也要選用它的充電器，使之對(duì)手機(jī)本身以及蓄電池?zé)o損壞，因此選用鋰離子充電器。隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)的提高，尤其是手機(jī)的普及，手機(jī)的更換速度也加快，為了更好的使用它，維護(hù)它，所以需要給手機(jī)選用適合的充電器。其中以鋰離子電池最普遍，鋰電池是以金屬鋰或鋰物質(zhì)為負(fù)極、利用化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的電池。而對(duì)鋰離子電池充電，采用了兩階段快充電控制方式。第一階段采用恒電流充電方式，第二階段采用恒電壓充電方式為鋰離子電池充電。鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而保證電池安全充電。增加其它充電輔助功能是為了改善電池壽命，簡化充電器的操作，其中包括給過放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測、輸入電流限制、充電完成后關(guān)斷充電器、電池部分放電后自動(dòng)啟動(dòng)充電等。所有或者部分這些功能都可以在充電芯片中實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然，也可利用ASIC、分立器件、或在微處理器的基礎(chǔ)上用軟件實(shí)現(xiàn)。

目前，市場上手機(jī)充電器種類繁多，但其中也有很多質(zhì)量低劣的不合格產(chǎn)品。在去年產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查結(jié)果中，將近40％的廠家生產(chǎn)的充電器不合格。其主要問題出現(xiàn)在:與交流電網(wǎng)電源的連接，電源端子騷擾電壓，輻射騷擾場強(qiáng)和充電電壓幾個(gè)方面。另外，一些產(chǎn)品的低溫性能、額定容量、放電性能、安全保護(hù)性能等方面存在質(zhì)量問題。這些質(zhì)量問題會(huì)影響到手機(jī)的正常使用，還會(huì)影響手機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還可能傷害消費(fèi)者。

現(xiàn)在市場上發(fā)現(xiàn)有一些假冒偽劣手機(jī)電池便攜式充電器。這些充電器由于價(jià)格非常低，攜帶方便，有許多手機(jī)用戶更愿意使用這些充電器來對(duì)電池進(jìn)行充電。劣質(zhì)充電器實(shí)際上就是一個(gè)沒有安全保證的簡易變壓器，由于內(nèi)部缺少保護(hù)電路等保證安全的零配件，因而重量較原裝品輕很多。但實(shí)際上，由于現(xiàn)在的手機(jī)電池多采用鋰離子電池或鎳氫電池作電芯，對(duì)充電器的電壓、電流特性及安全保護(hù)有很高的要求。這些假冒偽劣充電器由于設(shè)計(jì)簡單，采用劣質(zhì)材料，加工手段粗糙，對(duì)手機(jī)電池的性能和壽命有很大損害。沒有保護(hù)電路的充電器，由于不能保證充電時(shí)電流的穩(wěn)定，因而會(huì)有燒壞電池甚至爆炸的危險(xiǎn)。

1.1指導(dǎo)思想手機(jī)充電器的工作原理其實(shí)都是由一個(gè)穩(wěn)定電源（主要是穩(wěn)壓電源提供穩(wěn)定工作電壓和足夠的工作電流）加上必要的恒流、限壓、限時(shí)等必要的電路組成。原裝充電器上所標(biāo)注的輸出參數(shù)，比如輸出4.4V/1A就是指內(nèi)部穩(wěn)壓電源的相關(guān)參數(shù)。一個(gè)品質(zhì)好的手機(jī)充電器很容易改成一個(gè)質(zhì)地優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，比如輸出4.4V可以可以給4.5V的設(shè)備用。手機(jī)常用鋰離子電池充電器采用的是恒流限壓充電制，充電電流一般采用兩小時(shí)充電率，比如500mah電池采用250mah充電大約兩小時(shí)達(dá)到4.2V后再用恒壓充電。目前，手機(jī)充電器可分為單槽形狀和雙槽型充電器，單槽形充電器正在受到雙槽形的攻擊。雙槽形充電器除了具有慢速充電、快速充電、放電及鎳鎘、鎳氫電池兼充的標(biāo)準(zhǔn)功能外，還有部分產(chǎn)品帶有自動(dòng)溫度控制與電壓控制，嚴(yán)防過充的新功能，因而消費(fèi)者應(yīng)將傾向于選擇雙槽型充電器。

隨著手機(jī)種類的日益增多，各種充電器因機(jī)型不同，電源端口的大小也不相同，從而不能互換使用，給消費(fèi)者帶來了不便。標(biāo)準(zhǔn)型充電器，是指可以連接所有手機(jī)底端電源插座（端口）的充電器。而且，生產(chǎn)的手機(jī)的電源端口將統(tǒng)一為適用于標(biāo)準(zhǔn)充電器的規(guī)格。這樣，消費(fèi)者將不必在每次換手機(jī)時(shí)同時(shí)購買新的充電器。由此可見，充電器在從坐式向便攜式、雙槽式等方向發(fā)展的同時(shí)，也開始向標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的方向發(fā)展。

手機(jī)充電器的待機(jī)耗電量的降低逐步成為充電器的設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。相比于以前的充電器，今后生產(chǎn)的產(chǎn)品將會(huì)在各項(xiàng)功能完善的同時(shí)進(jìn)一步降低本身的待機(jī)耗電量。為了達(dá)到這一目標(biāo)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)判斷AC適配器是否連接負(fù)荷（手機(jī)）的IC，當(dāng)未連接負(fù)荷時(shí)，將AC適配器的直流輸出方（2級(jí)電路）切換到高阻抗電路上。通過采取這一措施可以大幅減少待機(jī)時(shí)2級(jí)電路的消耗電流（可以達(dá)到數(shù)十uA）。另外，還可以在輸入交流100V方（1級(jí)電路）中設(shè)置切換電路。在未連接負(fù)荷時(shí)，通過開關(guān)切換電路來減少供應(yīng)給直流輸出方（2級(jí)電路）的功率從而減少耗電量。

二、充電器分析及設(shè)計(jì)2.1充電器工作流程目前手機(jī)充電器的工作流程一般為：1）檢測電池的電壓，如果低于一個(gè)閾值電壓，就要進(jìn)行涓流充電；2）電池充到一定電壓（一般設(shè)置為2.9V）時(shí)，進(jìn)行全電流充電；3）當(dāng)電池電壓達(dá)到預(yù)置電壓（鋰離子電池一般為4.2V）時(shí)，開始恒壓充電，同時(shí)充電電流降低；4）當(dāng)電流逐漸減小到規(guī)定的值時(shí)，充電過程結(jié)束。

以美國TI公司的BQ2057為例，其充電流程如下：除了上面的流程描述，它還具有可選的電池溫度監(jiān)測，利用電池組溫度傳感器連續(xù)檢測電池溫度，當(dāng)電池溫度超出設(shè)定范圍時(shí)BQ2057關(guān)閉對(duì)電池充電。而且，充電狀態(tài)識(shí)別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實(shí)現(xiàn)，具有自動(dòng)重新充電、最小電流終止充電、低功耗休眠等特性。

一般來說，恒壓充電結(jié)束時(shí)的小電流充電過程中，電流的大小一般為恒流充電時(shí)電流的十分之一。目前在鋰離子電池充電器的設(shè)計(jì)中，對(duì)手機(jī)充電結(jié)束后由于某種因素放電的情況而專門設(shè)計(jì)了檢測電路，一旦檢測到電池電壓降低，就會(huì)重新啟動(dòng)充電過程。

綜上所述，隨著便攜式產(chǎn)品突發(fā)猛進(jìn)的發(fā)展，尤其是手機(jī)的普及，以及鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，鋰離子電池充電器的設(shè)計(jì)和功能面臨著進(jìn)一步的改善。對(duì)于眾多充電器生產(chǎn)廠家來說，盡早設(shè)計(jì)出功能完善、安全實(shí)用的充電器，就能更早的在市場中占據(jù)領(lǐng)先地位，搶占商機(jī)?？焖俪潆娺^程分為恒流充電階段（快速充電階段）和恒壓充電階段（涓流充電階段）。充電期間，單片機(jī)輪流采集電池電壓、充電電流、電池溫度和進(jìn)行時(shí)間計(jì)數(shù)，每檢測一次進(jìn)行判斷控制程序走向。為了系統(tǒng)控制的更精確，對(duì)電池電壓，充電電流采樣過程中可以次采樣求平均值，并且可以對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)字濾波。電個(gè)階段的子程序流程描述如下：1）檢測充電器是否有電池接上，有則開始執(zhí)行充電子程序，沒有則繼續(xù)檢測等待。2）檢測電池接上后，斷開充電電路，對(duì)電池電壓采樣，根據(jù)電池電壓來決定充電階段。3）確定充電階段后，執(zhí)行恒流充電階段或者恒壓充電階段。4）充電結(jié)束。2.2核心元器件簡介2.2.1集成芯片IC3582C集成芯片IC3582C在原來358的基礎(chǔ)上又把外圍電阻和三極管全部集成，還增加了雙刀開關(guān)。具有自動(dòng)識(shí)別電池正負(fù)極功能。它采用直流限壓方式充電，一般充電兩小時(shí)左右即可達(dá)到4.1v恒壓，對(duì)電池性能和壽命起到一定的保護(hù)作用。圖2-2集成芯片序號(hào)名稱描述1BNT電池負(fù)極2L3指示燈L3引腳3L2指示燈L2引腳4L1指示燈L1引腳5SET功能選擇（接VDD為3燈和2燈模式，接GND為七彩模式）6GND電源負(fù)極（地端）7BTP電池正極8VOD電源正極2.2.2三極管的特性雙極結(jié)形三極管又稱為雙極型三極管、半導(dǎo)體三極管或晶體管，簡稱三極管。它們常常是組成各種電子電路的核心器件。三極管可分為兩種結(jié)構(gòu)：NPN型和PNP型。但無論是NPN型或是PNP型的三極管，內(nèi)部均包括三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，并相應(yīng)地引出三個(gè)電極：發(fā)射極（e）、基極（b）和集電極（c）,同時(shí)。在三個(gè)區(qū)的兩兩交界處，形成兩個(gè)PN結(jié)，分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。從三極管內(nèi)部制造工藝來看，主要有兩個(gè)特點(diǎn)。第一，發(fā)射區(qū)高摻雜，即發(fā)射區(qū)中多數(shù)載流子的濃度很高。NPN三極管的發(fā)射區(qū)為N型，其中的多子是電子，因此發(fā)射區(qū)中的電子很高。第二、基區(qū)很薄，而且摻雜濃度比較低。NPN三極管的基區(qū)為P區(qū)，所以其中的多子空穴比較少。從外部條件來看，外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。三極管具有電流放大作用，當(dāng)其工作在放大區(qū)時(shí)，其集電極電流和基極電流有如下近似關(guān)系：，即集電極電流近似等于基極電流的倍。利用這一特性，有的時(shí)候又可將三極管看做成開關(guān)管，即可控制基極電流的有無從而達(dá)到控制集電極和發(fā)射極是否導(dǎo)通的作用。在本設(shè)計(jì)中正是利用了三極管的這一作用。三極管的輸入特性曲線2.3充電器工作原理分析圖2-3工作原理圖220V交流輸入，一端經(jīng)過一個(gè)IN4007半波整流，另一端經(jīng)過一個(gè)8.2歐電阻后，由2.2uF電容濾波。這個(gè)8.2歐的電阻用來做保護(hù)的，如果后面出現(xiàn)故障等導(dǎo)致過流，那么這個(gè)電阻將被燒斷，從而避免引起更大的故障。右邊的D2,101電容，3.3千歐的電阻構(gòu)成一個(gè)高壓吸收電路,變壓器左下方的繞組(取樣繞組)的感應(yīng)電壓經(jīng)整流二極管IN4148整流，2.2uF電容濾波后形成取樣電壓。為了分析方便，我們?nèi)∪龢O管13001發(fā)射極一端為地。那么這取樣電壓就是負(fù)的(-4V左右)，并且輸出電壓越高時(shí)，采樣電壓越負(fù)。取樣電壓經(jīng)過8.2V穩(wěn)壓二極管后，加至開關(guān)管13001的基極。當(dāng)輸出電壓越高時(shí)，那么取樣電壓就越負(fù)，當(dāng)負(fù)到一定程度后，8.2V穩(wěn)壓二極管被擊穿，從而將開關(guān)13001的基極電位拉低，這將導(dǎo)致開關(guān)管斷開或者推遲開關(guān)的導(dǎo)通，從而控制了能量輸入到變壓器中，也就控制了輸出電壓的升高，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓輸出的功能。輸出電壓當(dāng)開關(guān)管Q關(guān)斷時(shí)，由C2組成的高壓吸收電路負(fù)責(zé)吸收線圈上的感應(yīng)電壓，從而防止高壓加到開關(guān)管Q上而導(dǎo)致?lián)舸?。Q開關(guān)管，耐壓400V，集電極最大電流0.3A，最大集電極功耗為7W,用來控制原邊繞組與電源之間通斷。當(dāng)原邊繞組不停的通斷就會(huì)在開關(guān)變壓器中形成變化的磁場，從而在次級(jí)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。這個(gè)電源為反激式的，左端的3.3千歐為啟動(dòng)電阻，給開關(guān)管提供啟動(dòng)的基極電流。而下方的51歐電阻跟串聯(lián)的332電容則是正反饋支路，從取樣繞組中取出感應(yīng)電壓加到開關(guān)管的基極上,以維持震蕩。右邊的次級(jí)繞組經(jīng)二極管整流，220微法電容濾波后輸出4.2V的電壓。電池在充電中，紅色LED亮，綠色LED滅，表示恒流充電階段。紅色LED滅,綠色LED亮,表示恒壓充電階段，電池基本充滿。2.4組裝和調(diào)試組裝時(shí)選用的是11*8cm的PCB電路板，變壓器獨(dú)立放置。依據(jù)電路圖從左至右、從中間到兩邊依次焊接。由于變壓器獨(dú)立放置所以將變壓器安排在最后焊接。在動(dòng)手焊接前用萬用表將各元件測量一下，做到心中有數(shù)。安裝時(shí)先安裝低矮和耐熱元件（如電阻），然后再裝大一點(diǎn)的元件（如變壓器），最后裝怕熱元件（如三極管、集成塊）。在焊接的過程當(dāng)中要仔細(xì)，細(xì)心，盡量保持手不要大幅度的擺動(dòng)，盡量使得焊點(diǎn)成一個(gè)光滑的圓錐形。為了連接充電器的方便使用了一般萬能充都采用的夾板和引針，這樣可以很好的固定手機(jī)電池。如下圖所示。2.3圖夾板和引針實(shí)物三、設(shè)計(jì)總結(jié)及改進(jìn)意見3.1本方案特點(diǎn)及存在的問題本次設(shè)計(jì)制作是結(jié)合之前學(xué)習(xí)積累的實(shí)際引用，具有典型性，設(shè)計(jì)思路簡單，易于初學(xué)者接受，所用元器件都是常用的，達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)中的要求可以安全的給手機(jī)充電器充電。本方案最大的問題就是在充電結(jié)束時(shí)沒有明確的信號(hào)，盡管有二極管指示燈但是不能準(zhǔn)確的反應(yīng)充電的飽和程度，當(dāng)然這也是本方案簡單的一個(gè)原因。變壓器的體積、重量、價(jià)格都是本方案中排名第一的，與方案一中的高頻變壓器相比差距很大，高頻變壓器體積小，在價(jià)格上與使用的變壓器相比相差十倍之多。3.2改進(jìn)意見及其他設(shè)想在自動(dòng)斷電功能方面需要有所改進(jìn)，先進(jìn)行恒流充電再進(jìn)行恒壓充電當(dāng)電流達(dá)到飽和時(shí)發(fā)出提示信號(hào)并且自動(dòng)斷電，目標(biāo)是智能化自動(dòng)化。四、結(jié)論本次所設(shè)計(jì)的是流水彩燈控制電路的設(shè)計(jì)，本次課程設(shè)計(jì)主要結(jié)合了數(shù)字電路課程。在汪杰君老師的指導(dǎo)和支持下完成的。還要感謝其他同學(xué)對(duì)我的無私幫助，使我得以順利完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此次課程設(shè)計(jì)需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和完整的設(shè)計(jì)思維和方法。設(shè)計(jì)電路關(guān)鍵在于對(duì)設(shè)計(jì)要求的理解分析以及對(duì)基本電路相關(guān)知識(shí)的熟練掌握。設(shè)計(jì)電路時(shí)，將總體的功能分成若干個(gè)部分來實(shí)現(xiàn)，是簡化電路設(shè)計(jì)思路的很好方法；且搞清各個(gè)模塊的功能與實(shí)現(xiàn)要求操作的具體方法，對(duì)電路故障的檢查也是很有幫助。通過這次設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，如查找資料，設(shè)計(jì)比較，從各種資料中提取所需。也吸取了很多教訓(xùn)。真正提高了動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)獲取資料，活躍了自己的思維，鞏固了所學(xué)知識(shí)。流水彩燈控制器的設(shè)計(jì)是對(duì)數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)知識(shí)的實(shí)踐運(yùn)用，加深了對(duì)知識(shí)的理解。這次課設(shè)是一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次設(shè)計(jì)，我擺脫