简易手机移动电源控制电路课程设计

1、沈阳航空航天大学课程设计（说明书）简易手机移动电源控制电路设计班级/学号 学生姓名指导教师沈阳航空航天大学课程设计任务书课 程名称 电子技术课程综合设计课程设计题目简易手机移动电源控制电路设计课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标简易手机移动电源控制电路设计，技术指标如下： 电路能够对3.3V锂离子电池进行充电； 输出电压为5V ； 充电时充电指示灯亮； 用4个发光二极管显示电量。二、设计要求1 .在选择器件时，应考虑成本。2 .根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3 .画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1. 根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路

2、，用软件仿真。2 .进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1.童诗白，华成英主编模拟电子技术基础 M北京：高等教育出版社, 2006 年 五、按照要求撰写课程设计报告成绩 指导教师日期 一、概述移动电源，也叫“外挂电池”、“外置电池”、“后备电池”、“数码充电伴侣”、“充电宝”。手机移动电源是一种集供电和充电功能于一体的便携式充电装置的 电能存储器，可以给手机等数码设备随时随地充电或待机供电。一般由聚合物锂离子电芯作为储电载体。区别于产品内部配置的电池，也叫e电源，外挂电池。一般配备多种电源转接头，通常具有大容量、多用途、体积小、寿命长和安全可靠等特点，是可随时随地为普通功能手机、PDA、G

3、PS导航仪、PSP、DV、USBXI和智能手机等多种数码产品供电或待机充电的功能产品。容量一般为 5000-8000mAh。“移动电源”这个概念是随着数码产品的普及和快速增长而发展起来的，其定义就是：方便易携带的随身电源。针对数码产品功能日益多样化， 使用更加频繁，与我们日常生活的关联也越来越密切， 如何提高数码产品的使用 时间、方便人们的生活、及时补充电量、发挥其最大功用的重要性就更加刻不容 缓。而移动电源，就是针对并解决这一问题的最佳方案，随身携带一个移动电源， 就可以随时随地为多种数码产品充电。本次要设计一个简易的手机移动电源控制电路。简易手机移动电源控制电路设计，技术指标如下： 电路能

4、够对3.3V锂离子电池进行充电； 输出电压为5V ； 充电时充电指示灯亮； 用4个发光二极管显示电量。设计时在选择器件时，应考虑成本，并根据技术指标，通过分析计算确定电 路和元器件参数。方案论证输出升如下充电输入升压输出3.3V锂电池5V放电输出移动电源其实是一个可以对外充电的电池， 它由输入充电控制电路， 压控制电路，电池电量检测显示电路，LED控制电路，电池保护电路构成, 图：图1 手机移动电源控制电路电路的原理框图三、电路设计1充电控制电路充电控制电路，利用5V输入，如电脑USB,适配器对移动电源里的电池进 行充电控制，当电池电压充到4.20V左右时，充电电流降到100mA左右时，即 停

5、止充电，充电完成，断开电路。目前，移动电源的输入电流为1A左右，如果利用电脑的USB充电，要考虑USB的输出承受力，一般的电脑 USB输出为 500mA，原理图如图2所示。GS1661是电流模式提高变换器。恒定的开关频 率1MHz以及工厂工作以及脉冲宽度调制（PWM ）。自26v / 2A提供高输出 电压。控制回路是峰电流模式控制架构；因此，斜坡补偿电路添加电流信号允许循环运行稳定免税大于50%。内部固定PWM频率：1.0MHz精密的反馈参考 电压：0.6V的（±2%） 内部0.25 Q，2A，26V功率MOSFET关断电流：0.1 卩过电压保护，过温保护 。调过电流保护：0.5A的

6、 2.5A 包：sot23-6l。该gs1661是电流模式升 压转换器。恒定的开关频率为1MHz，脉冲宽度调制（PWM ）操作。建立在26V / 2A MOSFET提供高输出电压。控制回路的结构的峰值电流模式控制；因此， 斜坡补偿电路被添加到当前的信号允许运行稳定的占空比大于50%。输出电压的输出电压的电阻分压器的 FB。输出电压：We廿乍 I 阴二筑 Con v'&rif图2 手机移动电源充电控制电路原理图图3 手机移动电源充电控制电路线形图2. 升压输出电路升压输出电路，：当移动电源接入手机后，升压电路即开始工作，将移动电源 的电池升压到5V，以供手机充电，手机将自行控制充

7、电，充满后自动断电。该 CS5171 / 3芯片560千赫开关稳压器具有效率高，1.5个集成开关。这些部分 操作在宽输入电压范围，从2.7 V至30 V，灵活的设计允许芯片在大多数电源配 置，操作包括升压，反激式，向前，反相，和 SEPIC。该集成电路采用电流模式 架构，这让优秀的负载和线路调整，以及一个实用的手段限制电流。 高频率的操 作与高度集成调节电路，结果在一个非常紧凑的电源解决方案结合。电路设计包括规定为特点的频率同步，关机，并反馈控制或正或负电压调节。这些零件到-引脚1372 / 1373兼容。利用CS5171/ 3芯片可以是输出电压升高至5V，2.7 V 至28 V输入，SEPI

8、C转换器2.7 V至28 V输入，5 V输出SEPIC转换器以供手 机充电。C10J1 qF_SSQ一一3.3 VQR2172 kVQIFBPGNDTesl 3划吧SSVcc22 jiHD1VoijT-0 5VMBRS120T3C322 uFR31.28k图4手机移动电源升压输出电路3. 电池电量显示电路这个电路的功能就是显示当前移动电源的电池剩余的电量，这样能更加方 便用户使用，及时充电。（XHEC）显航的移动电源的电量显示功能还具备省电功 能，即在对外输出时，工作开始的几秒会自动显示电池的电量然后自动熄灭，节省电池的电能。当需要了解电池的电量时，直接按动按钮，即可再次显示，非常 方便使用。

9、LM324是四运放集成电路，它采用 14脚双列直插塑料封装，外形 如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“ + ”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V- ”为正、负电源端，“Vo” 为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端 Vo的 信号与该输入端的相位相反；Vi+ （ + ）为同相输入端，表示运放输出端 Vo的 信号与该输入端的相位相同。如图所示电路，如图通过LM324AJ四运算放大器 放大电流，来控制四个发光二极管（LED14 ）来显示移动电源电量，当移

10、动电 源电充满时，四个发光二极管（LED14 ）全部亮起。当移动电源对锂电池充电 时发光二极管从LED41依次熄灭来显示移动电源电量。U4DI M324AJ4.2VR6VvVR5it(nATL431CP图5 手机移动电源充电显示电路原理图LM324ULM2十bLED1寒 LED2GNDLED44. 充电指示灯当系统工作时指示灯亮起图中所示的电源指示灯为单向导通的发光二极管。电阻R可选用5、单向导通二极管为1N4004或1N4007。二极管主要用作单向 工作，R用作降压限流。Q4R1BWV5Q6 nR172N54017BD137Q6BD136图6 手机移动电源充电指示灯电路原理图5. 电池保护电

11、路：当电池出现放电时过流，放电时电压过低，充电时电压过高这几种异常情况下，电池保护电路就会关闭电池与外部的连接，保护电池的安全。移动电源使用的都是锂电池，这种电池不能过流，或电压过低、过高，否则会出现爆炸，燃 烧等危险情况。R5402N系列是高耐压、CMOS工艺的电池保护IC，用于1节锂离子/锂聚合物可充电电池的过充电/过放电/过电流保护，还内置了负载短 路保护电路，以防止大的负载短路电流和充电/放电过电流。保护IC是通过监视 VDD与VSS之间的电池电压以及 V-和VSS之间的电压差来进行控制充电和放 电。电池电压在过充电电压以下（Vdetl ）并且在过放电电压以上（Vdet2 ）、 V-端

12、电压在过充电电流检测电压以下 （Vdet4）并且在过放电电流检测电压以上 （Vdet3 ）的情况下，进行充电和放电控制的 MOSFET均被打开。这被视为通 常工作状态，可以自由的进行放电和充电。通过LM7805CT芯片来保护电路，通过此芯片来稳定电压保护输出电压稳定不会烧坏锂电池。IAAAAaZ 22U2LM7B05CTCCl-IMJNQ42N54011L«5 X167Q R4.LS>1LED65QQ6BD13SR1950QR215C %_LV4 二 3.1U14 TL431ACD £2QkO K&y=A50%R23200Q图7 手机移动电源充电池保护原理图图

13、8手机移动电源充电池保护芯片原理图四、性能的测试1如下图所示当系统开关打开时，电池接入电路。充电指示灯LED6亮起。T1U2 LM7805CTLD3E WEGVOLTAGE2N5401R1BWv5QLED60：256 QU 7R4.IfR1750Q5BD137Q轉BD138U14TL431ACD £H '20kfl KeA50%R23200QR2150 %V4二 MM七GND图9手机移动电源性能测试图10 手机移动电源性能测试充电电流Q+2N6401R18A/A5DLED6XMM4a<50 “>Q5Q63&Q13T*a4BD133R17R164.709 D

14、 1 O R 5 LC?R25D22k a 呂U14TL431ACD50 %R232kQKey=A200Q七GND图11手机移动电源性能测波形图如上图所示，MXX4测试充电电流，随着充电时间的变长，充电电流逐渐减 小。说明正在对电池进行充电，移动电源电源正在工作。图12 手机移动电源性能测波形图2如图所示，示波器显示为充电电压波形图，充电电压稳定。万用表XMM1测试移动电源充电电压，电压为 5V。根据输出电压可确定, 该电路可以对锂电池充电。图13 手机移动电源性能测试U2LM7805CTLED6q+2N5401R18VA50XNM4>?5£1eQ51BD1371 <Q6

15、 BD138R17R19500I RIG >4.7Q5 4 TL431ACD £20 kQKey=A70 %+丄R2150 %k。K«y=BR23200QKMMLrGNO图14 手机移动电源性能测试3.如下图所示，由四个LM324AJ四运算放大器放大电流，来控制四个发光 二极管（LED14 ）来显示移动电源电量，当移动电源充电时，四个发光二极管（LED14 ）全部亮起。图15 手机移动电源性能测试通过性能测试，证明移动电源已经达到设计要求。五、结论根据电路图制作实物可以得到一个简易的的手机移动电源， 该移动电源会在 充电式亮起充电指示灯，电路能够对3.3V锂离子电池进

16、行充电， 输出5V电压 适合手机电池充电，并且有4个发光二极管显示电量，符合设计要求。六、性价比LN70O5CTSffilQTV)1CS3r3c(Brkiiid)叹(PackageTO22Olit耳鹿）MaoPDFfPOR)备连(Dastn ption )呢说特寮三扱言阳7全新規賞特价¥ 0.36迄脈 B.0Q最ifi成立D圣则I兴常申，千肖限公司静 广东 劉II 国* .耳甌持忙何丄莎価唏営-厉圭¥0一昶迄再；肛肿最.近爵立0圭主吉祥粒持广耒劉|垮*-二松管全韓矣b阳人'畸鱼俣证¥C.37迄幫：e.oo事丘成交口笙iC强岬-广东畫UIIi命-图16 手机

17、移动电源原件性价比如图所示，可以跟据各个芯片在淘宝和阿里巴巴上的售价来选择价格较为便 宜而又包邮的！比如bd137和LM324AJ芯片的选择。就可以选择价格便宜的。性价比是一个性能与价格之间的比例关系，此概念是用来权衡商品在客观的 可买性上所做的量化。对移动电源来说，其作用是给移动电子设备提供续航能力， 对同一个被充电设备，在价格相等的条件下，移动电源能够提供的续航时间越长， 则该款移动电源性价比越高。续航时间主要是由容量决定的，因而我们用每安时 平均价格作为权衡移动电源性价比的标准。一款移动电源的性能是依据其在额定输出（电压和电流）时能够提供的输出 容量来决定的。这里我们说的是“输出容量”，

18、注意不是标称容量，这是因为移 动电源内的锂离子电池如果正常工作需要输出电能，但锂电池的电压是3.7V，而从移动电源输出时却需要5V电压，因此，在移动电源内部就需要一个升压过 程，即从3.7V升到5V，这一过程必然通过电路上的电子元器件消耗掉一部分能 量，又加之锂电池自身的保护系统和稳压系统也都消耗能量，这些能量最终以热能的形式浪费掉了。到最后，实际从移动电源接口输出的电量并不是锂电池的容 量，二者的比值就是移动电源的转换效率。转换效率越高，消耗的电量越小，能 输出的电量越大，移动电源外壳的温度越接近环境温度。 反之，转 换效率越低, 消耗的电量越大，能输出的电量越小，移动电源外壳的温度就升得越

19、高。七、课设体会及合理化建议本次课设运用数电和模电知识来解决现实生活中的手机移动电源问题， 经过 1 个星期的努力终于做出了完整的手机充电系统。通过此次课程设计，使我更加 扎实的掌握了有关数电和模电方面的知识以及如何去提高电路性能。 在设计中虽 然遇到了一系列问题， 但经过一次又一次的思考和检查， 终于找到问题所在， 也 暴露了我在这方面知识的欠缺和经验不足， 我发现自己在专业只是上面还是有漏 洞，而且以前的学习只停留在表面和书本上，这次课设给了我新的学习机会。没有做课设前觉得课程设计只是对所学知识的单纯总结， 但通过这次课设我 发现这不仅是对知识的检验， 更重要的是提高了自己独立思考、 动手

20、操作的能力。 我学会了很多学习的方法， 有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询， 这 是日后最实用的，真的是受益匪浅。课设已经接近尾声，回想起来感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可 以说是苦多于甜。 我的课设课题确实有点难， 我自己很难独立完成， 在这次实践 中我也向其他同学学习了很多，深刻的认识到了自己平时不注意锻炼动手能力， 对专业知识也学习的不够， 在遇到一些问题的时候不知道从哪里下手。 同时我懂 得了一个道理，就是理论与实际相结合是很重要的，虽然感觉理论上已经掌握， 但在运用到实践的过程中却出现了很多意想不到的困惑， 我才认识到只有理论知 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， 才能真正的弄明白。 这也激发了我今后努力学习的兴趣和动力， 产生积极的影响。 通过这次设计， 我学会了坚持、 耐心和认真， 这将为