手机充电器的制作论文

手机万能充的制作摘要：对于万能充的空前成功，如此评价其历史价值：以前一个手机要对一个充电器，因为手机换代很快，有的人半年就换一台手机，一个老百姓平均使用的充电器十个八个，对社会资源是极大的浪费。万能充发明出来后，一个充电器基本可以满足全家人使用。所以说对节约社会资源，做出了一定的贡献，在这个行业来说也是一个创新性的里程碑式的产品，有效地推动了充电器标准化的进程。一个小小充电器不仅改变了海陆通公司的命运，也改变了数以千万中国手机用户换手机一定要换充电器的束缚，给手机用户带来了极大的便利。本设计的手机充电器的工作原理是由一个稳定电源（主要是稳压电源提供稳定工作电压和足够的工作电流）加上必要的恒流、限压、限时等必要的电路组成。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。本电路主要利用来了三极管13001的开关作用，和变压器、稳压管和三极管构成的反激式开关电源作用以及集成块IC3582C具有的自动识别电池极性，支持普通三灯模式，充电饱和电压4.25V（典型值），空载时稳压输出、短路保护、充电电流典型值200mA、最大值为300mA的作用，使得整个电路具有充电过压保护、恒流及短路保护功能。关键字：开关作用过压保护IC3582C一、绪论本设计采用的是最普遍的锂电池，在生活中为更好的维护它，延长它使用寿命，对其也要选用它的充电器，使之对手机本身以及蓄电池无损坏，因此选用锂离子充电器。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，所以需要给手机选用适合的充电器。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。而对锂离子电池充电，采用了两阶段快充电控制方式。第一阶段采用恒电流充电方式，第二阶段采用恒电压充电方式为锂离子电池充电。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。所有或者部分这些功能都可以在充电芯片中实现，当然，也可利用ASIC、分立器件、或在微处理器的基础上用软件实现。

目前，市场上手机充电器种类繁多，但其中也有很多质量低劣的不合格产品。在去年产品质量国家监督抽查结果中，将近40％的厂家生产的充电器不合格。其主要问题出现在:与交流电网电源的连接，电源端子骚扰电压，辐射骚扰场强和充电电压几个方面。另外，一些产品的低温性能、额定容量、放电性能、安全保护性能等方面存在质量问题。这些质量问题会影响到手机的正常使用，还会影响手机的使用寿命，严重时还可能伤害消费者。

现在市场上发现有一些假冒伪劣手机电池便携式充电器。这些充电器由于价格非常低，携带方便，有许多手机用户更愿意使用这些充电器来对电池进行充电。劣质充电器实际上就是一个没有安全保证的简易变压器，由于内部缺少保护电路等保证安全的零配件，因而重量较原装品轻很多。但实际上，由于现在的手机电池多采用锂离子电池或镍氢电池作电芯，对充电器的电压、电流特性及安全保护有很高的要求。这些假冒伪劣充电器由于设计简单，采用劣质材料，加工手段粗糙，对手机电池的性能和寿命有很大损害。没有保护电路的充电器，由于不能保证充电时电流的稳定，因而会有烧坏电池甚至爆炸的危险。

1.1指导思想手机充电器的工作原理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工作电流）加上必要的恒流、限压、限时等必要的电路组成。原装充电器上所标注的输出参数，比如输出4.4V/1A就是指内部稳压电源的相关参数。一个品质好的手机充电器很容易改成一个质地优良的稳压电源，比如输出4.4V可以可以给4.5V的设备用。手机常用锂离子电池充电器采用的是恒流限压充电制，充电电流一般采用两小时充电率，比如500mah电池采用250mah充电大约两小时达到4.2V后再用恒压充电。目前，手机充电器可分为单槽形状和双槽型充电器，单槽形充电器正在受到双槽形的攻击。双槽形充电器除了具有慢速充电、快速充电、放电及镍镉、镍氢电池兼充的标准功能外，还有部分产品带有自动温度控制与电压控制，严防过充的新功能，因而消费者应将倾向于选择双槽型充电器。

随着手机种类的日益增多，各种充电器因机型不同，电源端口的大小也不相同，从而不能互换使用，给消费者带来了不便。标准型充电器，是指可以连接所有手机底端电源插座（端口）的充电器。而且，生产的手机的电源端口将统一为适用于标准充电器的规格。这样，消费者将不必在每次换手机时同时购买新的充电器。由此可见，充电器在从坐式向便携式、双槽式等方向发展的同时，也开始向标准化、通用化的方向发展。

手机充电器的待机耗电量的降低逐步成为充电器的设计过程中的一个重要环节。相比于以前的充电器，今后生产的产品将会在各项功能完善的同时进一步降低本身的待机耗电量。为了达到这一目标，可以设计一个判断AC适配器是否连接负荷（手机）的IC，当未连接负荷时，将AC适配器的直流输出方（2级电路）切换到高阻抗电路上。通过采取这一措施可以大幅减少待机时2级电路的消耗电流（可以达到数十uA）。另外，还可以在输入交流100V方（1级电路）中设置切换电路。在未连接负荷时，通过开关切换电路来减少供应给直流输出方（2级电路）的功率从而减少耗电量。

二、充电器分析及设计2.1充电器工作流程目前手机充电器的工作流程一般为：1）检测电池的电压，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。

以美国TI公司的BQ2057为例，其充电流程如下：除了上面的流程描述，它还具有可选的电池温度监测，利用电池组温度传感器连续检测电池温度，当电池温度超出设定范围时BQ2057关闭对电池充电。而且，充电状态识别可由输出的LED指示灯或与主控器接口实现，具有自动重新充电、最小电流终止充电、低功耗休眠等特性。

一般来说，恒压充电结束时的小电流充电过程中，电流的大小一般为恒流充电时电流的十分之一。目前在锂离子电池充电器的设计中，对手机充电结束后由于某种因素放电的情况而专门设计了检测电路，一旦检测到电池电压降低，就会重新启动充电过程。

综上所述，随着便携式产品突发猛进的发展，尤其是手机的普及，以及锂离子电池的广泛应用，锂离子电池充电器的设计和功能面临着进一步的改善。对于众多充电器生产厂家来说，尽早设计出功能完善、安全实用的充电器，就能更早的在市场中占据领先地位，抢占商机。快速充电过程分为恒流充电阶段（快速充电阶段）和恒压充电阶段（涓流充电阶段）。充电期间，单片机轮流采集电池电压、充电电流、电池温度和进行时间计数，每检测一次进行判断控制程序走向。为了系统控制的更精确，对电池电压，充电电流采样过程中可以次采样求平均值，并且可以对采样值进行数字滤波。电个阶段的子程序流程描述如下：1）检测充电器是否有电池接上，有则开始执行充电子程序，没有则继续检测等待。2）检测电池接上后，断开充电电路，对电池电压采样，根据电池电压来决定充电阶段。3）确定充电阶段后，执行恒流充电阶段或者恒压充电阶段。4）充电结束。2.2核心元器件简介2.2.1集成芯片IC3582C集成芯片IC3582C在原来358的基础上又把外围电阻和三极管全部集成，还增加了双刀开关。具有自动识别电池正负极功能。它采用直流限压方式充电，一般充电两小时左右即可达到4.1v恒压，对电池性能和寿命起到一定的保护作用。图2-2集成芯片序号名称描述1BNT电池负极2L3指示灯L3引脚3L2指示灯L2引脚4L1指示灯L1引脚5SET功能选择（接VDD为3灯和2灯模式，接GND为七彩模式）6GND电源负极（地端）7BTP电池正极8VOD电源正极2.2.2三极管的特性双极结形三极管又称为双极型三极管、半导体三极管或晶体管，简称三极管。它们常常是组成各种电子电路的核心器件。三极管可分为两种结构：NPN型和PNP型。但无论是NPN型或是PNP型的三极管，内部均包括三个区：发射区、基区和集电区，并相应地引出三个电极：发射极（e）、基极（b）和集电极（c）,同时。在三个区的两两交界处，形成两个PN结，分别称为发射结和集电结。从三极管内部制造工艺来看，主要有两个特点。第一，发射区高掺杂，即发射区中多数载流子的浓度很高。NPN三极管的发射区为N型，其中的多子是电子，因此发射区中的电子很高。第二、基区很薄，而且掺杂浓度比较低。NPN三极管的基区为P区，所以其中的多子空穴比较少。从外部条件来看，外加电源的极性应使发射结正向偏置，集电结反向偏置。三极管具有电流放大作用，当其工作在放大区时，其集电极电流和基极电流有如下近似关系：，即集电极电流近似等于基极电流的倍。利用这一特性，有的时候又可将三极管看做成开关管，即可控制基极电流的有无从而达到控制集电极和发射极是否导通的作用。在本设计中正是利用了三极管的这一作用。三极管的输入特性曲线2.3充电器工作原理分析图2-3工作原理图220V交流输入，一端经过一个IN4007半波整流，另一端经过一个8.2欧电阻后，由2.2uF电容滤波。这个8.2欧的电阻用来做保护的，如果后面出现故障等导致过流，那么这个电阻将被烧断，从而避免引起更大的故障。右边的D2,101电容，3.3千欧的电阻构成一个高压吸收电路,变压器左下方的绕组(取样绕组)的感应电压经整流二极管IN4148整流，2.2uF电容滤波后形成取样电压。为了分析方便，我们取三极管13001发射极一端为地。那么这取样电压就是负的(-4V左右)，并且输出电压越高时，采样电压越负。取样电压经过8.2V稳压二极管后，加至开关管13001的基极。当输出电压越高时，那么取样电压就越负，当负到一定程度后，8.2V稳压二极管被击穿，从而将开关13001的基极电位拉低，这将导致开关管断开或者推迟开关的导通，从而控制了能量输入到变压器中，也就控制了输出电压的升高，实现了稳压输出的功能。输出电压当开关管Q关断时，由C2组成的高压吸收电路负责吸收线圈上的感应电压，从而防止高压加到开关管Q上而导致击穿。Q开关管，耐压400V，集电极最大电流0.3A，最大集电极功耗为7W,用来控制原边绕组与电源之间通断。当原边绕组不停的通断就会在开关变压器中形成变化的磁场，从而在次级绕组中产生感应电压。这个电源为反激式的，左端的3.3千欧为启动电阻，给开关管提供启动的基极电流。而下方的51欧电阻跟串联的332电容则是正反馈支路，从取样绕组中取出感应电压加到开关管的基极上,以维持震荡。右边的次级绕组经二极管整流，220微法电容滤波后输出4.2V的电压。电池在充电中，红色LED亮，绿色LED灭，表示恒流充电阶段。红色LED灭,绿色LED亮,表示恒压充电阶段，电池基本充满。2.4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。在动手焊接前用万用表将各元件测量一下，做到心中有数。安装时先安装低矮和耐热元件（如电阻），然后再装大一点的元件（如变压器），最后装怕热元件（如三极管、集成块）。在焊接的过程当中要仔细，细心，尽量保持手不要大幅度的摆动，尽量使得焊点成一个光滑的圆锥形。为了连接充电器的方便使用了一般万能充都采用的夹板和引针，这样可以很好的固定手机电池。如下图所示。2.3图夹板和引针实物三、设计总结及改进意见3.1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。3.2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。四、结论本次所设计的是流水彩灯控制电路的设计，本次课程设计主要结合了数字电路课程。在汪杰君老师的指导和支持下完成的。还要感谢其他同学对我的无私帮助，使我得以顺利完成系统设计。此次课程设计需要严谨的科学态度和完整的设计思维和方法。设计电路关键在于对设计要求的理解分析以及对基本电路相关知识的熟练掌握。设计电路时，将总体的功能分成若干个部分来实现，是简化电路设计思路的很好方法；且搞清各个模块的功能与实现要求操作的具体方法，对电路故障的检查也是很有帮助。通过这次设计，我学到了很多东西，如查找资料，设计比较，从各种资料中提取所需。也吸取了很多教训。真正提高了动手能力，学会获取资料，活跃了自己的思维，巩固了所学知识。流水彩灯控制器的设计是对数字电路逻辑设计知识的实践运用，加深了对知识的理解。这次课设是一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次设计，我摆脱