1、目 录1 课题名称 12 设计主体要求 及内容 .13 课题分析 与方案论证 .13.1 方案一 23.2 方案二 34 各局部电路设计 .44.1 整流滤波电路 44.2 恒压电路 .54.3 恒流电路 .54.4 充电提示电路 .75 组装 调试 106 元器件的选择 107 设计总结及 改进意见 .107.1 本方案特点及存 在的问题 .117.2 改进意见 及其他设想 .118 设计心得 12参考文献1 课题名称万能充的设计与制作。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
2、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
3、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，为了让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
4、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
5、正的电压，使 Q1 迅速截止，这时二极管 VD1 导通，高频变压器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
6、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
7、、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
8、，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 1.31.5 元/只） ，是作为电压基准的良好选择。其电压调节范围为 2.5V36V。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
9、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, 由公式（4.3 ）IcIb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，
10、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 12 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。一句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
11、。为了焊接的方便和减少电线的使用在焊接过程中尽量使用引脚连接，最后只使用了三根导线。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（图片源自网络） 。图 5 夹板和引针实物图调试分为两部分，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。调试时将万用表接入夹板两引针再调节相应电阻使各参数达到要求。6 元器件选择R1 选用 3W 金属膜电阻器；R2R5 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
12、容；VL 选用红色 LED 发光二极管；V1 选用 BD137、3DA 硅 1C 或 2383 型硅 NPN 晶体管， V2 选用 BD138、3CA4 或 1013型硅 PNP 晶体管， V3 选用 S9015 或 3CG120 硅型 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
13、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。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设计心得通过这次课程设计，首先使自己在模拟电路实践上获得了很多的经验，无论是理论设计还是焊接。解决问题的第一步是分析问题，在开始理论设计时就能大致找到问题的核心，在脑海中初步构想设计原理图，可以说是先有根据设计需求再去构建电路图。在这之后我有一个感触特别深，那就是理论和实践的差距有时真的很大，在帮助其他同学解决问
14、题是我设计了两个个不同的实践方案，每个方案都能成功仿真，但是实践证明只有一个是可行的，每当实验失败时对信心都是一份打击，有时我开玩笑的用“黔驴技穷”来形容自己，当然最后问题还是成功解决了。我们当中的大多数同学日后都会从事商业活动，无论是工厂矿场还是公司企业，这些组织每时每刻都在创造价值和财富，我个人认为在这个过程中起根本作用的是技术和资本，可以说技术和资本的结合就必然会产生价值，有了技术和资本我们就能生产新的产品开创新的服务，创造更多的社会财富。我们中的很多同学本身没有大量的资本，虽然可以从其他途径获得，但是从结果上来看大多数人还是没有足够的资本，所以在这之前技术是我们必须掌握的。一个社会的理
15、性程度越高那么这个社会就越发达，我们学习了很久的自然科学，掌握了很多先进的科学技术，但是社会学科却跟不上自然科学的发展程度，我们可以在 1 加 1 等于几的问题上给出正确的答案，但是在明是非辨真伪上总是得不到令人满意的答案，当以这种不论是非的状态去将技术和资本结合在一起时就会引起很多社会问题，它所产生的价值也是负价值，是文明的倒退，而这也能解释很多社会现象。以上所述的内容是我在思考如何将设计成果转变为社会价值的感想，虽然到目前为止我们的设计都没有转换为社会财富，但是我们还是要在这方面做准备，要在实际行动之前做充足的思考，做到有备而无患。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
