充电器.docx

1、充电器1 选题背景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，第二阶段采用横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

2、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，

3、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。 目前手机

4、充电器主要有旅行充电器，座式充电器和车载充电器。厂家生产的原装旅行充电器和座式充电器，设计上都采用越来越精密的保护电路或开关电路设计，对电池的充电起到了良好的保护作用。车载充电器可以方便用户在汽车上为手机充电，一端插入点烟器，另一端连接手机，但不宜在汽车中长期充电，因为汽车中温度较高。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

5、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250ma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

6、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A）。另外，还可以在输入交

7、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。 现在市场上的大部分充电器，只是针对锂电池或镍氢电池充电的，但是随着市场的发展，自动识别两种电池而进行相应的充电进程的充电器正在逐步占据主流。可以自动分辨锂电池或镍氢电池的座充能“防止将锂电放电的错误动作”，如果在充锂电池时不小心按到了座充上的“放电钮”，好的座充可以辨识出来是锂电池，因此不会做放电动作；差的座充则不管三七二十一地进行放电，这就会造成锂电池寿命的折损。2. 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

8、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

9、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

10、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 核心元器件简介集成芯片CT3582C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2-1

11、 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2.3 充电器工作原理图2-3 工作原理图220v交流输入，一段经过一个4007半波整流，另一端经过一个10欧电阻后，由2.2uf电容滤波。这个10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D2,4007PF电容，51千欧的电阻构成一个高压吸收电路，当开关管Q关断时，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

12、导致击穿。Q开光管，耐压400V，集电极最大电流1.5A，最大集电极功耗为14W,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。这个电源为反击式的，左端的510千欧为启动电阻，给开关管提供启动的基极电流。13003下方的10欧电阻为电流取样电阻，电流经取样后变成电压（其值为10*I），这电压经二极管4148后，加至三极管的基极上。当取样电压大约大于1.4V即开关管电流大于0.14A时，三极管导通从而将开关管Q的基极电压拉低，从而极电流减小，这样就限制了开关的电流，防止电流过大而烧毁（其实这是一个恒流结构，将开关管的最大电流限

13、制在140mA左右）。变压器左下方绕组的感应电压经整流二极管4148整流，2.2微法电容滤波后形成取样电压。为了分析方便，我们去三极管发射极一端为地，那么这取样电压就是负的，并且输出电压越高时采样电压越负。取样电压经过6.2V稳压二极管后，加至开关管13003的基极。因此，当输出电压越高时，取样电压就越负，当负到一定程度后，6.2V稳压二极管被击穿，从而将开关13003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。而下方的一千欧电阻跟串联的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

14、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。红色LED灭，绿色LED亮，表示恒流充电阶段，电池在充电中。红色LED 亮，绿色LED 灭，表示恒压充电阶段，电池基本充满。图2-3 电池快速充电曲线3. 元器件清单序号名称型号规格位号数量序号名称型号规格位号数量1集成块IC3582CU1110变压器六脚T112三极管13001Q1111电阻8.2R413二极管发光红LED3112电阻51R314二极管发光绿LED1、LED2213电阻3.3KR215二极管IN4007D114电阻1MR116二极管8V2D2115瓷片电容1KV/101C217二极管1N4148D3、D

15、5216瓷片电容104C5、C6、C738二极管1N5819D4117涤纶电容332C119电解电容220UFC4118电解电容2.2UFC31 4. 电路调试 在调试过程中，三极管的管脚及集成块的管脚最容易焊接出问题了，三极管管脚焊接部正确会造成电阻R2急剧发热而着火。如果不及时切断电源对后续元件会造成很大的伤害。再就是集成芯片，把左右弄反得的话，首先会把变压器烧了，再者就是指示灯的指示会出问题。所以调试很必要。5. 设计体会这次课程设计，是考验我们的信息搜索能力，从互联网上找到我们所需要的相关资料，从中选择出我们真正需要和使用的到东西，然后组成自己所需要的电路。在基本电路组成后，然后使用p

16、rotues进行仿真，仿真又是一个问题，由于对软件的不熟悉，仿真的过程也异常的困难，有的元件由于不知道型号，无法找到正确的元件放置上去，电路也是经过了多次的修改，才最终在仿真中达到要求的参数。最后在购买元件时又遇到了问题，自己所需要的元件不一定能买到，只能购买与其功能相近的元件。有的管脚布局不一样的，只能进行修改电路来完成。并且有的电阻的阻值也是买不到的，这也需要用近似的来代替。在焊接过程中，第一个要面对的问题是布局，要使电路布局整洁也是需要考虑一番的，一个焊接的不好的焊接就可能导致短路，短路的后果是比较严重的，轻则元件烧毁重则会发生爆炸。导线在焊接过程中也是要注意的，有时候不小心的虚焊，让你

17、花大半天的时间去查找原因。电路分部做也是非常重要的，刚开始的时候，输出不对，查找原因是一根连接的导线断了。这都是一些宝贵的经验，对以后的工作一定很有帮助的。有了这次难忘的经历，我觉得自己充实了许多，学到了很多东西，更重要的是我们学会了如何协同合作，学会了遇到问题应该如何解决。这将为我们以后的学习和工作中起着重要的作用。参考文献【1】 阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006【2】 康华光.电子技术基础（模拟部分）.华中科技大学. 高等教育出版社.2006 【3】 马全喜.电子元器件与电子实习.机械工业出版社.2006【4】 何杜成、袁跃进.电机-光电显示-改进应用电路.山东科学技术出版社.2007【5】 李志健. 数字电子技术基础实验任务书.陕西科技大学教务处.2007【6】 杨刚、周群.电子系统设计与实践.电子工业出版社.2004目录1 选题背景 11.1 指导思想 22.充电器分析及设计 32.1 充电器工作流程 32.2 核心元器件简介 42.3 充电器工作电路设计 53. 元器件清单 64. 电路调试 75. 设计体会 7参考文献 8附录 原理总图 9