手机充电器的设计与制作

0电力电子技术课程设计说明书题目：手机充电器的设计与制作1学生姓名：朱辰学号：201306070332院（系）：电气与信息工程学院专业：自动化指导教师：康佳玉2016年1月9日2目录1选题背景……………………………………………………………………………21.1设计说明………………………………………………………………………21.2指导思想………………………………………………………………………21.3技术要求………………………………………………………………………21,4方案论证………………………………………………………………………21.4.1方案一……………………………………………………………………21.4.2方案二……………………………………………………………………32电路设计……………………………………………………………………………42.1总体方框图……………………………………………………………………42.2工作原理………………………………………………………………………53各主要电路与工作原理……………………………………………………………53.1降压变压器……………………………………………………………………53.1.1降压变压器的设计与选取………………………………………………63.1.2变压器的外形图及电路图………………………………………………63.2整流电路………………………………………………………………………73.2.1整流电路的设计原理……………………………………………………73.2.2单相桥式全控整流电路图……………………………………………83.3滤波电路……………………………………………………………………83.3.1滤波电路的设计原理…………………………………………………83.3.2滤波电路的原理图……………………………………………………93.4分压、稳压电路……………………………………………………………93.4.1分压、稳压电路的设计原理…………………………………………93.5显示电路……………………………………………………………………93.5.1显示电路的设计原理…………………………………………………94原理总图…………………………………………………………………………105元器件清单………………………………………………………………………116小结………………………………………………………………………………117设计体会及今后的改进意见……………………………………………………127.1体会…………………………………………………………………………127.2本方案特点及存在的问题…………………………………………………137.3改进意见……………………………………………………………………13参考文献…………………………………………………………………………1431选题背景1.1设计说明本充电器由电源变压器T（8VA,9V）、整流桥堆UR(2A,50V)、三端可调集成稳压器IC(W7805)，晶体管V1(9013E)，发光二极管VL1(RED)，电阻R1、R2，电位器RP1、RP2、RP3等组成，可对手机锂电池进行充电，电池充满电后可自动停充。1.2指导思想手机充电器输入端输入220V、50HZ电，分别经过降压、整流、滤波电路使得高电压交流电变换为低电压直流电，再分别经过分压，稳压电路实现满足要求的电压和电流供应，完成充电过程，显示电路用于实现充电过程与充满状态的显示。1.3技术要求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。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。1.4方案论证从课题上可以看出设计的主体要求是将市电变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。1.4.1方案一本方案采用的是现行手机充电器的通用电路，主要是由开关电源和充电电路组成的。4电路图如下：图1-4-1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、发射极为正的电压，使Q1迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器Ｔ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Ｔ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。1.4.2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。5电路图如下：图1-4-2电路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T1、整流桥堆D1，D2，D3，D4和滤波电容C（470μF）组成。恒压电路由电阻R3，电位器R1、R5、稳压管D5、D6，稳压器LM7805充电指示电路由晶体管Q1、电阻R4、电位器R2和发光二极管LED1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。该电压经过恒压电路处理后对电池充电。同时Q1导通，LED1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，R4上电压降低使Q1截止，VLED1熄灭，提醒用户充电结束。2电路设计2.1总体方框图T1NLT_PQ_4_10D11N4007D21N4007D31N4007D41N40072C11uFD5MZ4621D6MZ46215U1LM7805CTLINEVREGCOMMONVOLTAGER12k¦¸Key=A50%R22k¦¸Key=A50%R3300¦¸Q12N22228R4300¦¸LED1910611714R52k¦¸Key=A50%3126图2-1-1总体方框图2.2工作原理首先，经过变压器可以将市电降低为对人体安全的电压，当然，前提是满足要求。其次，经过全桥整流可以得到波动稍大的直流电，所以接下来就要用到滤波电路，这里使用470UF的电解电容。接下来要用到电位器来达到分压的目的，以给三端稳压器提供稳定的电压，也可以使用稳压二极管。三端稳压器的输入端接到此电位器的一端，输出端以及接地端通过电阻和电位器接成三端可调的稳压电路。自此，我们的降压，整流，滤波，分压以及稳压电路就完成了。接下来三极管基极通过一个电位器与稳压器的输出端相接，这是用来调流的，而集电极通过电阻和指示灯接到稳压器的输入端，这就是显示电路。最后，发射级作为充电器的输出正极，而地线作为充电器的输出负极。这样，我们的充电器就算完成了，刚开始在充电过程中显示灯亮，表示处于充电状态；当电池充满以后由于三极管截止，所以指示灯灭，表示充电已完成。这就是基本原理，通过调试来得到精确而且稳定性能良好的锂电池充电器。3各主要电路与工作原理3.1降压变压器T1NLT_PQ_4_10D11N4007D21N4007D31N4007D41N40072C11uFD5MZ4621D6MZ46215U1LM7805CTLINEVREGCOMMONVOLTAGER12k¦¸Key=A50%R22k¦¸Key=A50%R3300¦¸Q12N22228R4300¦¸LED1910611714R52k¦¸Key=A50%31273.1.1降压变压器的设计与选取变压器的工作原理是基于电磁感应定律的，磁场是变压器运行的媒介。由于一、二次侧绕组匝数不同，通过电磁感应作用，可以将一种电压、电流值的交流电能变换为另一种电压、电流量值的产生交流电能。变压器利用电磁感应作用来实现对交流电能的转换，变压器分为电磁感应的电路和此路部分，电路部分由绕组构成，磁路部分有铁心构成。变压器内部的磁场由一二次侧绕组的磁动势共同产生，磁路上的磁动势平衡方程式和电路中的电动势平衡方程式是两种基本电磁关系。二次侧负载变化对一次侧的影响就是通过二次侧绕组磁动势来实现的。所以要实现充电器的正常充电，就要根据变压器的额定值选取适当的变压器。由于充电器的输出电压为4.2V，所以选取额定电压为220V∕9V的单相变压器。3.1.2变压器的外形图及电路图图3-1-1变压器仿真电路图T1NLT_PQ_4_108图3-1-2单相变压器外形图3.2整流电路3.2.1整流电路的设计原理单相桥式全控整流电路带电阻性负载时的电路及工作波形如图3.2.1所示。晶闸管VT1和VT4为一组桥臂，而VT2和VT3组成了另一组桥臂。在交流电源的正半周区间内，即a端为正，b端为负，晶闸管VT1和VT4会导通。此时，电流id从电源a端经VT1、负载Rd及VT4回电源b端，负载上得到的电压ud为电源电压u2（忽略了VT1和VT4的导通压降），方向为上正下负，VT2和VT3则因为VT1和VT4的导通而承受反向的电源电压u2不会导通。因为是电阻性负载，所以电流id也跟随电压的变化而变化。当电源电压u2过零时，电流id也降低为零，也即两只晶闸管的阳极电流降低为零，故VT1和VT4会因电流小于维持电流而关断。而在交流电源的负半周区间内，即a端为负，b端为正，晶闸管VT2和VT3是承受正向电压的，仍在相当于控制角a的时刻给VT2和9VT3同时加触发脉冲，则VT2和VT3被触发导通。电流id从电源b端经VT2、负载Rd及VT3回电源a端，负载上得到的电压ud仍为电源电压u2，方向也还为上正下负，与正半周一致，此时，VT1和VT4因为VT2和VT3的导通承受反向的电源电压u2而处于截止状态。直到电源电压负半周结束，电压u2过零时，电流id也过零，使得VT2和VT3关断。下一周期重复上述过程。由图3.2.1（b）可以看出，负载上得到的直流输出电压ud的波形与半波时相比多了一倍，负载电流id的波形与电压ud波形相似。由晶闸管所承受的电压ut可以看出，其导通角为，除在晶闸管导通期间不受电压外，当一组管子导通时，电源电压u2将全部加在未导通的晶闸管上，而在四只管子都不导通时，设其漏电阻都相同的话，则每只管子将承受电源电压的一半。因此，晶闸管所承受的最大反向电压为，而其承受的最大正向电压为。3.2.2单相桥式全控整流电路图图3-2-1单相桥式全控整流电路3.3滤波电路3.3.1滤波电路的设计原理10经过整流后输出电压变为直流，但电压波形起伏很大，不能使用。为了得到平滑的直流电压波形，需要采