電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告 手機(jī)充電器的制作

1、目 錄1課題名稱(chēng)12設(shè)計(jì)主體要求及內(nèi)容13 課題分析與方案論證13.1 方案一23.2 方案二34 各局部電路設(shè)計(jì)44.1 整流濾波電路44.2恒壓電路54.3恒流電路54.4充電提示電路75組裝調(diào)試106元器件的選擇107 設(shè)計(jì)總結(jié)及改進(jìn)意見(jiàn)107.1本方案特點(diǎn)及存在的問(wèn)題117.2改進(jìn)意見(jiàn)及其他設(shè)想118 設(shè)計(jì)心得12參考文獻(xiàn)1 課題名稱(chēng)手機(jī)充電器的制作。2 設(shè)計(jì)主體要求及內(nèi)容通信技術(shù)的高速發(fā)展促使手機(jī)種類(lèi)眾多，也導(dǎo)致手機(jī)充電器也是多種多樣，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)并制作一套手機(jī)通用鋰電池的充電器。 充電器的簡(jiǎn)單工作過(guò)程如下： 交流輸入電壓經(jīng)電容降壓，二極管整流橋整流后變成直流電，經(jīng)隔離二極管和濾波電容

2、對(duì)手機(jī)充電，隨著充電時(shí)間的增長(zhǎng)，電池兩端的電壓也升高，通過(guò)分壓器將此電壓引入基準(zhǔn)電壓比較器，其中三個(gè)比較器帶三個(gè)指示燈，分別指示充電的狀態(tài)，當(dāng)三個(gè)燈全亮?xí)r，表示充電已滿(mǎn)。通過(guò)以上的工作過(guò)程描述結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)手機(jī)實(shí)用充電器電路。 技術(shù)要求：能夠順利為鋰電池充電，有必要的顯示、保護(hù)功能，充電電壓4.2V，充電限制電壓4.5V。 工作要求：獨(dú)立設(shè)計(jì)充電器方案，根據(jù)本人的方案，購(gòu)買(mǎi)所需要的元器件和電路板，獨(dú)立設(shè)計(jì)并調(diào)試正常，要求總投資不得高于20元。3 課題分析與方案論證從課題上可以看出設(shè)計(jì)的主體要求是將市電變換為符合要求的直流電源，整體上應(yīng)該有降壓、整流、濾波、恒壓電路。降壓電路可以用最簡(jiǎn)單的變壓

3、器完成，將220V電壓變?yōu)?0V左右的低壓，為了優(yōu)化波形使其更加穩(wěn)定可采用濾波電容去除高頻干擾。手機(jī)通用的鋰電池充電電壓為4.2V，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)恒壓源電路。充電電流在一定程度上影響了充電的時(shí)間，過(guò)高的電流會(huì)縮短電池的使用壽命，所以我們還需要一個(gè)可靠地恒流源來(lái)保證充電的時(shí)間和手機(jī)的使用壽命。當(dāng)上述條件都具備時(shí)對(duì)于不同容量的手機(jī)電池充電時(shí)間是不一樣的，因此需要一個(gè)不以時(shí)間為參考的充電完成信號(hào)，我們可以根據(jù)電池兩端的電壓是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電壓來(lái)判斷是否充滿(mǎn)電。3.1 方案一本方案采用的是現(xiàn)行手機(jī)充電器的通用電路，主要是由開(kāi)關(guān)電源和充電電路組成的。電路圖如下。圖3.1原理圖制作成功后該充電器能自動(dòng)識(shí)別電

4、池極性，自動(dòng)調(diào)整輸出電流使得電池達(dá)到最佳充電狀態(tài)，可保護(hù)電池延長(zhǎng)電池壽命。充電飽和時(shí)七彩燈會(huì)自動(dòng)熄滅。當(dāng)接入電源后，通過(guò)整流二極管VD1、R1給開(kāi)關(guān)管Q1提供啟動(dòng)電流，使Q1開(kāi)始導(dǎo)通，其集電極電流Ic在L1中線(xiàn)性增長(zhǎng)，在L2中感應(yīng)出使Q1基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反 饋電壓，使Q1很快飽和。與此同時(shí)，感應(yīng)電壓給C1充電，隨著C1充電電壓的增高，Q1基極電位逐漸變低，致使Q1退出飽和區(qū)，Ic開(kāi)始減小，在 L2中感應(yīng)出使Q1基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓，使Q1迅速截止，這時(shí)二極管VD1導(dǎo)通，高頻變壓器初級(jí)繞組中的儲(chǔ)能釋放給負(fù)載。在VT1截止 時(shí)，L2中沒(méi)有感應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng)R1給C1反向充

5、電，逐漸提高Q1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下 去。這里就像單端反激式開(kāi)關(guān)電源那樣，由變壓器的次級(jí)繞組向負(fù)載輸出所需要的電壓，在C4的兩端獲得9V的直流電，供充電電路工作。 在充電電路中Q2與CH（七彩發(fā)光二極管）組成充電指示電路。R7與PW（紅色二極管）組成電池好壞檢測(cè)及電源通電指示電路。Q4、Q5、Q6、Q7組成自動(dòng)識(shí)別電池極性的電路。 當(dāng)充電端1接電池的正，端2接電池的負(fù)時(shí)，充電回路是電源的+、Q5（發(fā)射極）、Q5（集電極）、端1接+ 、Q7（飽和）、端2接-；當(dāng)充電端2接電池的正，端1接電池的負(fù)時(shí)，充電回路是電源的+、Q4（發(fā)射極）、Q4（集電極）、

6、端2接+、Q6（飽和）、端2接-。即可完成自動(dòng)極性的識(shí)別，保證充電回路自動(dòng)工作。3.2 方案二本方案是前期分析的具體實(shí)現(xiàn)，也是比較簡(jiǎn)單的一種。電路圖如下。圖3.2 原理圖該電路有四部分組成電源輸入電路、恒流電路、恒壓電路、充電指示電路組成。電源輸入電路由電源變壓器T、整流橋堆D1，D2，D3，D4和濾波電容C組成。恒壓電路由電阻R1、R2、電位器RP1、晶體管V1、精密穩(wěn)壓基準(zhǔn)源IC組成。恒流電路由晶體管V2、電阻R3、電位器RP2。充電指示電路由晶體管V3、電阻R4、R5和發(fā)光二極管VL組成。交流電220V電壓經(jīng)過(guò)變壓器T（二次側(cè)電壓9V）、整流橋、濾波電容C后，產(chǎn)生8.1V的直流電壓。該電

7、壓經(jīng)過(guò)恒流電路恒壓電路處理后對(duì)電池充電。同時(shí)V3導(dǎo)通，VL發(fā)光。隨著電池兩極板電壓的升高充電電流將逐漸減小。當(dāng)電池電壓到達(dá)4.2V時(shí)，R1上電壓降低使V3截止VL熄滅，提醒用戶(hù)充電結(jié)束。4 各局部電路的設(shè)計(jì)4.1 整流濾波電路圖4.1電源輸入部分變壓器源邊是220V交流電，二次側(cè)電壓為9V經(jīng)過(guò)四個(gè)二極管組成的整流橋就變?yōu)榱酥绷麟?，DE電壓為8.1左右，濾波電容是為了濾除交流成分。在實(shí)際購(gòu)買(mǎi)原器件時(shí)為了降低成本和焊接方便購(gòu)買(mǎi)的是集成整流橋堆，規(guī)格是2A、50V。4.2 恒壓電路在這邊部分電路中使用了TL431。TL431是TL、ST公司研制開(kāi)發(fā)的并聯(lián)型三端穩(wěn)壓基準(zhǔn)，其突出優(yōu)點(diǎn)是封裝簡(jiǎn)單（型如三極

8、管）、參數(shù)優(yōu)越（高精度、低溫漂）、性?xún)r(jià)比高（民品1.31.5元/只），是作為電壓基準(zhǔn)的良好選擇。其電壓調(diào)節(jié)范圍為2.5V36V。本方案中的接法類(lèi)似于下圖（b）調(diào)節(jié)電位器RP1就可以調(diào)節(jié)輸出電壓，這也正是本方案的一大優(yōu)點(diǎn)，可以做到電壓連續(xù)可調(diào)，這樣不僅可以為手機(jī)電池充電還可以作為電源為其他電子芯片、元件供電。圖4.2.1 TL431原理圖圖4.2.2 恒壓電路BC電壓可以被精確的調(diào)整到一個(gè)值，再經(jīng)過(guò)V2的CE管壓降就得到充電電壓。4.3 恒流電路圖4.3恒流源流經(jīng)B點(diǎn)的電流經(jīng)過(guò)三極管V2，1013被放大，最終提供給手機(jī)電池。調(diào)節(jié)RP2可以調(diào)節(jié)基極電流, 就可以由IB調(diào)節(jié)整個(gè)充電電流的大小。4.4

9、充電提示電路圖4.4 充電提示電路當(dāng)充電結(jié)束時(shí)電池陽(yáng)極電壓接近4.2V，此時(shí)R1上的電壓降低，使得V3截止，VL熄滅。此時(shí)電池并沒(méi)有充滿(mǎn)而是進(jìn)入恒壓充電方式，在恒流充電階段，電池充到 70% 的總?cè)萘繒r(shí)通常需要約 30% 的充電時(shí)間，而在恒壓階段用 70% 的充電時(shí)間僅能充 30% 的總電池電量。這是由于電池具有內(nèi)部電阻。電池內(nèi)部電阻越低，電池充電時(shí)間就越短。為了保證電池能夠充滿(mǎn)可在VL熄滅后繼續(xù)充電12個(gè)小時(shí)，當(dāng)充電電流降至100mA以?xún)?nèi)時(shí)則應(yīng)停止充電。這使得本方案有了一個(gè)缺陷，當(dāng)二極管燈滅時(shí)不能說(shuō)明電池已經(jīng)充滿(mǎn)，需要特別說(shuō)明否則一般用戶(hù)會(huì)自然的認(rèn)為充電結(jié)束而致使電池充不滿(mǎn)。5 組裝和調(diào)試組

10、裝時(shí)選用的是11*8cm的PCB電路板，變壓器獨(dú)立放置。一句電路圖從左至右從中間到兩邊依次焊接。由于變壓器獨(dú)立放置所以將變壓器安排在最后焊接。 調(diào)試分為兩部分，電壓的調(diào)試和電流的調(diào)試。首先是調(diào)節(jié)RP1的電阻值使得充電電壓為4.2V再調(diào)節(jié)RP2的電阻阻值使得充電電流為200mA左右。6 元器件選擇R1選用3W金屬膜電阻器；R2R5均選用1/4W碳膜電阻；RP1和RP2均選用小型線(xiàn)性電阻或可變電阻器；C選用電壓值為16V的電解電容；VL選用紅色LED發(fā)光二極管；V1選用BD137、3DA硅1C或2383型硅NPN晶體管，V2選用BD138、3CA4或1013型硅PNP晶體管，V3選用S9015或3

11、CG120硅型PNP晶體管。7 設(shè)計(jì)總結(jié)及改進(jìn)意見(jiàn)7.1本方案特點(diǎn)及存在的問(wèn)題本次設(shè)計(jì)制作是結(jié)合之前學(xué)習(xí)積累的實(shí)際引用，具有典型性，設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單，易于初學(xué)者接受，所用元器件都是常用的，達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)中的要求可以安全的給手機(jī)充電器充電。本方案最大的問(wèn)題就是在充電結(jié)束時(shí)沒(méi)有明確的信號(hào)，盡管有二極管指示燈但是不能準(zhǔn)確的反應(yīng)充電的飽和程度，當(dāng)然這也是本方案簡(jiǎn)單的一個(gè)原因。變壓器的體積、重量、價(jià)格都是本方案中排名第一的，與方案一中的高頻變壓器相比差距很大，高頻變壓器體積小，在價(jià)格上與使用的變壓器相比相差十倍之多。但是，方案一先經(jīng)過(guò)整流，整流后的電壓仍有110V左右，調(diào)試時(shí)過(guò)于危險(xiǎn)。所以，經(jīng)過(guò)綜合考慮還是

12、方案二最好。7.2改進(jìn)意見(jiàn)及其他設(shè)想在自動(dòng)斷電功能方面需要有所改進(jìn)，先進(jìn)行恒流充電再進(jìn)行恒壓充電當(dāng)電流達(dá)到飽和時(shí)發(fā)出提示信號(hào)并且自動(dòng)斷電，目標(biāo)是智能化自動(dòng)化。8設(shè)計(jì)心得本次電力電子課程設(shè)計(jì)我共用去一個(gè)多月的時(shí)間。一放假我便在書(shū)上、網(wǎng)上查找有關(guān)充電器的資料，緊接著自己設(shè)計(jì)方案并不斷改進(jìn)。開(kāi)學(xué)之前我到電子市場(chǎng)按設(shè)計(jì)方案買(mǎi)了元器件。我焊接共花費(fèi)兩個(gè)多小時(shí)的時(shí)間，之后上電調(diào)試。首先是調(diào)節(jié)RP1的電阻值使得充電電壓為4.2V再調(diào)節(jié)RP2的電阻阻值使得充電電流為200mA左右。我由于之前方案論證階段準(zhǔn)備充足，并且焊接仔細(xì)，所以一次成功。通過(guò)這次做充電器，加強(qiáng)了我的動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。我從得到題目就

13、認(rèn)真思考設(shè)計(jì)方案，不斷完善自己的方案。之后我又自己買(mǎi)元器件，認(rèn)識(shí)了不少元器件，學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識(shí)。后來(lái)我又焊板子，自己調(diào)試結(jié)果。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想老想著這樣的接法可以行得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。我認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)踐有一定的差距，因此我們要多實(shí)踐，鍛煉自己解決問(wèn)題分析問(wèn)題的能力。 我覺(jué)得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我了解了很多元件的功能，尤其是認(rèn)識(shí)了TL431型精密穩(wěn)壓集成電路，并且對(duì)

14、于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問(wèn)題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問(wèn)題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件印象深刻。認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。這么長(zhǎng)時(shí)間的電力電子課程設(shè)計(jì)，過(guò)程曲折可謂一語(yǔ)難盡。在此期間我也失落過(guò)，也曾一度熱情高漲。從開(kāi)始時(shí)滿(mǎn)富激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無(wú)不令我回味無(wú)長(zhǎng)。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見(jiàn)證著收獲。勞動(dòng)是人類(lèi)生存生活永恒不變的話(huà)題。通過(guò)實(shí)習(xí)，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識(shí)到老一輩電子設(shè)

15、計(jì)者為我們的社會(huì)付出的巨大努力。我想說(shuō)，設(shè)計(jì)確實(shí)有些辛苦，但苦中也有樂(lè)，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機(jī)會(huì)能有實(shí)踐的機(jī)會(huì)，但我們有機(jī)會(huì)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，而且設(shè)計(jì)也是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)，一起的工作可以讓我們有說(shuō)有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂(lè)在這里灑下，我感覺(jué)我和同學(xué)們之間的距離更加近了；我想說(shuō)，制作充電器確實(shí)很累，但當(dāng)我們看到自己所做的成果時(shí)，心中也不免產(chǎn)生興奮； 正所謂“三百六十行，行行出狀元”。我們同樣可以為社會(huì)做出我們應(yīng)該做的一切，這有什么不好？我們不斷的反問(wèn)自己。也許有人不喜歡這類(lèi)的工作，也許有人認(rèn)為設(shè)計(jì)的工作有些枯燥，但我們認(rèn)為無(wú)論干什么，只要人生活的有意義就可。社會(huì)需要我們，我們也可

16、以為社會(huì)而工作。既然如此，那還有什么必要失落呢？于是我們決定沿著自己的路，執(zhí)著的走下去。同時(shí)我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開(kāi)團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個(gè)人的離群都可能導(dǎo)致整項(xiàng)工作的失敗。實(shí)習(xí)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們實(shí)習(xí)成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次實(shí)習(xí)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，都是在不斷與同學(xué)的探討中解決。同時(shí)，在其他同