電力電子課程設(shè)計報告手機充電器的制作

1、目 錄1課題名稱12設(shè)計主體要求及內(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)計總結(jié)及改進意見107.1本方案特點及存在的問題117.2改進意見及其他設(shè)想118 設(shè)計心得12參考文獻1 課題名稱手機充電器的制作。2 設(shè)計主體要求及內(nèi)容通信技術(shù)的高速發(fā)展促使手機種類眾多，也導(dǎo)致手機充電器也是多種多樣，本設(shè)計設(shè)計并制作一套手機通用鋰電池的充電器。 充電器的簡單工作過程如下： 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、對手機充電，隨著充電時間的增長，電池兩端的電壓也升高，通過分壓器將此電壓引入基準電壓比較器，其中三個比較器帶三個指示燈，分別指示充電的狀態(tài)，當三個燈全亮時，表示充電已滿。通過以上的工作過程描述結(jié)合生活經(jīng)驗設(shè)計手機實用充電器電路。 技術(shù)要求：能夠順利為鋰電池充電，有必要的顯示、保護功能，充電電壓4.2V，充電限制電壓4.5V。 工作要求：獨立設(shè)計充電器方案，根據(jù)本人的方案，購買所需要的元器件和電路板，獨立設(shè)計并調(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。手機通用的鋰電池充電電壓為4.2V，因此需要設(shè)計一個恒壓源電路。充電電流在一定程度上影響了充電的時間，過高的電流會縮短電池的使用壽命，所以我們還需要一個可靠地恒流源來保證充電的時間和手機的使用壽命。當上述條件都具備時對于不同容量的手機電池充電時間是不一樣的，因此需要一個不以時間為參考的充電完成信號，我們可以根據(jù)電池兩端的電壓是否達到標準電壓來判斷是否充滿電。3.1 方案一本方案采用的是現(xiàn)行手機充電器的通用電路，主要是由開關(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識別電

4、池極性，自動調(diào)整輸出電流使得電池達到最佳充電狀態(tài)，可保護電池延長電池壽命。充電飽和時七彩燈會自動熄滅。當接入電源后，通過整流二極管VD1、R1給開關(guān)管Q1提供啟動電流，使Q1開始導(dǎo)通，其集電極電流Ic在L1中線性增長，在L2中感應(yīng)出使Q1基極為正，發(fā)射極為負的正反 饋電壓，使Q1很快飽和。與此同時，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開始減小，在 L2中感應(yīng)出使Q1基極為負、發(fā)射極為正的電壓，使Q1迅速截止，這時二極管VD1導(dǎo)通，高頻變壓器初級繞組中的儲能釋放給負載。在VT1截止 時，L2中沒有感應(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關(guān)電源那樣，由變壓器的次級繞組向負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）組成電池好壞檢測及電源通電指示電路。Q4、Q5、Q6、Q7組成自動識別電池極性的電路。 當充電端1接電池的正，端2接電池的負時，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-；當充電端2接電池的正，端1接電池的負時，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-。即可完成自動極性的識別，保證充電回路自動工作。3.2 方案二本方案是前期分析的具體實現(xiàn)，也是比較簡單的一種。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)過恒流電路恒壓電路處理后對電池充電。同時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。當電池電壓到達4.2V時，R1上電壓降低使V3截止VL熄滅，提醒用戶充電結(jié)束。4 各局部電路的設(shè)計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)過四個二極管組成的整流橋就變?yōu)榱酥绷麟姡珼E電壓為8.1左右，濾波電容是為了濾除交流成分。在實際購買原器件時為了降低成本和焊接方便購買的是集成整流橋堆，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公司研制開發(fā)的并聯(lián)型三端穩(wěn)壓基準，其突出優(yōu)點是封裝簡單（型如三極

8、管）、參數(shù)優(yōu)越（高精度、低溫漂）、性價比高（民品1.31.5元/只），是作為電壓基準的良好選擇。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，可以做到電壓連續(xù)可調(diào)，這樣不僅可以為手機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)整到一個值，再經(jīng)過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點的電流經(jīng)過三極管V2，1013被放大，最終提供給手機電池。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 充電提示電路當充電結(jié)束時電池陽極電壓接近4.2V，此時R1上的電壓降低，使得V3截止，VL熄滅。此時電池并沒有充滿而是進入恒壓充電方式，在恒流充電階段，電池充到 70% 的總?cè)萘繒r通常需要約 30% 的充電時間，而在恒壓階段用 70% 的充電時間僅能充 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，電池充電時間就越短。為了保證電池能夠充滿可在VL熄滅后繼續(xù)充電12個小時，當充電電流降至100mA以內(nèi)時則應(yīng)停止充電。這使得本方案有了一個缺陷，當二極管燈滅時不能說明電池已經(jīng)充滿，需要特別說明否則一般用戶會自然的認為充電結(jié)束而致使電池充不滿。5 組裝和調(diào)試組

10、裝時選用的是11*8cm的PCB電路板，變壓器獨立放置。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)計總結(jié)及改進意見7.1本方案特點及存在的問題本次設(shè)計制作是結(jié)合之前學習積累的實際引用，具有典型性，設(shè)計思路簡單，易于初學者接受，所用元器件都是常用的，達到了設(shè)計任務(wù)中的要求可以安全的給手機充電器充電。本方案最大的問題就是在充電結(jié)束時沒有明確的信號，盡管有二極管指示燈但是不能準確的反應(yīng)充電的飽和程度，當然這也是本方案簡單的一個原因。變壓器的體積、重量、價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)過整流，整流后的電壓仍有110V左右，調(diào)試時過于危險。所以，經(jīng)過綜合考慮還是

12、方案二最好。7.2改進意見及其他設(shè)想在自動斷電功能方面需要有所改進，先進行恒流充電再進行恒壓充電當電流達到飽和時發(fā)出提示信號并且自動斷電，目標是智能化自動化。8設(shè)計心得本次電力電子課程設(shè)計我共用去一個多月的時間。一放假我便在書上、網(wǎng)上查找有關(guān)充電器的資料，緊接著自己設(shè)計方案并不斷改進。開學之前我到電子市場按設(shè)計方案買了元器件。我焊接共花費兩個多小時的時間，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備充足，并且焊接仔細，所以一次成功。通過這次做充電器，加強了我的動手、思考和解決問題的能力。我從得到題目就

13、認真思考設(shè)計方案，不斷完善自己的方案。之后我又自己買元器件，認識了不少元器件，學到了許多課本上學不到的知識。后來我又焊板子，自己調(diào)試結(jié)果。在設(shè)計過程中，經(jīng)常會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，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。我認識到理論與實踐有一定的差距，因此我們要多實踐，鍛煉自己解決問題分析問題的能力。 我覺得做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我了解了很多元件的功能，尤其是認識了TL431型精密穩(wěn)壓集成電路，并且對

14、于其在電路中的使用有了更多的認識。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件印象深刻。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。這么長時間的電力電子課程設(shè)計，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時滿富激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過實習，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識到老一輩電子設(shè)

15、計者為我們的社會付出的巨大努力。我想說，設(shè)計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學習中，很少有機會能有實踐的機會，但我們有機會進行課程設(shè)計，而且設(shè)計也是一個團隊的任務(wù)，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，我感覺我和同學們之間的距離更加近了；我想說，制作充電器確實很累，但當我們看到自己所做的成果時，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做出我們應(yīng)該做的一切，這有什么不好？我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認為設(shè)計的工作有些枯燥，但我們認為無論干什么，只要人生活的有意義就可。社會需要我們，我們也可

16、以為社會而工作。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。同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導(dǎo)致整項工作的失敗。實習中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個工作失敗。團結(jié)協(xié)作是我們實習成功的一項非常重要的保證。而這次實習也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，都是在不斷與同學的探討中解決。同時，在其他同學的身上我學也到很多實用的知識，在