萬能充的設計與制作.doc

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______________________________________________________________________________________________________________ 目 錄 1課題名稱 1 2設計主體要求及內(nèi)容 1 3 課題分析與方案論證 1 3.1 方案一 2 3.2 方案二 3 4 各局部電路設計 4 4.1 整流濾波電路 4 4.2恒壓電路 5 4.3恒流電路 5 4.4充電提示電路 7 5組裝調試 10 6元器件的選擇 10 7 設計總結及改進意見 10 7.1本方案特點及存在的問題 11 7.2改進意見及其他設想 11 8 設計心得 12 參考文獻 1 課題名稱 萬能充的設計與制作。 2 設計主體要求及內(nèi)容 通信技術的高速發(fā)展促使手機種類眾多，也導致手機充電器也是多種多樣，本設計設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合生活經(jīng)驗設計手機實用充電器電路。 技術要求：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，獨立設計并調試正常，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器完成，將220V電壓變?yōu)?0V左右的低壓，為了讓優(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池極性，自動調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給開關管Q1提供啟動電流，使Q1開始導通，其集電極電流Ic在L1中線性增長，在L2中感應出使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導通，高頻變壓器Ｔ初級繞組中的儲能釋放給負載。在VT1截止 時，L2中沒有感應電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng)R1給C1反向充電，逐漸提高Q1基極電位，使其重新導通，再次翻轉達到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復振蕩下 去。這里就像單端反激式開關電源那樣，由變壓器Ｔ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）、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（二次側電壓9V）、整流橋、濾波電容C后，產(chǎn)生8.1V的直流電壓。該電壓經(jīng)過恒流電路恒壓電路處理后對電池充電。同時V3導通，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，提醒用戶充電結束。 4 各局部電路的設計 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?，DE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（型如三極管）、參數(shù)優(yōu)越（高精度、低溫漂）、性價比高（民品1.3～1.5元/只），是作為電壓基準的良好選擇。其電壓調節(jié)范圍為2.5V～36V。本方案中的接法類似于下圖（b）調節(jié)電位器RP1就可以調節(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，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。調節(jié)RP2可以調節(jié)基極電流,由公式 （4.3） 就可以由IB調節(jié)整個充電電流的大小。 4.4充電提示電路 圖4.4 充電提示電路 當充電結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% 的總容量時通常需要約 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1~2個小時，當充電電流降至100mA以內(nèi)時則應停止充電。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束而致使電池充不滿。 5 組裝和調試 組裝時選用的是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。 為了焊接的方便和減少電線的使用在焊接過程中盡量使用引腳連接，最后只使用了三根導線。 為了連接充電器的方便使用了一般萬能充都采用的夾板和引針，這樣可以很好的固定手機電池。 如下圖所示（圖片源自網(wǎng)絡）。 圖5 夾板和引針實物圖 調試分為兩部分，電壓的調試和電流的調試。首先是調節(jié)RP1的電阻值使得充電電壓為4.2V再調節(jié)RP2的電阻阻值使得充電電流為200mA。 調試時將萬用表接入夾板兩引針再調節(jié)相應電阻使各參數(shù)達到要求。 6 元器件選擇 R1選用3W金屬膜電阻器； R2~R5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3CG120硅型PNP晶體管。 7 設計總結及改進意見 7.1本方案特點及存在的問題 本次設計制作是結合之前學習積累的實際引用，具有典型性，設計思路簡單，易于初學者接受，所用元器件都是常用的，達到了設計任務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。 7.2改進意見及其他設想 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．設計心得 通過這次課程設計，首先使自己在模擬電路實踐上獲得了很多的經(jīng)驗，無論是理論設計還是焊接。解決問題的第一步是分析問題，在開始理論設計時就能大致找到問題的核心，在腦海中初步構想設計原理圖，可以說是先有根據(jù)設計需求再去構建電路圖。 在這之后我有一個感觸特別深，那就是理論和實踐的差距有時真的很大，在幫助其他同學解決問題是我設計了兩個個不同的實踐方案，每個方案都能成功仿真，但是實踐證明只有一個是可行的，每當實驗失敗時對信心都是一份打擊，有時我開玩笑的用“黔驢技窮”來形容自己，當然最后問題還是成功解決了。 我們當中的大多數(shù)同學日后都會從事商業(yè)活動，無論是工廠礦場還是公司企業(yè)，這些組織每時每刻都在創(chuàng)造價值和財富，我個人認為在這個過程中起根本作用的是技術和資本，可以說技術和資本的結合就必然會產(chǎn)生價值，有了技術和資本我們就能生產(chǎn)新的產(chǎn)品開創(chuàng)新的服務，創(chuàng)造更多的社會財富。我們中的很多同學本身沒有大量的資本，雖然可以從其他途徑獲得，但是從結果上來看大多數(shù)人還是沒有足夠的資本，所以在這之前技術是我們必須掌握的。一個社會的理性程度越高那么這個社會就越發(fā)達，我們學習了很久的自然科學，掌握了很多先進的科學技術，但是社會學科卻跟不上自然科學的發(fā)展程度，我們可以在1加1等于幾的問題上給出正確的答案，但是在明是非辨真?zhèn)紊峡偸堑貌坏搅钊藵M意的答案，當以這種不論是非的狀態(tài)去將技術和資本結合在一起時就會引起很多社會問題，它所產(chǎn)生的價值也是負價值，是文明的倒退，而這也能解釋很多社會現(xiàn)象。 以上所述的內(nèi)容是我在思考如何將設計成果轉變?yōu)樯鐣r值的感想，雖然到目前為止我們的設計都沒有轉換為社會財富，但是我們還是要在這方面做準備，要在實際行動之前做充足的思考，做到有備而無患。 參 考 文 獻 【1】 童詩白.模擬電子技術基礎.清華大學.高等教育出版社.2006 【2】 黨宏社.電路、電子技術試驗與電子實訓.華中科技大學. 電子工業(yè)出版社.2008 【3】 錢金榮. 在為系統(tǒng)供電的同時盡可能縮短電池充電時間. 電子產(chǎn)品世界. 2007-01-02  THANKS !!! 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