萬能充的設(shè)計(jì)與制作.doc

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______________________________________________________________________________________________________________ 目 錄 1課題名稱 1 2設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 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(diào)試 10 6元器件的選擇 10 7 設(shè)計(jì)總結(jié)及改進(jìn)意見 10 7.1本方案特點(diǎn)及存在的問題 11 7.2改進(jìn)意見及其他設(shè)想 11 8 設(shè)計(jì)心得 12 參考文獻(xiàn) 1 課題名稱 萬能充的設(shè)計(jì)與制作。 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(jī)充電，隨著充電時(shí)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(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。通過以上的工作過程描述結(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，購買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(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，我們可以根據(jù)電池兩端的電壓是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電壓來判斷是否充滿電。 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，通過整流二極管VD1、R1給開關(guān)管Q1提供啟動(dòng)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(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Ｔ初級繞組中的儲(chǔ)能釋放給負(fù)載。在VT1截止 時(shí)，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關(guān)電源那樣，由變壓器Ｔ的次級繞組向負(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）、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。該電壓經(jīng)過恒流電路恒壓電路處理后對電池充電。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)過四個(gè)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(shí)際購買原器件時(shí)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(zhǔn)，其突出優(yōu)點(diǎn)是封裝簡單（型如三極管）、參數(shù)優(yōu)越（高精度、低溫漂）、性價(jià)比高（民品1.3～1.5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2.5V～36V。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(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,由公式 （4.3） 就可以由IB調(diào)節(jié)整個(gè)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(dāng)充電結(jié)束時(shí)電池陽極電壓接近4.2V，此時(shí)R1上的電壓降低，使得V3截止，VL熄滅。此時(shí)電池并沒有充滿而是進(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可在VL熄滅后繼續(xù)充電1~2個(gè)小時(shí)，當(dāng)充電電流降至100mA以內(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)不能說明電池已經(jīng)充滿，需要特別說明否則一般用戶會(huì)自然的認(rèn)為充電結(jié)束而致使電池充不滿。 5 組裝和調(diào)試 組裝時(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。 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(dǎo)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(jī)電池。 如下圖所示（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）。 圖5 夾板和引針實(shí)物圖 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。 調(diào)試時(shí)將萬用表接入夾板兩引針再調(diào)節(jié)相應(yīng)電阻使各參數(shù)達(dá)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(shè)計(jì)總結(jié)及改進(jìn)意見 7.1本方案特點(diǎn)及存在的問題 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。 本方案最大的問題就是在充電結(jié)束時(shí)沒有明確的信號，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。 7.2改進(jìn)意見及其他設(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 通過這次課程設(shè)計(jì)，首先使自己在模擬電路實(shí)踐上獲得了很多的經(jīng)驗(yàn)，無論是理論設(shè)計(jì)還是焊接。解決問題的第一步是分析問題，在開始理論設(shè)計(jì)時(shí)就能大致找到問題的核心，在腦海中初步構(gòu)想設(shè)計(jì)原理圖，可以說是先有根據(jù)設(shè)計(jì)需求再去構(gòu)建電路圖。 在這之后我有一個(gè)感觸特別深，那就是理論和實(shí)踐的差距有時(shí)真的很大，在幫助其他同學(xué)解決問題是我設(shè)計(jì)了兩個(gè)個(gè)不同的實(shí)踐方案，每個(gè)方案都能成功仿真，但是實(shí)踐證明只有一個(gè)是可行的，每當(dāng)實(shí)驗(yàn)失敗時(shí)對信心都是一份打擊，有時(shí)我開玩笑的用“黔驢技窮”來形容自己，當(dāng)然最后問題還是成功解決了。 我們當(dāng)中的大多數(shù)同學(xué)日后都會(huì)從事商業(yè)活動(dòng)，無論是工廠礦場還是公司企業(yè)，這些組織每時(shí)每刻都在創(chuàng)造價(jià)值和財(cái)富，我個(gè)人認(rèn)為在這個(gè)過程中起根本作用的是技術(shù)和資本，可以說技術(shù)和資本的結(jié)合就必然會(huì)產(chǎn)生價(jià)值，有了技術(shù)和資本我們就能生產(chǎn)新的產(chǎn)品開創(chuàng)新的服務(wù)，創(chuàng)造更多的社會(huì)財(cái)富。我們中的很多同學(xué)本身沒有大量的資本，雖然可以從其他途徑獲得，但是從結(jié)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(shù)是我們必須掌握的。一個(gè)社會(huì)的理性程度越高那么這個(gè)社會(huì)就越發(fā)達(dá)，我們學(xué)習(xí)了很久的自然科學(xué)，掌握了很多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，但是社會(huì)學(xué)科卻跟不上自然科學(xué)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(dāng)以這種不論是非的狀態(tài)去將技術(shù)和資本結(jié)合在一起時(shí)就會(huì)引起很多社會(huì)問題，它所產(chǎn)生的價(jià)值也是負(fù)價(jià)值，是文明的倒退，而這也能解釋很多社會(huì)現(xiàn)象。 以上所述的內(nèi)容是我在思考如何將設(shè)計(jì)成果轉(zhuǎn)變?yōu)樯鐣?huì)價(jià)值的感想，雖然到目前為止我們的設(shè)計(jì)都沒有轉(zhuǎn)換為社會(huì)財(cái)富，但是我們還是要在這方面做準(zhǔn)備，要在實(shí)際行動(dòng)之前做充足的思考，做到有備而無患。 參 考 文 獻(xiàn) 【1】 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).清華大學(xué).高等教育出版社.2006 【2】 黨宏社.電路、電子技術(shù)試驗(yàn)與電子實(shí)訓(xùn).華中科技大學(xué). 電子工業(yè)出版社.2008 【3】 錢金榮. 在為系統(tǒng)供電的同時(shí)盡可能縮短電池充電時(shí)間. 電子產(chǎn)品世界. 2007-01-02  THANKS !!! 致力為企業(yè)和個(gè)人提供合同協(xié)議，策劃案計(jì)劃書，學(xué)習(xí)課件等等 打造全網(wǎng)一站式需求 歡迎您的下載，資料僅供參考 -可編輯修改-