电力电子手机充电器课程设计方案报告

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

学生姓名：李羊飞

学号： 2

院（系）：电气与信息工程学院

专业：自动化

指导教师：康家玉

2014 年 01 月 01 日

1 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。

电路图如下。

图3.1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。

电路图如下。

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

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

3.1.1 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