电力电子课程设计手机充电器

1.课程设计题目

手机充电器。

2.设计内容及要求

电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流供电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。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。

充电器的简单工作过程如下：交流输入电压经电容降压，二极管整流桥整流后变成直流电，经隔离二极管和滤波电容对手机充电，随着充电时间的增长，电池两端的电压也升高，通过分压器将此电压引入基准电压比较器，其中三个比较器带三个指示灯，分别指示充电的状态，当三个灯全亮时，表示充电已满。通过以上的工作过程描述结合生活经验设计手机实用充电器电路。

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。

工作要求：独立设计充电器方案，根据个人的方案，购买所需要的元器件和电路板，独立设计并调试正常，要求总投资不得高于15元。

3.设计题目分析

从设计题目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、恒压电路四部分组成。

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，为了让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。

4.方案论证及比较

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4-1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。

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。

图4-2 原理图

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T、整流桥堆D1，D2，D3，D4和滤波电容C组成。

恒压电路由电阻R1、R2、电位器RP1、晶体管V1、精密稳压基准源IC组成。

恒流电路由晶体管V2、电阻R3、电位器RP2。

充电指示电路由晶体管V3、电阻R4、R5和发光二极管VL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。该电压经过恒流电路恒压电路处理后对电池充电。同时V3导通，VL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，R1上电压降

低使V3截止VL熄灭，提醒用户充电结束。

综上所述，为了使设计要求更好地实现，最后选择方案二。

5.单元电路设计

5.1 整流滤波电路

图5-1电源输入部分

变压器源边是220V交流电，二次侧电压为9V经过四个二极管组成的整流桥就变为了直流电，DE电压为8.1左右，滤波电容是为了滤除交流成分。在实际购买原器件时为了降低成本和焊接方便购买的是集成整流桥堆，规格是2A、50V。

5.2 恒压电路

在这边部分电路中使用了TL431。TL431是TL、ST公司研制开发的并联型三端稳压基准，其突出优点是封装简单（型如三极管）、参数优越（高精度、低温漂）、性价比高（民品1.3～1.5元/只），是作为电压基准的良好选择。其电压调节范围为2.5V～36V。本方案中的接法类似于下图（b）调节电位器RP1就可以调节输出电压，这也正是本方案的一大优点，可

以做到电压连续可调，这样不仅可以为手机电池充电还可以作为电源为其他电子芯片、元件供电。

图5-2 TL431原理图

图5-3 恒压电路

BC电压可以被精确的调整到一个值，再经过V2的CE管压降就得到充电电压。

5.3 恒流电路

图5-4 恒流源

流经B 点的电流经过三极管V2，1013被放大，最终提供给手机电池。调节RP2可以调节基极电流,由公式

Ic Ib β= （4.3）

就可以由IB 调节整个充电电流的大小。