手机充电器的设计

·1 设计题目以及要求
1.1设计说明
本充电器由电源变压器T（8V A,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R1R2、电位器RP1RP2RP3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设计要求
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。

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，根据本人的方案，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20元。

· 2 设计总体思路以及基本原理
2.1 设计总体思路
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。

2.2 基本原理
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单元电路模块的设计
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
T1
NLT_PQ_4_10
图3.1.1 变压器仿真电路图
图3.1.2 单相变压器外形图
3.2 整流电路
3.2.1 整流电路的设计原理
单相桥式全控整流电路带电阻性负载时的电路及工作波形如图 3.2.1所示。

晶闸管VT1和VT4为一组桥臂，而VT2和VT3组成了另一组桥臂。

在交流电源的正半周区间内，即a端为正，b端为负，晶闸管VT1和VT4会导通。

此时，电流id从电源a端经VT1、负载Rd及VT4回电源b端，负载上得到的电压ud为电源电压u2（忽略了VT1和VT4的导通压降），方向为上正下负，VT2和VT3则因为VT1和VT4的导通而承受反向的电源电压u2不会导通。

因为是电阻性负载，所以电流id也跟随电压的变化而变化。

当电源电压u2过零时，电流id也降低为零，也即两只晶闸管的阳极电流降低为零，故VT1和VT4会因
电流小于维持电流而关断。

而在交流电源的负半周区间内，即a端为负，b端为正，晶闸管VT2和VT3是承受正向电压的，仍在相当于控制角a的时刻给VT2和VT3同时加触发脉冲，则VT2和VT3被触发导通。

电流id从电源b端经VT2、负载Rd及VT3回电源a端，负载上得到的电压ud仍为电源电压u2，方向也还为上正下负，与正半周一致，此时，VT1和VT4因为VT2和VT3的导通承受反向的电源电压u2而处于截止状态。

直到电源电压负半周结束，电压u2过零时，电流id也过零，使得VT2和VT3关断。

下一周期重复上述过程。

由图3.2.1（b）可以看出，负载上得到的直流输出电压ud的波形与半波时相比多了一倍，负载电流id的波形与电压ud波形相似。

由晶闸管所承受的电压ut可以看出，其导通角为，除在晶闸管导通期间不受电压外，当一组管子导通时，电源电压u2将全部加在未导通的晶闸管上，而在四只管子都不导通时，设其漏电阻都相同的话，则每只管子将承受电源电压的一半。

因此，晶闸
管所承受的最大反向电压为，而其承受的最大正向电压为。

3.2.2单相桥式全控整流电路图
图3.2.1 单相桥式全控整流电路
3.3 滤波电路的设计
3.3.1 滤波电路的设计原理
经过整流后输出电压变为直流，但电压波形起伏很大，不能使用。

为了得到平滑的直流电压波形，需要采用滤波的措施。

滤波措施多是利用电抗元器件对交流信号表现的电抗性质，将电容或电感与负载电阻连接而构成￣滤波电路。

图所示为单相半波整流电容滤波电路及工作波形。

由图（a）可知，电路未接电容C时，输出电压如图（b）中虚线所示。

接了电容C时，在u2正半周，设u2由0V上升，整流二极管VD导通，uo＝u2，此时电源对电容充电，由于充电时间常数很小，电容充电很快，所以电容上电压上升速度完全能跟上电源电压的上升速度，uc＝u2o。

3.3.2 滤波电路的原理图
图3.3.1 滤波电路原理图
3.4 分压、稳压电路的设计
3.4.1分压、稳压电路的设计原理
通过电位器分压，稳压二极管稳压，得到稳定的三端稳压器的输入电压，以此就提供了基准电压。

同时，若想使稳压器的输出电压可调，则可以给输出端接一个电阻还有电位器，这样输出电压就可以在一定范围连续可调了，其电路图如3.4.2节图3.4.1所示。

3.4.2分压、稳压电路的电路图
T1 NLT_PQ_4_10
D1
1N4007
D2
1N4007
D3
1N4007
D4
1N4007
2C1
1uF
D5
MZ4621
D6
MZ4621
5
U1
LM7805CT
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
R1
2k¦¸
Key=A
50%
R3
300¦¸
6
1
R5
2k¦¸
Key=A
50%
3
12
4
14图3.4.1 稳压电路电路图
3.5 显示电路的设计
3.5.1 显示电路的设计原理
当电路处于充电状态时，三极管导通且工作于放大区，此时指示灯亮，表示正在充电，即处于工作状态。

当电池充满以后由于电势差不足所以三极管截止，所以指示灯就会灭，表示充电已完成。

这就是显示电路的基本原理，其电路图如3.5.1节图3.5.1所示。

3.5.2 显示电路的电路图
T1 NLT_PQ_4_10
D1
1N4007
D2
1N4007
D3
1N4007
D4
1N4007
2C1
1uF
D5
MZ4621
D6
MZ4621
5
U1
LM7805CT
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
R1
2k¦¸
Key=A
50%
R2
2k¦¸
Key=A
50%
R3
300¦¸
Q1
2N2222
8
R4
300¦¸
LED1
9
10
611
7 1
4
R5
2k¦¸
Key=A
50%
312
图3.5.1 显示电路电路图
·4 充电器的总电路图
现在各电路模块的原理及作用已经知道了，若各电路模块已经设计完成了，那么接下来我们要把它们有效的结合起来实现其工作。

本设计中，我们的思路是用三端稳压器提供基准电压，当电路处于充电状态时，三极管导通且工作于放大区，此时指示灯亮，表示正在充电，即处于工作状态；当电池充满以后由于电势差不足所以三极管截止，所以指示灯就会灭，表示充电已完成，实现了设计的要求。

其它的相关原理可以参照总电路图如下：
T1 NLT_PQ_4_10
D1
1N4007
D2
1N4007
D3
1N4007
D4
1N4007
2C1
1uF
D5
MZ4621
D6
MZ4621
5
U1
LM7805CT
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
R1
2k¦¸
Key=A
50%
R2
2k¦¸
Key=A
50%
R3
300¦¸
Q1
2N2222
8
R4
300¦¸
LED1
9
10
611
7 1
4
R5
2k¦¸
Key=A
50%
312
4.1.1 充电器电路图
·5 焊接、调试以及心得体会
5.1 焊接阶段
焊接是课设的第二个阶段，你的课设能不能成功，一方面取决于你的原理对不对，另一方面取决于你焊接的技术，还有仔细的程度吧。

老实说，焊接是一件很累人的活，看着绿绿的的电路板，一下子就眼花了，而且眼睛会特别疼，而且焊锡的味道似乎能让人窒息似的，听说焊锡的味道有毒。

不管怎样，还是要乖乖的做，坚持才会胜利。

5.2 调试阶段
终于焊接完了，相信焊接不会出太多的错误，但其实我们确实出了一些错误，这都是在调试的时候发现的。

刚开始上电时输出电压太高了，稳压二极管没有起到稳压作用，所以只好用电位器来调节了，最后得到稳定需要的电压。

原本以为应该可以了，但在测量电流的时候又出现问题了，电流一直很小，无论怎么调节都不行，最后我得出结论应该是买的三极管放大倍数太小的缘故，没想到犯了如此低级的错误，可以说是疏漏吧。

不过，人就是在不断的失败中成长进步的，以后要特别注意才行。

5.3 心得体会
在经历了一个多月的艰苦奋斗后，我们的课设终于出炉了，虽然不是很完美，但他却见证了我们的辛勤汗水。

本次课设的完成过程经历了原理设计、电路仿真、实物焊接、调试、成型等几个阶段，每个阶段都付出了很多的努力。

刚开始起步时真的是寸步难行，真的不知从何做起，感觉学过的东西不知道怎么用。

通过看资料讨论，确定了思路后，还要将思路落实到原理图上是很难得，尤其是将各部分子电路之间的连接存在很多问题，要一步步进行解决。

原理图的设计着实花费了很长时间，一次次的
失败一次次的纠正，最终使之能够正确运行。

焊接阶段虽然也很麻烦，但至少可以有章可循，但不可避免的回出现很多问题，比如措焊、虚焊等情况，最悲哀的是经常要拆焊，拆焊的时候很容易将焊盘吸掉，而且布线也是很细致的活，要费很多时间。

好不容易接好了，上电调试是最让人揪心的，本来以为完全可以了，但却发现问题是最多的时候，每一个点都要检验好几遍，真是锻炼了我们的恒心与毅力，失败了一次又一次，重做了一次又一次，但还不一定能做能，但这绝打击不了我们坚持下去的决心。

6 总结
整个实验电路从设计到仿真，从焊接到调试，每部分都有要注意的问题，从中也发现了太多的错误及不足，能够及时的改正与弥补，不断完善，才能叫作品完成的最完美。

在做课设的这段时间里，使我们最充实的几个月，我们学到了很多知识，以前没学好的东西现在又捡起来了，而且还培养了我们的意志力和团队精神，互帮互助，明确分工，使我们在日后都要继续保持的良好习惯，所以这次课设是对我们受益非常大的。

·7 附录
7.1 元器件清单
元件名称型号数量
电位器2K 3
电阻300Ω 2
变压器8VA/9V 1
整流桥DF005 1
电解电容470µF 1 LED red 1 稳压二极管1N4621 2 三端稳压器W7805 1
三极管9013 1
7.2成绩考核表
新疆大学课程设计成绩考核表
专业：过程装备与控制工程班级：化机10-1 学号：20101011207 姓名：王克峰下表由指导教师按实际情况进行填写：
考核内容所占比例得分
设计方案15％
说明书15％
图纸、程序、计算、作品等的完成质量30％
创新与发挥情况10％
答辩（口试）情况20％
出勤率10％
指导教师
评语
总评成绩评定等级
成绩与等级对应表
优
90－100
良
80－89
中等
70－79
及格
60－69
不及格
59分以下
指导教师签字：教研室主任签字：201 年月日·8 参考文献
（1）《模拟电子技术基础》第五版高等教育出版社2009年12月
（2）《电路电子技术试验与电子实训》电子工业出版社2009年1月。