新能源與動力工程學院
電子元器件調研與系統設計報告
製作簡易充電器設計
2023年12月
新能源與動力工程學院實踐課程任務書
課程名稱指導教師（簽名
班級姓名學號
指導教師評語及成績評定表
指導教師簽字：
年月日目錄1設計主體要求及內容 1
2課題分析與方案論證 1
2.1 製作方案 1
3各區域性電路設計 2
3.1 整流濾波電路 2
3.2恆壓電路 2
3.3恆流電路 3
3.4充電提示電路 4
4組裝除錯 4
5元器件的選擇 5
6設計總結及改進意見 5
6.1本方案特點及存在的問題 5
7設計心得 5
參考文獻 6
通訊技術的高速發展促使手機種類眾多，也導致手機充電器也是多種多樣，本設計設計並製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： 交流輸入電壓經電容降壓，二極體整流橋整流後變成直流電，經隔離二極體和濾波電容對手機充電，隨著充電時間的增長，電池兩端的電壓也公升高，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，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，根據本人的方案，購買所需要的元器件和電路板，獨立設計並除錯正常，要求總投資不得高於20元。
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、恆壓電路。
降壓電路可以用最簡單的變壓器完成，將220v電壓變為10v左右的低壓，為了讓優化波形使其更加穩定可採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，因此需要設計乙個恆壓源電路。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，所以我們還需要乙個可靠地恆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於不同容量的手機電池充電時間是不一樣的，因此需要乙個不以時間為參考的充電完成訊號，我們可以根據電池兩端的電壓是否達到標準電壓來判斷是否充滿電。
本方案採用的是現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。
製作成功後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，可保護電池延長電池壽命。充電飽和時七彩燈會自動熄滅。
當接入電源後，通過整流二極體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，ic開始減小，在 l2中感應出使q1基極為負、發射極為正的電壓，使q1迅速截止，這時二極體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，電路就這樣重複振盪下去。
這裡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（七彩發光二極體）組成充電指示電路。r7與pw（紅色二極體）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，充電迴路是電源的+、q5（發射極）、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，充電迴路是電源的+、q4（發射極）、q4（集電極）、端2接+、q6（飽和）、端2接-。即可完成自動極性的識別，保證充電迴路自動工作。
圖2.1 原理圖
3.各區域性電路的設計
3.1 整流濾波電路
圖3.1 電源輸入部分
變壓器源邊是220v交流電，二次側電壓為9v經過四個二極體組成的整流橋就變為了直流電，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整合整流橋堆，規格是2a、50v。
在這邊部分電路中使用了tl431。tl431是tl、st公司研製開發的併聯型三端穩壓基準，其突出優點是封裝簡單（型如三極體）、引數優越（高精度、低溫漂）、價效比高（民品1.3～1.
5元/只），是作為電壓基準的良好選擇。其電壓調節範圍為2.5v～36v。
本方案中的接法類似於下圖（b）調節電位器rp1就可以調節輸出電壓，這也正是本方案的一大優點，可以做到電壓連續可調，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晶元、元件供電。
圖3.2.1 tl431原理圖
圖3.2.2 恆壓電路
bc電壓可以被精確的調整到乙個值，再經過v2的ce管壓降就得到充電電壓。
圖4.3 恆流源
流經b點的電流經過三極體v2，1013被放大，最終提供給手機電池。調節rp2可以調節基極電流,由公式
就可以由ib調節整個充電電流的大小。
圖3.4 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。此時電池並沒有充滿而是進入恆壓充電方式，在恆流充電階段，電池充到 70% 的總容量時通常需要約 30% 的充電時間，而在恆壓階段用 70% 的充電時間僅能充 30% 的總電池電量。
這是由於電池具有內部電阻。電池內部電阻越低，電池充電時間就越短。
為了保證電池能夠充滿可在vl熄滅後繼續充電1~2個小時，當充電電流降至100ma以內時則應停止充電。這使得本方案有了乙個缺陷，當二極體燈滅時不能說明電池已經充滿，需要特別說明否則一般使用者會自然的認為充電結束而致使電池充不滿。
圖4 夾板和引針實物圖
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。由於變壓器獨立放置所以將變壓器安排在最後焊接。
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線，最後只使用了三根導線。
為了連線充電器的方便使用了一般萬能充都採用的夾板和引針，這樣可以很好的固定手機電池。
除錯分為兩部分，電壓的除錯和電流的除錯。首先是調節rp1的電阻值使得充電電壓為4.2v再調節rp2的電阻阻值使得充電電流為200ma。
除錯時將萬用表接入夾板兩引針再調節相應電阻使各引數達到要求。
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發光二極體；
v1選用bd137、3da矽1c或2383型矽npn電晶體，v2選用bd138、3ca4或1013型矽pnp電晶體，v3選用s9015或3cg120矽型pnp電晶體。
本次設計製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，易於初學者接受，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。
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