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多功能充電器原理畢業(yè)論文作者：李小哲專(zhuān)業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)【摘 要】 電子技術(shù)的快速發(fā)展使得各種各樣的電子產(chǎn)品都朝著便攜式和小型輕量化的方向發(fā)展，也使得更多的電氣化產(chǎn)品采用基于電池的供電系統(tǒng)。目前，較多使用的電池有鎳鎘、鎳氫、鉛蓄電池和鋰電池。它們的各自特點(diǎn)決定了它們將在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)共存發(fā)展。由于不同類(lèi)型電池的充電特性不同，通常對(duì)不同類(lèi)型，甚至不同電壓、容量等級(jí)的電池使用不同的充電器，但這在實(shí)際使用中有諸多不便。本文介紹一種基于單片機(jī)的萬(wàn)能充電器的設(shè)計(jì)方法。該充電器可以實(shí)時(shí)采集電池的電壓和電流，并對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行智能控制。它可以自動(dòng)計(jì)算電池的已充電量和剩余的充電時(shí)間，也可以改變參數(shù)來(lái)適應(yīng)各種不同電池的充電。系統(tǒng)中的管理電路還具有保護(hù)功能，可防止電池的過(guò)充和過(guò)放對(duì)電池造成損壞。關(guān)鍵詞： 科技 電子產(chǎn)品 充電器 多功能 Multifunctional charger designAbstract:The rapid development of electronic technology to make all kinds of electronic products are lightweight portable and small towards the direction of development, but also makes the more electrification products based on battery power supply system. At present, more use of the battery is nickel cadmium, lead nimh, battery and lithium battery. Their respective characteristic decided they will coexist in a long time. Due to the different type battery charge character is different, usually for different types, and even different voltage, capacity grades of battery charger, but it is different in practical use inconvenience. This paper introduces a kind of intelligent battery chargers based on single chip design method. The charger can collect real-time battery voltage, current, and to charge process of intelligent control. It can automatically calculate the battery charging and the remaining amount already charging time, also can change parameter to meet the various battery charge. System of management circuit also has the protection function, can prevent battery overcharge and put on batteries damage. Key words: technology electronics charger multi-functional緒 論一隨著數(shù)碼相機(jī)、 MP 3和 CD碟機(jī)等電器逐步進(jìn)入愛(ài)好者手中。 充電電池的使用也更加普及。 對(duì)充電器的要求也愈來(lái)愈高了。充電器應(yīng)以實(shí)用方便為主，原則要求：可以對(duì)常用的 1 4節(jié)鎳鎘、鎳氫和鋰電池進(jìn)行單獨(dú)或同時(shí)充電?；ゲ挥绊?；可以選用多種電流進(jìn)行充電。以滿(mǎn)足不同種類(lèi)、不同容量電池充電的需要。充電器應(yīng)具有保護(hù)措施。防止過(guò)充電；為消除鎳鎘電池的記憶效應(yīng)和恢復(fù)電池的容量。為了讓更多用戶(hù)在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中可以方便的充電本文將給大家介紹一款多功能充電器。四海通充電器 由于各型號(hào)手機(jī)所附帶的充電器插口不同，以造成各手機(jī)充電器之間不能通用。當(dāng)用戶(hù)手機(jī)充電器損壞或丟失后，無(wú)法修復(fù)或購(gòu)不到同型號(hào)充電器，使手機(jī)無(wú)法使用。萬(wàn)能充電器廠家看到這樣的商機(jī)，就開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出手機(jī)萬(wàn)能充電器，該充電器由于其體積小、攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，適合機(jī)型多，深受用戶(hù)的歡迎。下面以深圳亞力通實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的四海通S538型萬(wàn)能充電器為例，介紹其工作原理和維修方法。四海通S538型萬(wàn)能充電器在外觀設(shè)計(jì)上比較獨(dú)特，面板上采用透明塑料制作的半橢圓形夾子，透明塑料面板上固定有兩個(gè)距離可調(diào)節(jié)的不銹鋼簧片作為充電電極。面板的尾部并排有1個(gè)測(cè)試開(kāi)關(guān)(極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān))和4個(gè)狀態(tài)指示燈，用戶(hù)根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)充電器電極距 離和輸出電壓極性，并通過(guò)狀態(tài)指示燈可方便看出電池的充電情況。二.特點(diǎn) 該充電器具有鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，并具有放電功能。在150250、40的交流市電輸入時(shí)，可輸出30050的直流電流。該充電器采用了RCC型開(kāi)關(guān)電源，即振蕩抑制型變換器，它與PWM型開(kāi)關(guān)電源有一定的區(qū)別。PWM型開(kāi)關(guān)電源由獨(dú)立的取樣誤差放大器和直流放大器組成脈寬調(diào)制系統(tǒng)；而RCC型開(kāi)關(guān)電源只是由穩(wěn)壓器組成電平開(kāi)關(guān)，控制過(guò)程為振蕩狀態(tài)和抑制狀態(tài)。由于PWM型開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)管總是周期性的通斷，系統(tǒng)控制只是改變每個(gè)周期的脈沖寬度，而RCC型開(kāi)關(guān)電源的控制過(guò)程并非線(xiàn)性連續(xù)變化，它只有兩個(gè)狀態(tài)：當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓超過(guò)額定值時(shí)，脈沖控制器輸出低電平，開(kāi)關(guān)管截止；當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓低于額定值時(shí)，脈沖控制器輸出高電平，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)，濾波電容放電時(shí)間延長(zhǎng)，輸出電壓不會(huì)很快降低，開(kāi)關(guān)管處于截止?fàn)顟B(tài)，直到輸出電壓降低到額定值以下，開(kāi)關(guān)管才會(huì)再次導(dǎo)通。開(kāi)關(guān)管的截止時(shí)間取決于負(fù)載電流的大小。開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通截止由電平開(kāi)關(guān)從輸出電壓取樣進(jìn)行控制。因此這種電源也稱(chēng)非周期性開(kāi)關(guān)電源。該充電器由于體積小攜帶方便,操作簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜,適合機(jī)種多。深受客戶(hù)喜歡下面對(duì)四海通萬(wàn)能充介紹其工作原理和維修方法。如圖1所示。一 工作原理當(dāng)輸出端連接到手機(jī)時(shí)，電流同時(shí)經(jīng)過(guò)LED和電池，設(shè)LED的正向?qū)娮铻閞電池的內(nèi)電阻為r，根據(jù)電流的比例分配關(guān)系可知流經(jīng)電池的電流為Uor/rr，流經(jīng)LED 的電流為Uor/rr，因?yàn)殡姵氐膬?nèi)阻r遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于LED正向?qū)ǖ碾娮鑢， 所以 Uor/rr Uor/rr導(dǎo)致電流絕大部分流過(guò)了電池，LED不發(fā)光。當(dāng)輸出端與手機(jī)斷開(kāi)時(shí)，前端電路與LED形成閉合的回路，全部的電流經(jīng)過(guò)LED，LED發(fā)光。LED只有一個(gè)指示的作用，提醒人們充電時(shí)充電器與手機(jī)的連接情況。如果能把該手動(dòng)式充電器整合到上述充電器中，就可以解決手機(jī)沒(méi)電時(shí)的窘境。因?yàn)檫@是兩個(gè)完全獨(dú)立的電路，把這兩者整合到一起，需要整合的只是兩者的輸出端，為了使這兩個(gè)電路有序的工作，可以設(shè)置一個(gè)開(kāi)關(guān)，以此來(lái)決定這兩個(gè)電路的工作順序，在有電源時(shí)，用電源充電，在野外工作時(shí)，就可以用手動(dòng)裝置給手機(jī)充電。方法是：當(dāng)有用于充電的電源時(shí)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，按照正常的充電方式給手機(jī)充電即可，而當(dāng)不得不手動(dòng)充電時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)S，再勻速轉(zhuǎn)動(dòng)M即可給手機(jī)充電。（圖1-2）許多質(zhì)量上乘的充電器在輸入端有加入了隔離變壓器，隔離變壓器實(shí)質(zhì)是初級(jí)線(xiàn)圈和次級(jí)線(xiàn)圈的匝數(shù)比為1:1的等比變壓器，理論上輸入的電壓值和輸出的電壓值相等，無(wú)任何能量損耗，但是，由于實(shí)際上構(gòu)成初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的銅導(dǎo)線(xiàn)有電阻，另外初級(jí)的磁通量并不能完全轉(zhuǎn)化成為次級(jí)的磁通量，所以運(yùn)用1:1等比變壓器是有能量損耗的，但是為了人身和設(shè)備的安全，很多正規(guī)的充電器加入了隔離變壓器。若在維修時(shí)不小心接觸到隔離變壓器的次級(jí)，由于次級(jí)對(duì)地電壓為0，所以相當(dāng)于是人手握著一根與大地電勢(shì)相等的導(dǎo)線(xiàn)站在地上，所以根本不會(huì)出現(xiàn)觸電的危險(xiǎn)。1振蕩電路該電路主要由三極管VT2及開(kāi)關(guān)變壓器T1等組成。接通電源后，交流220V經(jīng)二極管VD2半波整流，形成100V左右的直流電壓。該電壓經(jīng)開(kāi)關(guān)變壓器T的卜1初級(jí)繞組加到了三極管VT2的c極，同時(shí)該電壓經(jīng)啟動(dòng)電阻R4為VT2的b極提供一個(gè)正向偏置電壓，使VT2導(dǎo)通。此時(shí)，三極管VT2和開(kāi)關(guān)變壓器T1組成的間歇振蕩電路開(kāi)始工作，開(kāi)關(guān)變壓器T的1-1初級(jí)繞組中有電流通過(guò)由于正反饋?zhàn)饔茫谧儔浩鱐的1-2繞組感應(yīng)的電壓通過(guò)反饋電阻R1和電容C1加到VT2的b極，使三極管VT2的b極導(dǎo)通電流加大，迅速進(jìn)人飽和區(qū)。隨著電容C1兩端電壓不斷升高，VT1的b極電壓逐漸降低，使三極管VT2逐漸退出飽和區(qū)，其集電極電流開(kāi)始減少，變壓器T的1-1初級(jí)繞組中產(chǎn)生的磁通量也開(kāi)始減少。在變壓器T的1-2繞組感應(yīng)的負(fù)反饋電壓，使VT2迅速截止，完成一個(gè)振蕩周期。在VT2進(jìn)入截止期間，變壓器T的1-3繞組就感應(yīng)出一個(gè)55V左右的交流電壓，作為后級(jí)的充電電壓。如圖2。 圖22充電電路該電路主要由一塊軟塑封集成塊IC1(YLT539)和三極管VT3等組成。從變壓器T的1-3繞組感應(yīng)出的交流電壓55V經(jīng)二極管VD3整流、電容C3濾波后，輸出一個(gè)直流85V左右電壓(空載時(shí))，該電壓一部分加到三極管VT3的e極；另一部分送到軟塑封集成塊IC1(YLT539)的1腳，為其提供工作電源。集成塊IC1有了工作電源后開(kāi)始啟動(dòng)工作，在其8腳輸出低電平充電脈沖，使三極管VT3導(dǎo)通，直流85V電壓開(kāi)始向電池E充電。電池E電壓低于42V時(shí)，該電壓經(jīng)取樣電阻R11、R12分壓后，加到集成塊IC1的6腳上，該電壓低于集成塊IC1內(nèi)部參考電壓越多，集成塊IC1的8腳輸出的電平越低，三極管VT3的b極電位也越低，其導(dǎo)通量越大，直流電壓(85V)經(jīng)極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)S1向電池E快速充電。由于集成塊IC1的2、3、4腳和電容C4共同組成振蕩諧振電路，其2腳輸出的振蕩脈沖經(jīng)電阻R16送至充電指示燈LED1(綠)的正極，其負(fù)極接到集成塊IC1的8腳。在電池剛接人電路時(shí)，集成塊IC1的8腳輸出的電平越低，充電指示燈LED1閃爍發(fā)光強(qiáng)。隨著充電時(shí)間延長(zhǎng)，電池所充的電壓慢慢升高，集成塊IC1的8腳輸出電壓慢慢升高，充電指示燈LED1閃爍發(fā)光逐漸變?nèi)酢．?dāng)電池E慢慢充到42V左右時(shí)，集成塊IC1的6腳電位也達(dá)到其內(nèi)部的參考電壓18V。此時(shí)，集成塊IC1內(nèi)部電路動(dòng)作，使其8腳電壓輸出高電平，三極管VT3截止，充電指示燈LED1不再閃爍發(fā)光而熄滅，充滿(mǎn)指示燈LED2(綠)由滅變亮。3穩(wěn)壓保護(hù)電路該電路主要由三極管VT1、穩(wěn)壓二極管VDZ1等組成。（1）過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，在變壓器T的1-2反饋繞組端感應(yīng)的電壓就會(huì)升高，則電容C2所充電壓升高。當(dāng)電容C2兩端電壓超過(guò)穩(wěn)壓二極管VDZ1的穩(wěn)壓值時(shí)，穩(wěn)壓二極管VDZ1擊穿導(dǎo)通，三極管VT2的基極電壓拉低，使其導(dǎo)通時(shí)間縮短或迅速截止，經(jīng)開(kāi)關(guān)變壓器T1耦合后，使次級(jí)輸出電壓降低。反之，使輸出電壓升高，從而確保輸出電壓穩(wěn)定。(2)過(guò)流保護(hù)：在接通電源瞬間或當(dāng)某種原因使三極管VT2的電流過(guò)大時(shí)，在R5、R6上的壓降就大，使過(guò)流保護(hù)管VT1導(dǎo)通，VT2截止，從而有效防止開(kāi)關(guān)管VT1因沖擊電流過(guò)大而損壞。同時(shí)電阻R6上的壓降，使電容C2兩端電壓升高，此后過(guò)流保護(hù)過(guò)程與穩(wěn)壓原理相同，這里不再重復(fù)。三極管VT1是過(guò)流保護(hù)管，R5、R6是VT2的過(guò)流取樣保護(hù)電阻。圖3二、常見(jiàn)故障檢修例1：接上待充電池及電源后，電源PW指示燈LED3及測(cè)試指示燈TESTLED4亮，而充電LED1及充滿(mǎn)指示燈LED2不亮，無(wú)電壓輸出，不能給電池充電。分析檢修：這種故障多是充電器開(kāi)關(guān)振蕩電路沒(méi)有工作所致。在實(shí)際檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管VT2和電阻R6損壞最多。一般情況下，電池E的充電電路工作電壓較低，其元件損壞的概率不是很大，也就是開(kāi)關(guān)變壓器T1的次級(jí)之后電路的損壞概率不是很大。例2：接上待充電池及電源后，各狀態(tài)指示燈顯示正常，但就是充不進(jìn)電或充電時(shí)間長(zhǎng)。分析檢修：這種故障多是三極管VT3(8550)損壞，用正常管子換上后，即可排除故障。如果三極管VT3正常，再用表測(cè)電容C3(100F16V)兩端電壓，正常在直流85V左右。若電壓正常，應(yīng)檢查電阻R7或集成塊IC1，集成塊IC1各引腳正常參數(shù)如附表所示。若電壓低，再測(cè)開(kāi)關(guān)變壓器T1次級(jí)輸出電壓，正常在交流55V左右。若電壓正常，說(shuō)明電容C3或整流二極管VD3損壞；若電壓低，應(yīng)檢查開(kāi)關(guān)變壓器T1及其前級(jí)各元件。成志電子制做網(wǎng) 圖4四 電路分析220V 50Hz的交流市電，一端經(jīng)過(guò)一個(gè)半波整流器（二極管），半波整流器是利用二極管的單向?qū)щ娦灾谱鞫傻模缦聢D所示，當(dāng)220V 50Hz的交流電第一個(gè)正脈沖到來(lái)時(shí)，二極管導(dǎo)通，第二個(gè)負(fù)脈沖到來(lái)時(shí)，二極管截止，負(fù)脈沖無(wú)法通過(guò)。因?yàn)檫@種整流方法，只能取出交流電能的正脈沖，形成曲線(xiàn)方程為Y=sinX且(+2k)X(2+2k)的波形所以，我們稱(chēng)這種整流方式為半波整流。經(jīng)過(guò)半波整流后，交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能，另一輸入端經(jīng)過(guò)一個(gè)10的電阻，這個(gè)10的電阻用來(lái)保護(hù)電路，如果后面出現(xiàn)故障導(dǎo)致過(guò)流，那么這個(gè)電阻會(huì)因電流過(guò)大產(chǎn)生大量熱而被燒斷，使原來(lái)的電路不能形成回路，從而避免引起更大的故障。IN4007半波整流器、10電阻和后面的一個(gè)有極性的10uF電容，構(gòu)成一個(gè)濾波回路，當(dāng)交流電通過(guò)時(shí)，其中的復(fù)雜成分被濾除掉，剩下標(biāo)準(zhǔn)220V 50Hz的交流電，這不僅減輕了后面電路的負(fù)擔(dān)，同時(shí)使輸入的電流更加穩(wěn)定。4700pF（4.7uF）電容、82k電阻和一個(gè)二極管IN4007構(gòu)成一個(gè)尖峰吸收回路（高壓吸收回路），當(dāng)開(kāi)關(guān)管13003關(guān)斷開(kāi)的瞬間，因?yàn)樽儔浩鞒跫?jí)銅導(dǎo)線(xiàn)的匝數(shù)較多，故在變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈上會(huì)產(chǎn)生足夠高的感應(yīng)電壓，而尖峰吸收回路的作用就是負(fù)責(zé)吸初級(jí)收線(xiàn)圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)到來(lái)時(shí)，順著二極管IN4007通過(guò)81K電阻，多余的能量在該電阻上消耗，從而防止高壓加到開(kāi)關(guān)管上而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管擊穿。開(kāi)關(guān)管耐壓值為400V，集電極最大電流1.5A（1500mA），集電極最大功耗為14W，用來(lái)控制初級(jí)繞組與電源之間的通、斷。當(dāng)初級(jí)繞組不停的通斷時(shí)，就會(huì)在開(kāi)關(guān)變壓器中的初級(jí)繞組中形成變化的磁場(chǎng)，由于初級(jí)線(xiàn)圈和次級(jí)線(xiàn)圈是一個(gè)閉合的磁通路，從而在次級(jí)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。從這個(gè)電路的結(jié)構(gòu)可以推測(cè)出來(lái)，這個(gè)電源是反激式的。左端的510K為啟動(dòng)電阻，給開(kāi)關(guān)管提供啟動(dòng)用的基極電流。三極管13003下方的10電阻為電流取樣電阻，電流經(jīng)取樣后變成電壓信號(hào)（實(shí)質(zhì)為U=IR），這電壓經(jīng)二極管4148單向限流后，加至三極管Q945的基極上。當(dāng)取樣電壓大約大于1.4V，即開(kāi)關(guān)管電流大于0.14A(140mA)時(shí)，三極管Q945導(dǎo)通，從而將開(kāi)關(guān)管13003的基極電位拉低，從而集電極電流減小，這樣就限制了開(kāi)關(guān)的電流，防止電流過(guò)大而燒毀Q945(實(shí)際上這是一個(gè)恒流結(jié)構(gòu)，將開(kāi)關(guān)管的最大電流限制在140mA左右)。變壓器左下方的繞組(取樣繞組)的感應(yīng)電壓經(jīng)整流二極管4148整流，22uF電容濾波后形成取樣電壓。為了分析方便，我們?nèi)∪龢O管Q945發(fā)射極一端為地。那么這取樣電壓就是負(fù)的4V(-4V左右)，并且輸出電壓越高時(shí)，采樣電壓越負(fù)。取樣電壓經(jīng)過(guò)6.2V穩(wěn)壓二極管后，加至開(kāi)關(guān)管13003 -（圖1-1）的基極。前面說(shuō)了，當(dāng)輸出電壓越高時(shí)，那么取樣電壓就越負(fù)，當(dāng)負(fù)到一定程度后，6.2V穩(wěn)壓二極管被擊穿，從而將開(kāi)關(guān)13003的基極電位拉低，這會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，或者在允許的時(shí)間內(nèi)推遲開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通，從而控制了能量輸入到變壓器中，也就控制了輸出電壓的升高，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓輸出的功能。經(jīng)二極管RF93整流，220uF電容濾波后輸出6V的電壓。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源的工作頻率較高，所以需要工作頻率很高的二極管。這里可以用常見(jiàn)的1N5816、1N5817等肖特基二極管代替。同樣因?yàn)轭l率高的原因，變壓器也必須使用高頻開(kāi)關(guān)變壓器，鐵心一般為高頻鐵氧體磁芯，具有很高的電阻率，以減小渦流。如果需要能輸出不同電壓的適用性更強(qiáng)的充電器，就需要把變壓器T2，改成抽頭式變壓器，如果需要充電器可以輸出不同數(shù)值的電壓，只需撥動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)到需要的電壓檔位即可。以上分析的是經(jīng)常見(jiàn)到并使用的充電器原理和原理圖，但是我們不應(yīng)該把思維禁錮在這種固定的充電器模式中。（四）、充電電路：（圖1-1-2）心得體會(huì)與注意事項(xiàng)(一).心得本次論文通過(guò)實(shí)際應(yīng)用的要求，闡述了萬(wàn)能充的功能以及工作原理，明白了應(yīng)多向老師請(qǐng)教不懂得問(wèn)題，這次設(shè)計(jì)也鞏固了專(zhuān)業(yè)知識(shí)，為后面的挑戰(zhàn)增強(qiáng)了信心。（二）注意事項(xiàng)1. 如果是為鎳鎘、鎳氫電池充電，由于這類(lèi)電池存在一定的記憶效應(yīng)，需不定時(shí)對(duì)其進(jìn)行放電。是鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。與精密基準(zhǔn)電源為運(yùn)放提供兩個(gè)不同的精密基準(zhǔn)源，由切換。在給鎳鎘、鎳氫電池充電時(shí)，腳的基準(zhǔn)電壓約（空載）；在給鋰離子電池充電時(shí)，腳的基準(zhǔn)電壓約為（空載），這種設(shè)計(jì)是由這兩種類(lèi)型電池特有的化學(xué)特性決定的。按下，基極瞬間得一低電平而導(dǎo)通，可充電池上的殘余電壓通過(guò)的極在上放電，同時(shí)放電指示燈點(diǎn)亮。在按下后會(huì)隨即釋放，這時(shí)可充電池上的殘余電壓通過(guò)、分壓，濾波后為的基極提供一個(gè)