毕业设计166手机恒流充电器的设计

手机恒流充电器的设计

摘要：本文采用的是最普遍锂离子电池，在生活中为更好的维护它，延长它使用寿命，对其也要选用它的充电器，使之对手机本身以及蓄电池无损坏，因此选用锂离子手机充电器。

关键词：[手机充电器、锂离子手机充电器]

随着社会的进步，科学的提高，尤其是手机的普及，手机的更换速度也加快，为了更好的使用它，维护它，所以需要给手机选择适合的充电器。其中以锂离子电池最普遍，锂电池是以金属锂或锂物质为负极、利用化学反应而产生电能的电池。而对锂离子电池充电，采用了两阶段快充电控制方式。第一阶段采用恒电流充电，第二阶段采用恒电压充电方式为锂离子电池充电。

1.手机充电器的原理

所有手机充电器其实都是由一个稳定电源（主要是稳压电源、提供稳定工作电压和足够的电流）加上必要的恒流、限压、限时等控制电路构成。

原装充电器（指线充）上所标注的输出参数：比如输出4。4V/1A、输出5.9V/400mA……就是指内部稳压电源的相关参数。明白了这个道理，很快知道一个（品质好的）手机充电器很容易改成一个质量优良的稳压电源！比如输出4.4V可以给４.5V的设备用，5.9V的可以给6V的设备用……

1．1手机锂离子（lion）电池

手机常用锂离子（lion）电池的充电器采用的是恒流限压充电制，充电电流一般采用C2左右----即采用两小时充电率，比如500mah电池采用250ma充电大约两小时达到4.2V后再恒压充电。

lion电池并不适合采用NIMH电池高级快速充电器所用的-DV/DT检测快速充电方式，因为lion电池对充电电流有严格的限制.锂离子（Li+）非常活泼，大电流充电很容易产生危险。

根据国内最著名lion离子电芯厂家的技术人员提供的破坏性实验报告情况：一般情况下lion电池（电芯）在放电情况（包括短路）一般都不会发生爆炸，但有可能出现过热和燃烧，但在比较严重的过流充电情况，就非常容易发生爆炸！

目前市场上出现标称可以适合250mah---2500mah电池充电的“万能手机充电器”，其实是非常危险的，它缺乏对电池容量的检测，采用固定的输出电流，对不同的电池而言，不是导致充电时间过长就是导致过流充电，建议大家不用为妙！

1.1.1锂离子电池手机充电器现况

锂离子电池具有较高的能量重量比和能量体积比，无记忆效应，可重复充电次数多，使用寿命较长，价格也越来越低。它的这些特点促进了便携式产品向更小更轻的方向发展，使得选用单节锂离子电池供电的产品也越来越多。

锂离子电池的不足之处在于对充电器的要求比较苛刻，对保护电路的要求较高。其要求的充电方式是恒流恒压方式，为有效利用电池

容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度（精度高于1％）。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电终止检测除电压检测外，还需采用其他的辅助方法作为防止过充的后备措施，如检测电池温度、限定充电时间，为电池提供附加保护。由此可见实现安全高效的充电控制成为锂离子电池推广应用的瓶颈。

锂电池充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压，从而保证电池安全充电。增加其它充电辅助功能是为了改善电池寿命，简化充电器的操作，其中包括给过放电的电池使用涓流充电、电池电压检测、输入电流限制、充电完成后关断充电器、电池部分放电后自动启动充电等。所有或者部分这些功能都可以在充电芯片中实现，当然，也可利用ASIC、分立器件、或在微处理器的基础上用软件实现。1.1.2 手机充电器的市场走向

(1).目前，手机充电器可分为单槽形状和双槽型充电器，单槽形充电器正在受到双槽形的攻击。双槽形充电器除了具有慢速充电、快速充电、放电及镍镉、镍氢电池兼充的标准功能外，还有部分产品带有自动温度控制与电压控制，严防过充的新功能，因而消费者应将倾向于选择双槽型充电器。

(2). 随着手机种类的日益增多，各种充电器因机型不同，电源端口的大小也不相同，从而不能互换使用，给消费者带来了不便。标准型充电器，是指可以连接所有手机底端电源插座（端口）的充电器。而且，生产的手机的电源端口将统一为适用于标准充电器的规格。这样，

消费者将不必在每次换手机时同时购买新的充电器。由此可见，充电器在从坐式向便携式、双槽式等方向发展的同时，也开始向标准化、通用化的方向发展。

(3). 手机充电器的待机耗电量的降低逐步成为充电器的设计过程

中的一个重要环节。相比于以前的充电器，今后生产的产品将会在各项功能完善的同时进一步降低本身的待机耗电量。为了达到这一目标，可以设计一个判断AC适配器是否连接负荷（手机）的IC，当未连接负荷时，将AC适配器的直流输出方（2级电路）切换到高阻抗电路上。通过采取这一措施可以大幅减少待机时2级电路的消耗电流（可以达到数十μA）。另外，还可以在输入交流100V方（1级电路）中设置切换电路。在未连接负荷时，通过开关切换电路来减少供应给直流输出方（2级电路）的功率从而减少耗电量。

(4). 现在市场上的大部分充电器，只是针对锂电池或镍氢电池充电的，但是随着市场的发展，自动识别两种电池而进行相应的充电进程的充电器正在逐步占据主流。可以自动分辨锂电池或镍氢电池的座充能“防止将锂电放电的错误动作”，如果在充锂电池时不小心按到了座充上的“放电钮”，好的座充可以辨识出来是锂电池，因此不会做放电动作；差的座充则不管三七二十一地进行放电，这就会造成锂电池寿命的折损。

1.1.3手机充电器的设计要求

目前一些大的厂家生产的手机充电器都具有以下特点:

宽范围AC输入或多国电压可选；具备限流保护，电流短路与反充保护线路设计；体积小、重量轻；自动、快速充电，充满电后自动关断等等。另外，有的充电器还有自动识别锂离子、镍氢、镍镉电池组；具有放电功能；LED

充电状态显示；低噪声；模拟微电脑控制系统等特点。

1.1.4手机充电器工作流程

目前手机充电器的工作流程一般为：

(1). 检测电池的电压，如果低于一个阈值电压，就要进行涓流充电；

(2). 电池充到一定电压（一般设置为2.9V）时，进行全电流充电；

(3). 当电池电压达到预置电压（锂离子电池一般为4.2V）时，开始恒压充电，同时充电电流降低；

(4). 当电流逐渐减小到规定的值时，充电过程结束。

2 .自制手机锂离子电池充电器

电池循环锂离子电池以其体积小,容量大,重量轻,无记忆效应,无污染充放电次数多(寿命长)等优点,现已普遍地在手机上使用.但在

实际使用中有不少会觉得锂离子电池的寿命很短,用不多久就充不上电了,其实都好似因为充电不当造成电池的损坏.锂离子电池充电条

件要求严格,充电控制要求精度高,对过充电的承受能力差,如果用一般的充电器对其充电,必定会因过充电而损坏.因此,锂离子电池的充电器必须符合锂离子电池的充电特性要求.

2.1工作原理

锂离子电池的充电过程分两个阶段进行,首先用恒流充电到

4.2V+0.05V,即转入4.2V+(-)0.05V恒压的第二阶段充电,恒压充电电流会随着时间的推移而逐渐降低,待充电电流降到0.1CmA时，表明电池已冲到额定容量的93%或者94%，此时即可以为基本充满，如果继续充下去，充电电流会慢慢降到0，电池完全充满。恒流充电率为0.1CmA到1.5CmA(CmA：当电池额定容量为1000mAb时，则1.0CmA充电率表示充电电流为1000CmA;1.5CmA充电电流为1500mA，以次类推)。标准充电率为0.5CmA，约需2小时可将电池电压（放电到3.0V 的电池）充到4.2V，再转入恒压充1小时左右，即可结束充电。整个充电过程约需3小时，当充电率为105CmA时，第一阶段的充电时间只约需1/2小时。

本文根据锂离子电池的充电特性，制作了一款充电器，电路图见图1，其效果很好。该充电器主要由恒流源、恒压源和电池电压检测控制三部分组成。其工作原理为：市电经电流变压器降压、整流、滤波，由IC1构成恒流源经继电器的常闭触点向电池进导通，继电器行第一阶段恒流充电；当电池的电压上升到由IC3组成的电压比较器所设定的402V时，电压比较器输出高电平，经R7、ID2触发可控硅，SCRJ得电吸合，J-I的常闭点断开，常开点接通，转为由IC2组成的恒压源进行第二阶段的很呀充电。继电器之所以要用可控硅来控制，是因为在转为恒压充电时，电池的电压会有所下降，电压比较器又会转为输出低电平，但由于可控硅触发后的自保持特性就可消除这一影

响。ID2和C5的作用是消除误触发，D5的作用是防止电池电流倒流而损坏IC1。

2.2元件选择

电源变压器T的次级电压为10V，输出功率根据设定的第一阶段充电电流大小而定。IC1、IC2用可调三端稳压集成电路LM317，恒流源的电流大小由R1的阻值大小决定，其电流大小的计算方法为：1.25V除以R1的阻值，电阻R1的功率应>=2W，本文选用的阻值是1.8欧姆，恒压源电压的高低由R2和R3的比值决定。按LM317使用手则的推荐，R3的阻值在120欧姆——220欧姆之间选取，电压高低的计算方法为：1.25(1+R3/R2)。IC3应选用多圈精密可调电阻。继电器选用工作电压为12V，且触点电流较大的；以减少接触电阻，本文选用的是8A的。可控硅SCR选用小电流的单向可控硅，本文的型号为MCR100——8的1A单向可控硅。D1——D5应选用工作电流大于3A的二极管。另外，因第一阶段的充电电流较大，充电器输出到电池座的导线应选用稍粗的，以减少因导线内阻引起的电压降而影响控制电压的精度，同样，电池座与电池也应接触良好。在设计电路板时，应注意区分IC1、IC2的引脚（见图2所示）。IC1、IC2应加足够大的散热片，如两者共用散热片时，其中一个应加绝缘片，建议加在IC2上，理由是IC1工作时发热量较大，加绝缘片会增加热阻，影响散热效果。为了减少IC1、IC2与散热片的接触散热，接触面应加散热硅脂。因LM317的散热板与输出端内部是相连的，所以散热片应独立绝缘。发光二极管LED1和LED2的作用是指示充电的工作状态，第一阶段恒流

充电时LED2亮，第二阶段恒压充电时LED1亮，可分别选用不同颜色的发光二极管，以示区别。

2.3调试

表测试IC3的2、6脚电压，调整W，使电压为4.2V，初步调好比较电压点，给IC2的输出端接上47欧姆的假负荷，测量IC2的输出端的电压，调整R2，使电压为4.2V。接着，断开电源，接上R7，断开假负荷，接上待充电电池。然后接上电充电器装好后，先断开R7，接上电源用数字万用源，这时充电器给电池进行恒流充电。为确保比较电压点精确，应分别测量电池两端的电压和电压比较器采样点A点与IC3第4脚之间的电压，A点的电压值，减去电池两端的电压值即为导线的电压降值，再调整W，使IC3的2、6脚的电压为4.2V+导线的电压降值，以确保第一阶段充电结束时，电池两端的电压精确达到4.2V。至此；调试完成，充电器可投入正常使用。

3.参考文献:

作者:江泓，电子报2002年，第9期，类型：星网通讯；

作者：路秋生，常用充电器电路与应用

作者：李向阳等，电子技术应用中的镍镉电器的研制等

4.致谢

在这次的毕业论文设计中，我衷心感谢指导教师对我的帮助，我想如果没有他们的细心的教导，我不会这么顺利的完成。在这里我深深地说一声谢谢!

达州职业技术学院题目:手机恒流充电器

的设计

系别:机械电子技术系

姓名:李爱萍

学号:200422300120

指导教师:孙小智

职称:讲师

时间段:2006年12月——