手机充电器电路设计要点37152.docx

《手机充电器电路设计要点37152.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《手机充电器电路设计要点37152.docx（13页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、手机充电器器电路设计计摘要：通过过对课程的的学习设计计。了解手手机充电器的工工作原理及及设计流程程，确定相相关参数和和电路图。关键字：隔隔离变压器器 频率 绝缘电阻 绝缘强度 可燃性 自由跌落 湿热试验 工作原理 工作流程程1 前 言言做手机充电电器电路设设计，需先先对其工作作环境进行行分析，了了解其工作作原理。 分析析一个电源源，往往从从输入开始始着手。220V交流输入入，一端经经过一个4007半波整流流，另一端端经过一个个10欧的电阻阻后，由10uF电容滤波波。这个10欧的电阻阻用来做保保护的，如如果后面出出现故障等等导致过流流，那么这这个电阻将将被烧断，从从而避免引引起更大的的故障。右右

2、边的4007、47000pF电容、82K电阻，构构成一个高高压吸收电电路，当开开关管130003关断时，负负责吸收线线圈上的感感应电压，从从而防止高高压加到开开关管130003上而导致致击穿。130003为开关管(完整的名名应该是MJE1130033)，耐压400V，集电极极最大电流流1.5AA，最大集集电极功耗耗为14W，用来控控制原边绕绕组与电源源之间的通通、断。当当原边绕组组不停的通通断时，就就会在开关关变压器中中形成变化化的磁场，从从而在次级级绕组中产产生感应电电压。由于于图中没有有标明绕组组的同名端端，所以不不能看出是是正激式还还是反激式式。不过，从从这个电路路的结构来来看，可以以推

3、测出来来，这个电电源应该是是反激式的的。左端的的510K为启动电阻，给给开关管提提供启动用用的基极电电流。130003下方的10电阻为电电流取样电电阻，电流流经取样后后变成电压压(其值为10*II)，这电压压经二极管管4148后，加至至三极管C945的基极上上。当取样样电压大约约大于1.4V，即开关关管电流大大于0.144A时，三极极管C945导通，从从而将开关关管130003的基极电电压拉低，从从而集电极极电流减小小，这样就就限制了开开关的电流流，防止电电流过大而而烧毁(其实这是是一个恒流流结构，将将开关管的的最大电流流限制在140mmA左右)。变压器器左下方的的绕组(取样绕组)的感应电电压

4、经整流流二极管4148整流，22uF电容滤波波后形成取取样电压。为了了分析方便便，我们取取三极管C945发射极一一端为地。那那么这取样样电压就是是负的(-4V左右)，并且输输出电压越越高时，采采样电压越越负。取样样电压经过过6.2V稳压二极极管后，加加至开关管管130003的基极。前前面说了，当当输出电压压越高时，那那么取样电电压就越负负，当负到到一定程度度后，6.2V稳压二极极管被击穿穿，从而将将开关130003的基极电电位拉低，这这将导致开开关管断开开或者推迟迟开关的导导通，从而而控制了能能量输入到到变压器中中，也就控控制了输出出电压的升升高，实现现了稳压输输出的功能能。而下方方的1K电阻

5、跟串串联的27000pF电容，则则是正反馈馈支路，从从取样绕组组中取出感感应电压，加加到开关管管的基极上上，以维持持振荡。右右边的次级级绕组就没没有太多好好说的了，经经二极管RF93整流，220uuF电容滤波波后输出6V的电压。没没找到二极极管RF93的资料，估估计是一个个快速回复复管，例如如肖特基二二极管等，因因为开关电电源的工作作频率较高高，所以需需要工作频频率的二极极管。这里里可以用常常见的1N58816、1N58817等肖特基基二极管代代替。同样样因为频率率高的原因因，变压器器也必须使使用高频开开关变压器器，铁心一一般为高频频铁氧体磁磁芯，具有有高的电阻阻率，以减减小涡流。2 交流输输

6、入电压充电器的的额定输入入电压为交交流220 V，频率为50 HHz，为了保证安安全性，充充电器应能能承受市电电一定范围围内的波动动，标准中中要求的电电压波动范范围是其额额定值的85 110 ，频率率的波动范范围是2 Hz。 3 电源线组组件（1）电源线线组件应符符合GB20099的要求； （2）电源线线组件的额额定值应大大于充电器器电源要求求的额定值值； （3）电源软软线的导线线截面积应应不小于0.755mm2； （4）电源线线组件中的的电源软线线应符合下下列要求：*如果电源源软线是橡橡皮绝缘，则则应是合成成橡胶，应应符合GB50013对通用橡胶胶护套软电电缆的要求求；*如果电源源软线是聚聚

7、氯乙烯绝绝缘的，应应符合GB5023对轻型聚聚氯乙烯护护套软线的的要求。44 隔离变压压器安全隔离离变压器在在构造上应应保证在出出现单一绝绝缘故障和和由此引起起的其他故故障时，不不会使安全全特低电压压绕组上出出现危险电电压。隔离离变压器应应按照GB49943中附录C的有关规定定进行试验验。5 一般要求求厂家应向向用户提供供足够的资资料，以确确保用户在在按厂家的的规定使用用时，不会会引起本标标准范围内内的危险。应应使用标准准简体中文文书写。标标记应是耐耐久和醒目目的，能承承受标记耐耐久性试验验。首先用用一块蘸有有水的棉布布擦拭15s，然后再再用一块蘸蘸有汽油的的棉布擦拭拭15s，标牌应应清晰，不

8、不应轻易被被揭掉，不应出出现卷边。6 说明书厂家应提提供必要的的使用说明明书，对充充电器在操操作、维修修、运输或或储存时有有可能引起起危险的情情况提醒用用户特别注注意。7 稳定性直接插在在墙壁插座座上、靠插插脚来承载载其重量的的充电器，不不应使墙壁壁插座承受受过大的应应力。可通通过插座应应力试验检检验其是否否合格。充充电器应按按正常使用用情况，插插入到一个个已固定好好的没有接接地接触件件的插座上上，该插座座可以围绕绕位于插座座啮合面后后面8mm的距离处处，与管件件接触件中中心线相交交的水平轴轴线转动。为为保持啮合合面垂直而而必须加到到插座上的的附加力矩矩不应超过过0.255Nm。2.5.2结构

9、细节节电池极性性接反以及及强制充电电或放电可可能导致危危险，所以以在设计上上应有防止止极性接反反以及防止止强制充放放电的措施施。将起保保护作用的的任何元件件一次一个个地短路或或开路，并并强迫充放放电各2小时，充充电器应不不起火、不不爆炸。88防触及性（电电击及能量量危险）充充电器正常常使用时应应具有防触触及性，防防止电击及及能量危险险。如果特低低电压电路路的外部配配线的绝缘缘是操作人人员可触及及的，则该该配线应：*不会受到到损坏或承承受应力；*不需要操操作人员接接触。9连接布线线（1）对使用用不可拆卸卸的电源软软线的充电电器应装有有紧固装置：*导线在连连接点不承承受应力；*导线的外外套不受磨磨

10、损；*电源软线线应能承受受拉力试验验，电源软软线应承受受30N的稳定拉拉力25次，拉力力沿最不利利的方向施施加，每次次施加时间间为1s，电源软软线应不被被拉断；*电源软线线紧固装置置应由绝缘缘材料制成成，或由具具有符合附附加绝缘要要求的绝缘缘材料的衬衬套制成。（2） 电源软线入口开孔处应装有软线入口护套，或者软线入口或衬套应具有光滑圆形的喇叭口，喇叭口的曲率半径至少等于所连接最大截面积的软线外径的1.5倍。软线入口护套应：*设计成防止软线在进入充电器入口处过分弯曲；*用绝缘材料制成；*采用可靠的方法固定；*伸出充电器外超过入口开孔的距离至少为该软线外径的5倍，或者对扁平软线，至少为该软线截面长

11、边尺寸的5倍。10 外壳表面当用户碰触到电池外壳时，其温度不应造成用户的突然反应使他受伤，人对温度的反应不仅是度数的高低，还取决于外壳材料的传导特性和热容量，60的金属外壳比70的塑料外壳感觉要烫，UL和IEC的相关标准中对非金属外壳温升的规定不超过50，而手机电池的外壳绝大部分是非金属材料，因此本标准借鉴了该规定，要求如下：充电器额定工作2小时后，测量其外壳表面温度变化小于1/h即认为温度稳定，此时测量其外壳表面温升应小于50。11输出短路保护充电器应有短路的自动保护功能。将充电器输出短路，充电器应能自动保护，故障排除后应能自动恢复工作。12绝缘电阻在常温条件下，用绝缘电阻测试仪直流500

12、V电压，对充电器主回路的一次电路对外壳、二次电路对外壳及一次电路对二次电路进行测试，充电器的绝缘电阻应不低于2 M。13绝缘强度用耐压测试仪对充电器进行绝缘强度试验，且充电器必须是在进行完绝缘电阻试验并符合要求后才能进行绝缘强度的试验。一次电路对外壳、一次电路对二次电路应能承受50 Hz、有效值为1500 V的交流电压（漏电流10 mA），二次电路对外壳应能承受50 Hz、有效值为500 V的交流电压（漏电流10 mA），应无击穿与无飞弧现象。试验电压应从小于一半规定电压值处逐步升高，达到规定电压值时持续1 min。14 异常工作及故障条件下的要求充电器的设计应能尽可能限制因机械、电气过载或故

13、障、异常工作或使用不当而造成起火或电击危险。变压器过载试验按照GB4943中附录C1的要求进行。可模拟下列故障条件：*一次电路中任何元器件的失效；*二次电路中任何元器件的失效。15 材料的可燃性要求充电器外壳和印制板及元器件所用的材料应能使引燃危险和火焰蔓延减小到最低限度，为V2级或更优等级。在进行耐热及防火试验时，V-0级材料可以燃烧或灼热，但其持续时间平均不超过5s，在燃烧时所释放的灼热微粒或燃烧滴落物不会使脱脂棉引燃。V-1级材料可以燃烧或灼热，但其持续时间平均不超过25s，在燃烧时所释放的灼热微粒或燃烧滴落物不会使脱脂棉引燃。V-2级材料可以燃烧或灼热，但其持续时间平均不超过25s，在

14、燃烧时所释放的灼热微粒或燃烧滴落物会使脱脂棉引燃。进行本试验时可能会冒出有毒的烟雾，在适用的情况下，试验可以在通风柜中进行，或者在通风良好的房间内进行，但是不能出现可能使试验结果无效的气流。试验火焰应利用本生灯获得，本生灯灯管内径为9.5mm0.5mm，灯管长度从空气主进口处向上约为100mm。本生灯要使用热值约为37MJ/m3的燃气。应调节本生灯的火焰，使本生灯处于垂直位置，同时空气进气口关闭时，火焰的总高度约为20mm。火焰顶端应与样品接触，烧30s，然后移动火焰停烧60s，再在同一部位烧30s。在试验期间，当试验火焰第二次撤离后，样品延续燃烧不应超过1min，且样品不应完全烧尽。16 自

15、由跌落试验充电器从1m高度处自由跌落到硬木表面3次，其表面应无裂痕等损坏。17湿热试验试验方法按GB/T 2423.9 2001 中“试验 Cb” 的要求进行。产品无包装，试验严酷等级为：温度 40 2 ，相对湿度（933）RH，试验持续时间为2 d。试验后应符合4.7.2的要求。3 小结本标准在制订过程中借鉴了国际相关标准，如IEC62133、IEC61960、UL1642、UL2045等，参考了GB 4943 2001信息技术设备的安全等标准，力求标准条款适合我国国情，试验方法具有可操作性。本标准在编制过程中遵循了ISO技术工作导则中的可证实原则:即规定的技术要求能用试验方法加以论证,若暂

16、时没有科学的方法进行试验或检验,以及不能稳定可靠地得出确切检验结果时,就不将这样的条款列进标准。部分安全试验分别针对锂电池和锂电池芯，因此该标准对锂电池和锂电池芯分别进行了定义。，所以该标准对此做了规定。充电器除应具有电气防护功能外，也应具有防火防护功能，根据同类产品的要求，该标准将其防火材料等级规定为V-2级。 (52RDD.comm)结论2 电路设设计思想 从从手机锂离离子二次电电池的恒流流恒压充充电控制出出发，用220VV 交流电通通过配置的的内置储能能锂电池对对手机锂离离子电池充充电。电路路的具体工工作流程如如图1所示。 图1 工作流程图 2 电路设设计方案 充充电芯片选选用美信半半导

17、体公司司的锂电池池充电芯片片，这款充充电芯片具具有很强的的充电控制制特性，可可外接限流流型充电电电源和P沟道场效应应管，能对对单节锂电电池进行安安全有效的的快充。其其最大特点点是在不使使用电感的的情况下仍仍能做到很很低的功率率耗散，且且充电控制制精度达0.75；可以以实现预充充电；具有有过压保护护和温度保保护功能，其其浮充方式式能够充至至最大电池池容量。当充电电源源和电池在在正常的工工作温度范范围内时，接接通电源将将启动一次次充电过程程。充电结结束的条件件是平均的的脉冲充电电电流达到到快充电流流的1，或时时间超出片片上预置的的充电时间间。所选用用的充电芯芯片能够自自动检测充充电电源，在在没有电

18、源源时自动关关断以减少少电池的漏漏电。启动动快充后打打开外接的的P型场效应应管，当检检测到电池池电压达到到设定的门门限时进入入脉冲充电电方式，充充电结束时时，外接LED指示灯将将会进行闪闪烁提示。电路工作原原理 内置储能电电池的充电电及其保护护电路其中包括括：LED显示、热热敏电阻，电电流反向保保护。ADJ引脚通过10k的电阻与与内部1.4V的精密基基准源相连连接，当ADJ对地没有有连接电阻阻时，电池池充电电压压阈值为缺缺省值：VBR4.2V；当需要要自行设置置充电阈值值时，可在在ADJ引脚与GND间接一精精度为1的电阻RADJ，阻值由由式(1)确定： RADJ10k/(VBBR/VBBRC-

19、11) (11) 由图3可知，充充电阈值为4.1V，可得RADJ410k。电阻精度度为1时，产产生得系统统误差为0.0224。TSEL管管脚接BATT、ADJ或GND将得到不不同的快充充时间和全全部充电时时间。TESL管脚接BATT时快充时时间为55分钟，全全部充电时时间为2.8小时；TSEL接ADJ时快充时时间为75分钟，整整个充电时时间为3.75小时；TSEL接GND时快充时时间没有限限制，整个个充电时间间为6.25小时。充充电电流的的限制可以以采用限流流电阻的方方法解决。电路工作流流程始化充电周周期 充电芯芯片检测到到电池和充充电电源后后将初始化化充电周期期，充电结结束后，如如检测到电电

20、池电压低低于3.899V或THERRM引脚电压高高于1.4V将重新充充电。允许许快充的条条件是电池池电压大于于2.5V且小于充充电阈值电电压（默认认值是4.2V），且温温度范围为为2.547.5。如果温温度范围不不符，充电电芯片将处处于用5mA的电流预预充，防止止深度放电电的锂离子子电池在快快充时损坏坏甚至发生生危险。 快快充过程 快充充开始后，充充电芯片打打开外接的的P沟道场效效应管，充充电电流大大小由外部部限流型充充电电源决决定。由于于P沟道场效效应管工作作在开关状状态，并非非线性稳压压器，所以以功耗极小小。快充结结束的条件件是电池电电压达到阈阈值（由ADJ引脚调节节），充电电时间达到到预

21、定的快快充时间或或温度超出出安全范围围。温度超超出工作范范围时快充充只是暂停停，当温度度恢复后快快充将持续续进行。 脉脉冲充电过过程 多数数情况下，充充电电池达达到阈值后后便会结束束快充过程程而进入脉脉冲充电过过程。充电电芯片每隔隔2ms检测一次次电池电压压，电池电电压小于阈阈值时，外外部P沟道场效效应管导通通；电池电电压大于等等于阈值时时，P沟道场效效应管断开开；脉冲充充电过程接接近结束时时，P沟道场效效应管的断断开时间大大大超过接接通时间，达达到TSEL管脚设置置的周期比比（1/64，1/1228，1/256）后脉冲冲充电过程程结束。 充充电状态指指示CHG 管脚CHG与管脚IN之间连接L

22、ED作为充电电状态指示示灯，当没没有插入电电池，电源源没有连接接或电池电电压小于2.2V时，CHG管脚在高高阻态，LED不亮；当当快充或脉脉冲充电时时，LED亮，在初初始化期间间或时间超超出预定时时间，LED按50周期闪闪烁；当充充电状态结结束时，LED按12周期闪烁烁。 3 专用充电电芯片的选选择及其电电路设计 锂电池充充电特性 锂电电池充电器器需同时限限制电压和和电流，通通常对锂离离子电池充充电分为四四个过程： A 预充电。如如果充电开开始时单节节电池电压压低于2.5VV,则用涓流流充电方式式对电池进进行预充电电直到电池池电压升至至2.5V，其充电电电流大小小一般在1C1/10。 B 恒流

23、充电电。预充电电结束后即即开始恒流流充电，其其间电池电电压不断上上升。 C 恒压充电电。当电池池电压上升升到4.1V后转入恒恒压充电，其其间充电电电流不断减减小。 D 充电终止止。当端电电压达到电电压阈值并并且充电电电流降至0.033C(约1chaarge的3%)时,即认为电电池已基本本充足，可可终止充电电。有的会会再延时一一段时间结结束充电。 当前前的锂离子子电池一般般充电到4.20V，容差为0.055V/节。 较高高的充电电电流并不会会使充电时时间缩短太太多。较高高的充电电电流能较快快达到电压压峰值，但但是浮充需需要较长时时间。通常常，浮充时时间是初始始充电时间间的两倍。 所用芯片片特点

24、选用用美国飞思思卡尔半导导体产品公公司开发的的专用充电电芯片。该该芯片是8脚开关型型充电控制制集成电路路，专门适适用于锂电电电池的充充电管理，能能实现高精精度充电控控制。它简简化了锂电电池的充电电过程，把把必要的功功率转换和和锂电池的的充电控制制算法及其其他充电需需要的功能能电路制作作到同一块块IC上。其主主要特点如如下。 可对锂离离子电池进进行安全充充电管理； 高频开关关模式控制制器使得充充电效率可可达90以上； 可防止对对锂电池的的过充电和和欠充电； 初充电模模式可检测测电池短路路、损坏以以及电池过过热； 快速充电电结束方式式，对锂电电池可选择择为最小电电流和最长长时间关断断模式； 电池组

25、放放入与取出出检测； 低功耗的的休眠方式式。 其内内部框图如如图3所示。 图33 Weaalth主充电芯片片内部电路路原理 工作原理 首先先，由振荡荡器和内部部振荡器共共同作用到到时钟脉冲冲发生器，产产生时钟信信号，用来来控制D/A转换、V运算器及及其他有关关单元电路路，并使之之同步工作作。该充电电芯片在中中断充电电电流期间进进行采样，以以求采样的的精确。采采样电压从从脚4（BAT）进入电电路内部，经A/D转换后送送入V运算器处理理，并将运运算结果送送入充电控控制单元，随随时控制充充电过程。 在充充电初始阶阶段，该充充电芯片会会检测电池池的电参数数，一旦电电参数确定定，立即用用适当的算算法确定合合适的控制制方法。这这个过程主主要是为了了区分不同同电参数的的锂电池，同同时也排除除了欠充电电和过充电电情况发生生。该充电电芯片使用用最小电流流法终结充充电。为了了充电安全全，电路内内部设置了了一个可供供用户编程程的充电定定时器。通通过定时器器也可以用用最大时间间法终结充充电。 另外外，为了确确保安全，在在电池的电电压和温度度未达到预预先确定的的或用户规规定的阈值值之前，该该充电芯片片禁止快速速充电。 图44 手机应急急充电器主主充电电路路原理图 设计规范范表及主充充电电路原原理图 主充充电电路原原理图如图图4所示。参考文献：附录：