电力电子手机充电器课程设计报告

1、 电力电子技术课程设计说明书 题目： 充电器的设计与制作 学生姓名： 李羊飞 学 号： 202206070320 院 系： 电气与信息工程学院 专 业： 自动化 指导教师： 康家玉 2022 年 01 月 01 日1 选题背景1.1设计说明 本充电器由电源变压器T8VA,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R1、R2，电位器RP1、RP2、RP3等组成，可对 锂电池进行充电，电池充满电后可自动停充。1.2 指导思想 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给，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。1.3 技术要求 通信技术的高速开展促使 种类众多，也导致 充电器也是多种多样，本设计设计并制作一套 通用锂电池的充电器。 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。1.4 方案论证从课题上可以看出设计的主体要求是将

2、市电变换为符合要求的直流电源，整体上应该有降压、整流、滤波、恒压电路。降压电路可以用最简单的变压器完成，将220V电压变为10V左右的低压，为了优化波形使其更加稳定可采用滤波电容去除高频干扰。 通用的锂电池充电电压为4.2V，因此需要设计一个恒压源电路。充电电流在一定程度上影响了充电的时间，过高的电流会缩短电池的使用寿命，所以我们还需要一个可靠地恒流源来保证充电的时间和 的使用寿命。当上述条件都具备时对于不同容量的 电池充电时间是不一样的，因此需要一个不以时间为参考的充电完成信号，我们可以根据电池两端的电压是否到达标准电压来判断是否充满电。1.4.1 方案一 本方案采用的是现行 充电器的通用电路，主要是由开关电源和充电电路组成的。电路图如下。图3.1原理图制作成功后该充电器能自动识别电池极性，自动调整输出电流使得电池到达最正确充电状态，可保护电池延长电池寿命。充电饱和时七彩灯会自动熄灭。当接入电源后，通过整流二极管VD1、R1给开关管Q1提供启动电流，使Q1开始导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2中感应出使Q1基极为正，发射极为负的正反 馈电压，使Q1很快饱和。与此同时，感应

3、电压给C1充电，随着C1充电电压的增高，Q1基极电位逐渐变低，致使Q1退出饱和区，Ic开始减小，在 L2中感应出使Q1基极为负、发射极为正的电压，使Q1迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止 时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又经R1给C1反向充电，逐渐提高Q1基极电位，使其重新导通，再次翻转到达饱和状态，电路就这样重复振荡下 去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器的次级绕组向负载输出所需要的电压，在C4的两端获得9V的直流电，供充电电路工作。 在充电电路中Q2与CH七彩发光二极管组成充电指示电路。R7与PW红色二极管组成电池好坏检测及电源通电指示电路。Q4、Q5、Q6、Q7组成自动识别电池极性的电路。 当充电端1接电池的正，端2接电池的负时，充电回路是电源的+、Q5发射极、Q5集电极、端1接+ 、Q7饱和、端2接-； 当充电端2接电池的正，端1接电池的负时，充电回路是电源的+、Q4发射极、Q4集电极、端2接+、Q6饱和、端2接-。即可完成自动极性的识别，保证充电回路自开工作。1.4.2 方案二本方案是前期分析的具体实现，也是比拟

4、简单的一种。电路图如下。该电路有四局部组成电源输入电路、恒流电路、恒压电路、充电指示电路组成。 电源输入电路由电源变压器T1、整流桥堆D1，D2，D3，D4和滤波电容C470F组成。 恒压电路由电阻R3，电位器R1、R5、稳压管D5、D6，稳压器LM7805 充电指示电路由晶体管Q1、电阻R4、电位器R2和发光二极管LED1组成。 交流电220V电压经过变压器T二次侧电压9V、整流桥、滤波电容C后，产生8.1V的直流电压。该电压经过恒压电路处理后对电池充电。同时Q1导通，LED1发光。随着电池两极板电压的升高充电电流将逐渐减小。当电池电压到达4.2V时，R4上电压降低使Q1截止，VLED1熄灭，提醒用户充电结束。2 电路设计2.1 总体方框图2.2 工作原理 首先，经过变压器可以将市电降低为对人体平安的电压，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到达分压的目的，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

5、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。这就是根本原理，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 各主要电路与工作原理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局部，电路局部由绕组构成，磁路局部有铁心构成。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根本电磁关系。二次侧负载变化对一次侧的

6、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220V9V的单相变压器。3.1.2 变压器的外形图及电路图 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下图。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那么因为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

7、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，那么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，那么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 。 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，

8、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，uou2，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，ucu2o。 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，假设想使稳压器的输出电压可调，那么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，其电路图如节图所示。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缺乏所以三极管截止，所以指示灯就会灭，表示充电已完成。这就是显示电路的根本原理，其电路图如3.5.1节图3.5.1所示。4 原理总图现在各电路模块的原理及作用已经知道了，假设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缺乏所以三极管截止，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：4.1.1 充电器电路图5 元器件清单元件名称型号数量电位器2K3电阻3002变压器8VA/9V1整流桥DF0051电解电容470F1LEDred1稳压二极管1N46212三端稳压器W78051三极管901316 小结在设计局部电路和总体电路时，正应了万事开头难，我有种老虎抓天无处下抓的感觉，索性在和同学探讨后找到了思路，并且与电力电子课本相结合，有一种学以致用的感受。有了前面课设经验，此次在焊电路板时

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