第一篇：手机充电器设计报告
手机充电器设计报告
题目：手机充电器设计
指导老师：翟永前
专业班级：电子信心工程专业12级
组别：第六组
组长：曹广振
团队成员：王沛、索彬、赵小芳、曹广振
院系名称：通信信号学院
智能充电器的设计
【摘要】
随着手机在世界范围内的普及，手机电池充电器的使用越来越广泛。充电器种类繁多，但从严格意义上讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。
该设计利用51单片机的处理控制能力实现充电器的智能化，在单片机的控制下，具有预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示功能。该设计包括了六个功能模块：
· 单片机模块：实现充电器的智能控制，如自动断电，充电完成报警提示。· 充电过程控制模块：采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。· 光耦模块：控制通电和断电，在电池充满电后及时关断充电电源。
· 充电电压提供模块： 将一般家用交流电压经过变压器、电压转换芯片等转换为5V直流电压。
· 电压测试模块：利用AD转换把充电电池两端的电压通过数码管显示出来。· C51程序：单片机控制电池充电芯片实现充电过程的自动化，并根据充电状态给出有关的指示。
【关键字】
单片机、电压转换、MAX1898、智能、充电器
【目录】
一、设计综述
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二、基本方案
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三、软硬件设计
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四、软硬件仿真
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五、测试
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六、设计体会
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一、设计综述
手机电池的使用寿命和单次使用时间预充电过程密切相关，锂电池是手机最为常用的一种电池，它具有较高的能量重量比、能量体积比，具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低。锂电池对于充电器的要求也比较苛刻，需要保护电路，为了有效利用电池容量，须将锂电池充点值最大电压，但是过压充电会导致电池损坏，这就要求较高的充电精度。
而大部分充电器多采用大电流的快速充电法,在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充，一般充电到90%就停止大电流快充，而采用小电流涓流补充充电，这样就使充电时间增长了。
一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对锂电池起到一定的维护作用，修复由于记忆造成的记忆效应，即电池容量下降现象。设计比较科学的充电器往往采用专用充电芯片配合单片机控制的方法。专用的充电芯片可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确的结束充电工作，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化，以缩短充电时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。
另外，比起一般充电器，智能充电器还增加了充电电压的显示，让我们能直观的看到电池的由预充、快充、满充充电阶段，从而加强对电池的维护。
二、基本方案
（一）方案分析
该设计采用逐个功能模块分析再组合的方法来实现方案。
1、单片机模块
智能的实现利用单片机控制,经过分析，单片机芯片可以选择Atmel公司的AT89C52，来控制充满电时蜂鸣器报警声，以及通过中断控制光耦器件通电和断电。
2、充电过程控制模块
根据手机锂电池的需求特性，选择采用Maxim公司的MAX1898作为电池充电芯片。充电芯片Max1898的内部电路包括输入电流调节器、电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控器，输入电流调节器用于限制总输入电流，包括系统负载电流与充电电流，但检测到输入电路大于设定的门限电流时，通过降低充电电流从而控制输入电流，Max1898外接限流型充电电源和PNP功率三级管，可对单节锂电进行有效的快充，它通过外接电容设定充电时间，通过外接电阻设置最大充电电流。
定时电容C和充电时间Tchg的关系式满足：C=34.33×Tchg
最大充电电流Imax和限流电阻Rset的关系式满足：Imax＝1400/Rset
3、光耦模块
为了在充满电后能及时关断充电电源，则需要引入一个光耦模块芯片6N137。
6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速(典型为10MBd)，5mA的极小输入电流。6N137光耦合器的真值表如下：
4、充电电压提供模块：
由于一般家用电压为+220V交流电压，需要设置一个电压转换电路将+220V交流电压转换成+5V直流电。首先用变压器将220V交流电压转换成7V交流电，经过桥式整流变成直流电，再利用电压转换芯片LM7805将7V直流电压转换为5V直流电压。
5、电压测试模块
该部分采用AD转换来实现充电电压的现实。采用中断触发，基本原理是将一段时间内的输入模拟电压 Ui 和参考电压UR 通过两次积分，变换成与输入电压平均值成正比的时间间隔,再变换成正比于输入模拟信号的数字量。
把模拟信号转换成数字信号，转换原理为：
（二）方案实现功能
方案实现的功能，即充电过程：
· 预充
在安装好电池之后，接通输入直流电源，当充电其检测到电池时将定时器复位，从而进入预充过程，在此期间充电器以快充电流的10％给电池充电，使电压、温度恢复到正常状体，预充电时间由外接电容C9确定，如果在预充时间内电池电压达到2.5V，且电池温度正常，则进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压低于2.5V，则认为电池不可充电，充电器显示电池故障，由单片机发出故障指令，LED指示灯闪烁，· 快充
快充就是以恒定电流对电池充电，恒流充电时，电池的电压缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压时，恒流充电终止，充电电流快速递减，充电进入满充过程，· 满充
在满充过程中，充电电流逐渐递减，直到充电速率降到设置值以下，或满充超时时，转入顶端截止充电，顶端截止充电时，充电器以极小的充电电流为电池补充能量，由于充电器在
检测电池电压是否达到终止电压时有充电电流通过电池电阻，尽管在满充和顶端截至充电过程中充电电流逐渐下降，减小了电池内阻和其它串联电阻对电池端电压的影响，但串联在充电回路中的电阻形成的压降仍然对电池终止电压的检测有影响，一般情况下，满充和顶端截止充电可以延长电池5％～10％的使用时间，· 断电
当电池充满后，Max1898芯片的2脚／Chg发送的脉冲电平会由低变高，这将会被单片机检测到，引起单片机的中断，在中断中，如果判断出充电完毕，则单片机将通过P2.O口控制光耦切断L7805向Max1898供电，从而保证芯片和电池的安全，同时也减小功耗。
· 报警
当电池充满后，MAX1898芯片的2引脚/CHG发送
三、软硬件设计
（一）硬件部分
1、单片机控制设计，电路如下：
电路说明如下：
（1）P3.1脚控制发出报警声提示；
（2）P3.0脚输出控制光耦器件，在需要的时候可以及时关断充电电源。外部中断0由充电芯片MAX1898的充电状态输出信号经过反向后触发
2、充电部分：该部分为设计的主核心部分，利用MAX1898配合外部PNP组成完整的单节锂电池充电器。电路图具体说明：
（1）MAX1898的电压输入脚IN输入电压范围为4.5 V~ 12V，锂电池的充电方式要求是恒
流、恒压方式，所以电源输入需要采用恒流恒压源。
（2）PNP场效应管为电压放大型器件,输入阻抗高,耐压高，通过外接的PNP场效应管提供锂电池的充电接口。
（3）引脚CT通过外接的电容CCT 来设置快充时的最大充电时间tCHG。
= 34.33×tmax
（4）引脚ISET通过外接电阻RSET来设置最大充电电流Ifast。关系式如下：
Ifast =1400/2.8×103 电路图如下：
3、光耦控制部分，实现电路如下：
电路说明：即当GATE输入为低电平时，OUTPUT输出为高电平；当GATE输入为高电平时，OUTPUT输出为低，即断电。
4、充电电压转换，实现电路模块如下：
5、总电路（总电路实际上是由第5部分的充电电压和下图构成）
（二）软件部分
1、程序流程图
2、程序代码及说明
//防止BattCharger.h被重复引用的h文件
#ifndef _BATTCHARGER_H #define _BATTCHARGER_H #include
uint t_count,int0_count;#endif ***************************************************************** 主程序
*****************************************************************/ #include “reg52.h” #include “ABSACC.h” #include “intrins.h” #include “BattCharger.h” #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define PORTA4 XBYTE [0x7F8F]
uchar tab[]={0xc0,0xC0,0xC0,0xC0,0xC0,0xC0,0xC0};uchar tab2[]={0xC7,0xCB,0xD3,0xF3};uchar SEGPT2[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};unsigned int Num;
unsigned int getdata;
uchar keydata;
uchar selectkey;unsigned int date;sbit CLOCK=P3^5;uint tt=0;/* 延时子程序 */ void delay(Num){
unsigned int ii;
for(ii=0;ii {} } /***************************************************************** 定时器0和中断0控制充电过程 *****************************************************************/ /* 定时器0中断服务子程序 */ void timer0()interrupt 1 using 1 { TR0 = 0;// 停止计数 TH0 =-5000/256;// 重设计数初值 TL0 =-5000%256; t_count++; if(t_count>600)// 第一次外部中断0产生后3s { if(int0_count==1)// 还没有出现第二次外部中断0，则认为充电完毕 { GATE = 0;// 关闭充电电源 BP = 0;// 打开蜂鸣器报警 } else // 否则即是充电出错 { GATE = 1; BP = 1;} ET0 = 0; // 关闭T0中断 EX0 = 0; // 关闭外部中断0 int0_count = 0; t_count = 0; } else TR0 = 1; // 启动T0计数 } /* 外部中断0服务子程序 */ void int0()interrupt 0 using 1 { if(int0_count==0) { TH0 =-5000/256;// 5ms定时 TL0 =-5000%256; TR0 = 1;// 启动定时/计数器0计数 t_count = 0;// 产生定时器0中断的计数器清零 } int0_count++;} /***************************************************************** 定时器1和中断1控制AD转换 *****************************************************************/ /* 定时器1中断服务子程序 */ void time1(void)interrupt 3 { CLOCK=~CLOCK; } /* 外部中断1服务子程序 */ void int1(void)interrupt 2 { getdata=0; date=0; getdata=PORTA4; date=getdata*100/51; tab[0]=SEGPT2[date/100]-0x80; tab[1]=SEGPT2[date%100/10]; tab[2]=SEGPT2[date%10]; tab[3]=SEGPT2[0];TR0=0;} /*显示子程序 */ void DISP(void){ unsigned int i; for(i=0;i<5;i++) { P2 = 0; P1 =tab[i]; P2 =tab2[i]; delay(255); } } /* 初始化 */ void init(){ EA = 1;// 打开CPU中断 PT0 = 1; // T0中断设为高优先级 TMOD = 0x01;// 模式1，T0为16位定时/计数器 ET0 = 1; // 打开T0中断 BP = 1;// 关闭蜂鸣器 int0_count = 0;// 产生外部中断0的计数器 IT0 = 1; // 外部中断0设为边沿触发 EX0 = 1; // 打开外部中断0 GATE = 1; // 光耦正常输出电压清零 } void main(void){ TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256; ET1=1;init(); while(1) { DISP(); PORTA4=0x00; IT1 =1; EX1=1; } } 四、软硬件仿真 该设计中，由于在Protues和Multisim里都找不到元件MAX1898和6N137，不过好在单片机对充电过程的控制不复杂，可以在protel里画图，然后直接在在电路板上焊接测试。因此该设计可以仿真的部分只有用于充电器两端的电压显示部分（即AD转换部分）。仿真调试步骤如下： （一）在Keil程序里边新建项目，名称为“充电器显示”，并选择单片机型号为AT89C52.BUS。 （二）执新建文件，输入源程序保存为充电器显示.C，并保存，然后将源程序添加到项目中。 （三）执行菜单命令“在弹出的对话框中选择“Output”选项卡，选中“Greate HEX File”。 （四）编译源程序，得到HEX”文件。 （五）在proteus仿真平台上建立仿真原理图，并将程序上载到虚拟芯片上调试及运行。结果如下： 五、测试 （一）测试方法 1、线路连接 按仿真图在万用板上大概排下版，然后开始焊接，并连好每条线，检查无误后，进行下一步。 2、硬件是否工作测试 由于充电器电路实现比较特殊，芯片是否正常工作不好确定，且该设计有一部分不能仿真，只能根据资料仔细研究分析各芯片的引脚功能及特征，综合考虑、检测。一般的测试方法是： （1）先用万用表欧姆档逐步测量线路，确保线路都连接正确。 （2）然后，编写一段测试程序进行调试，即看各端口的工作状态是否和预设的一致来检测 芯片是否工作，这个主要是测单片机是否正常工作，从而诊断出电路板是哪一部分出了问题然后再进行调试。 （3）根据充电芯片特性，预设芯片某个输入脚的状态，检测芯片输出是否和预想的一样，来检测芯片是否能正常工作。 （二）测试条件和测试环境 该设计测试条件要求不高，只需具备一些常见测试工具：电源、万用表、锂电池，便可以进行焊接测试。 （三）测试结果 充电芯片可以正常充电，实现预充、快充、满充，数码管显示实时充电电压。 六、设计体会 这次设计所以总的来说，不算顺利，基本上到最后我们才调试出来，因此我有很多感触。一开始的时候，从图书馆借了些资料，参照资料进行原理图的设计，而我们选择的题目用到的几个芯片都是我们以前没接触过的，于是就得到网上找相关芯片的资料，来了解芯片特性，从而实现芯片的控制功能，画出原理图，但由于我们所选的MAX1898和6N137芯片和不常见，电路有一部分不能进行仿真，这也决定了我们的调试会是一个艰巨的过程。 完成原理图的设计，然后是焊板，这是一个需要耐心加细心的过程，哪怕一个小小的错误也会使结果出不来，所以必须要一条线一条线的检查，确认无误才能在万能板上接。还有在焊接的时候也要特别小心，稍不注意就会被电烙铁烫到，或出错了把芯片给烫坏了或者不该连接的线路被焊锡连起来了。同时这也需要同组人的配合，三个人交换检查线路，出错的可能性就小一些，通过合作也使我懂得了认真严谨的工作态度和团队精神的重要性。 上边就说了我们的调试将会是一个艰难的过程，事实的确如此，我们前边的部分其实很早就完成了，后边的调试花去了大部分时间，一开始怎么调试从MAX1898的充电电压输出端BATT都为低电平，电路也检查不出问题，分析各连线也合理，老师检查完成情况的时候，让我们再买块充电芯片来试试，于是我们重新从网上买了芯片再测试就好了，结果发现是原来的芯片坏了，我们一开始也怀疑是芯片坏了，但因为我们的芯片必须得网购，怕麻烦我们就没买；还有一个错误导致充满电以后不能断电，我们一开始设计的光耦模块原理图是照资料上的直接画的，因为简单，我们也没怀疑它会有问题，可是最后怎么调试都不出来才去查资料，发现资料上有些默认的连接它省略了，而我们实物图中必须要连起来。通过这些错误我认识到做设计是一个必须要很有耐心的过程，对于任何的细节都应该仔细研究分析。 经过发现错误然后改正错误，通过大家的努力，我们组基本上完成了实验目标。从一开始的迷茫，到现在对综合电路的设计有了一定方向，知道了该怎么去着手分析电路、设计电路，还有怎么去查找资料，和进行电路的调试，这是一个学习和进步的过程。 通过这次课程设计，也使我受益颇多。既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了单片机的应用设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题。通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题，我觉得这是一个进步的过程。 目 录 引言..................................................1 1概述............................................21.1 电池的应用现状...............................31.2 充电器的设计背景.............................3 1.2.1 手机充电器市场需求情况及发展趋势..........3 1.3 论文的主要内容...............................4 2 锂离子电池特性..................................52.1 锂离子电池充电器系统分析.................6 2.1.1 锂离子快速充电特性........................6 2.1.2 锂离子电池快速充电特性....................7 3 充电器的基本设计..............................9 3.1 充电器的充电时间....................................9 3.1.1 锂离子的充电方式..........................9 3.1.2 设计电路注意事项..........................9 3.2 充电器工作原理...........................10 3.2.1 滤波整流...........................................11 4 总 结....................................................13 致 谢...........................................................14 参考文献...........................................................15 附录一 充电器的电路全图.........................................16 附表一 元器件的数量、规格、封装........................17 0 引 言 随着现在手机的多功能化发展趋势，手机耗电量逐步增加，这就提高了对电池的要求，但是另一方面，电池随着手机体积的缩小而变得越来越小，而电池供电技术却并没有随之提高，这就带来了待机时间减少的问题，给经常外出的人使用手机但来了不少的麻烦。为了解决这一问题，许多人在购买手机时候采用了双电双充的配置方案，用来解决耗电量的问题。这样不但提高了手机购置成本，而且使用当中并不像想象中的那样方便，不是忘了携带第二块电池就是忘了充电，使得外出是因为电池电量不足影响手机的正常使用，为了解决这一问题。本文介绍了一种多功能手机充电器。 1概述 目前，市场上手机充电器种类繁多，但其中也有很多质量低劣的不合格产品。在去年产品质量国家监督抽查结果中，将近40％的厂家生产的充电器不合格。其主要问题出现在: 与交流电网电源的连接，电源端子骚扰电压，辐射骚扰场强和充电电压几个方面。另外，一些产品的低温性能、额定容量、放电性能、安全保护性能等方面存在质量问题。这些质量问题会影响到手机的正常使用，还会影响手机的使用寿命，严重时还可能伤害消费者。现在市场上发现有一些假冒伪劣手机电池便携式充电器。这些充电器由于价格非常低，携带方便，有许多手机用户更愿意使用这些充电器来对电池进行充电。劣质充电器实际上就是一个没有安全保证的简易变压器，由于内部缺少保护电路等保证安全的零配件，因而重量较原装品轻很多。但实际上，由于现在的手机电池多采用锂离子电池或镍氢电池作电芯，对充电器的电压、电流特性及安全保护有很高的要求。这些假冒伪劣充电器由于设计简单，采用劣质材料，加工手段粗糙，对手机电池的性能和寿命有很大损害。没有保护电路的充电器，由于不能保证充电时电流的稳定，因而会有烧坏电池甚至爆炸的危险。目前手机充电器主要有旅行充电器，座式充电器和车载充电器。厂家生产的原装旅行充电器和座式充电器，设计上都采用越来越精密的保护电路或开关电路设计，对电池的充电起到了良好的保护作用。车载充电器可以方便用户在汽车上为手机充电，一端插入点烟器，另一端连接手机，但不宜在汽车中长期充电，因为汽车中温度较高。 1.1电池的应用现状 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。 1.2充电池的设计背景 因为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。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。但是每个品牌的锂电池不可能完全一样，里面的芯片铁定有些差别。而万能充为了满足所有电池，不可能只针对诺基亚一款电池设计，它是根据自己的电板设计，所以有时候它显示充电满了，可是实际还差好多。最重要的是，用得久了，就会影响电池的寿命，因为电池总是“吃不饱”。万能充不能提供恒流限压充电制，所以最好不要用它。尤其是市场上有一些10块钱左右的万能充，对电池手机的危害极大，简直就是毒瘤！ 1.2.1手机充电器市场需求情况及发展趋势 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、镍氢锂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。 1.3论文的主要内容 本文内容直接介绍了当今时代的手机充电器和最流行的手机电池——锂离子电池，结合市场需求本文详细介绍了充电器的发展和锂离子电池的特性等。本着这两点我详细的分析了充电器的工作原理，并设计出了一款多功能手机充电器。锂离子电池特性 电子技术的不断发展导致各种电子产品向小型化发展，如手机、数码相机、笔记本电脑等的推广普及。而电子产品的小型化必须伴随着电源的小型化。金属锂是所有金属中最轻，氧化还原电位最低，质量能量密度最大的：这都推动了锂离子电池的发展。另外由于人们环境保护意识的日益增强，对铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制，这也成了锂离子电池发展的推动力之一。以下是锂离子电池的特性 1）工作电压高。通常单节锂离子电池的电压为3.7 V。单体电池即可为3 V的逻辑电路供电。对于要求较高供电电压的电子设备，电池组所需串联电池数也可大大减少。 2）体积小、重量轻、比能量高。通常锂离子电池的比能量可达镍镉电池的2倍以上，与同容量镍氢电池相比，体积可减少30%，重量可降低50%，有利于便携式电子设备小型轻量化。 3）寿命长。锂离子电池采用碳负极，在充放电过程中，碳负极不会生成金属锂，从而可以避免电池因内部金属锂短路而损坏。目前，锂离子电池的寿命可达1200次以上，远远高于各类电池。 4）安全快速充电。锂离子电池与金属锂电池不同，它的负极用特殊的碳电极代替金属锂电极，因此允许快速充电。采用1 C充电速率，可在两小时内充足电，而且安全性能大大提高。（注：充电率C表示充电的速度。若不考虑充电过程的损耗，充电率可表示为：C=充电电流(mA)/电池容量(mAh)(1.1)若电池的容量为500 mAh，C=1，则充电电流为500 mA。但实际的充电过程是一个电化学反应过程，有一定的损耗（如发热），故实际充电电流要比计算值大30%左右。短充电时间，可采用1 C、2 C充电率，一般最大充电率可达4 C。） 5）允许温度范围宽。锂离子电池具有优良的高低温放电性能，可在-20~+60℃之间工作。高温放电性能优于其它各类电池。此外，锂离子电池还具有自放电电流小、无记忆效应和无环境污染等优点，综合性能优于铅酸、镍镉、镍氢和金属锂电池，被称为性能最好的电池。 尽管锂离子电池具有上述诸多优点，但还是存在有如下的缺点。 1）与干电池无互换性。锂离子电池虽然有电压高的好处，但也有很难和干电池互换 的缺点。当蓄电池放完电时，一般的想法是用干电池暂时取代，但由于这两者电压不 同，不能直接代换。 2）无法急速充电。锂离子电池不能像镍镉电池那样，用1 5分钟急速充足电。锂离子电池的充电方法是：最初以恒定电池充电，最后则以恒定电压完成充电。现在各电池公司推荐的充电速率是1 C，这样，充电时间约需2小时，第一个小时可充入电池额定容量的80%左右。 3）内部阻抗高。因为锂离子电池的电解液为有机溶液，其电导率比镍镉电池、镍氢电池的水溶液电解液小得多，所以，锂离子电池的内部阻抗比镍镉电池或镍氢电池约大10倍。直径18 mm、长650 mm的单节电池的阻抗为50 m?。 4）工作电压变化较大。电池放电到额定容量的80％时，镍镉电池的电压变化很小(约0%），锂离子电池的电压变化很大（约40%）。对电池供电的设备来说，这是严重的缺点。但是由于锂离子电池放电电压变化比较大，很容易据此检测电池的剩余电量。 5）放电速率较大时，容量下降较大。放电速率为0.5 C时，锂离子电池和镍镉电池容量的减少量相当，但放电速率大于1 C时，锂离子电池的容量严重减少。 同其优点相比，这些缺点不应成为主要问题，特别是用于一些高科技、高附加值的产品中。因此锂离子电池具有广泛的应用价值，其经济价值相当可观。 2.1锂离子电池充电器系统分析 2.1.1锂离子电池快速充电特性 1)恒流充电特性 锂离子电池由锂离子移动产生氧化-还原反应，充电效率几乎为100%。若继续进行恒流充电，充电电压有可能升高超过使用电压。原因是若超过一定电压，金属锂析出并发生电解液的分解，当然电压会超过使用电压。 2)充电电压/电流特性 对完全放电的蓄电池进行恒流充电时，以充电量为参数，表示其电流与电压之间的关系，即为充电电压/电流特性。对于根据电压决定充电电量的锂离子电池，需要设定安全的最高电压进行充电，适宜用恒压充电方式。 3)充电终期电压的温度特性 电池的充电电压一般为负温度特性，因此需要对充电电压进行补偿。对于锂离子电池，完全充电电压与安全使用的充电电压有较大的差值，因此充电器不需要进行温度补偿。 4)充电温度与放电容量 由于充电时的温度不同各种电池的充电效率是不同的。放电容量表示进行标准的充电后的放电容量。锂离子电池的电解液几乎不发生分解，充电效率高，在5~45℃温度范围内进行充电时容量不会有较大差别。下面根据锂离子电池的充电特性，结合锂离子电池快速充电状态曲线，如图2.1所示，对各个状态分别加 以说明。图2.1中所标示的数据是根据多种市场产品总结得到的较为典型的值。 图2.1锂离子电池快速充电状态曲线图 2.1.2锂离子电池快速充电状态 1）涓流充电状态 在该状态下，充电器检测电池电压是否较低，如果是则采用涓流充电，即一个比较小的恒定电流对电池进行充电直至电池电压上升到一个安全值。2)恒流充电状态涓流充电后，充电器转入恒流充电状态。该状态下，充电电流保持不变的较大的值，通常是涓流充电电流的10倍或更大。电池的最大充电电流决定于电池的容量，通常选用1 C充电速率。比如1000 mAh的电池采用1000 mA电流充电。为了缩短充电时间，也可采用2 C或更高的速率在恒流充电和涓流充电状态下，充电器连续监控电池的电压和温度，并且可以采用以下两种恒流充电终止法，终止恒流充电。 （1）电池最高电压终止法 当单节锂电池的电压达到4.2 V，恒流充电状态应立即终止。 （2）电池最高温度终止法 在恒流充电过程中，当电池的温度达到60℃时，恒流充电状态应立即终止。 2）恒压充电状态 恒流充电终止后，充电器立即转入恒压充电状态。在该状态下，充电电压保持恒定。因为锂离子电池对充电电压精度的要求比较高，单节电池恒压充电电压应在规定值的±1%之间变化，因此要求锂离子电池充电器输出电压有较高的精度。在恒压充电过程中，充电器连续监控电池的电压、温度、充电电流和充电时间。常用的恒压充电终止方法有以下四种： (1)电池最高电压:当锂离子电池的电压达到4.2 V时，恒压充电状态自动终止。 (2)电池最高温度:当锂离子电池的最高温度达到60℃时，恒压充电状态自动终止。 (3)最长充电时间:为了确保锂离子电池安全充电，除了设定最高电压和最高温度外，还应设置最长恒压充电时间。在温度和电压检测失败的情况下，可以保证锂电池安全充电。 (4)最小充电电流:在恒压充电过程中，锂离子电池的充电电流逐渐减小，当充电电流下降到一定数值（通常为恒流充电电流的1/10）时，恒压充电状态自动终止。 3）维护充电状态 电池充足电后，若电池仍插在充电器上，电池会由于自放电而损失电量。充电器应以非常小的电流对电池充电或是监测电池电位以备对电池再充电，这种状态称为维护充电状态。 3充电器的基本设计 3.1充电时间 对于便携式电源系统中的充电器进行设计时，首先是决定充电时间。调查该电源系统不使用的时间，若该时间足够长，采用普通充电方式即可；若时间较短，要采用快速充电方式。充电时间与充电方式有着密切的关系。对于锂离子电池采用恒流恒压快速充电方式。 3.1.1锂离子电池的充电方式 锂离子电池的充电方式基本上采用恒流恒压充电方式。充电的恒压设定值随负极9活性物质的不同而异。锂离子电池的容量与充电电压有关，充电电压越高，蓄积的电量也越多，实际上电池的容量增大了。然而，充电电压增高，电解液进行分解，在负极就会析出金属锂，为此，充电电压的精度要控制在±1%以内。由于充电电流不能太大，因此，用快速充电方式在1小时内充满电较困难，可用定时器采用以下的控制方式。 1)总时间的控制方式 每次都以一定时间进行充电，因此，不管放电状态的深浅程度如何都是以这种时间进行充电，单独用这种方式不能进行良好的充电。可以作为与其他充电控制备用的并用方式。考虑到充电电流的大小和电池温度，总的设定时间为3~10小时。 2)电压检测+定时器方式 这种方式是达到设定电压后。对于放电量浅的电池充电电压上升快，可比总时间控制方法提早完成充电，定时器设定时间为1~5小时。 3)电流检测+定时器方式 这种方式是达到设定电流后，经过由定时器设定的时间停止充电。电压检测与电流检测只是检测的电压与电流不同，其考虑与使用方法完全相同。 4)电流检测方式 这是以恒流恒压充电，在恒压范围检测出较低的0.1 C的电流时停止充电的方式，不会发生过充电。 3.1.2设计注意事项 1)过充电 系统设计时最需要注意的问题是防止过充电，即锂离子还 原而金属锂析出。为此，对充电器要采取相应措施。 2)保护电路 锂离子电池有过充电的安全性与过放电时的电池劣化问题，这要在电池与负载或与充电器之间增设保护电路。当电池进入过充电或放电状态时，电池脱离外部电路。对于2节以上串联的电池组，还需要对每节电池的电压进行监视。 3)充电器上限电压 即使电池中增设了保护电路对电池采取了安全措施，但还希望在充电器方设定上限电压值，当超出通常的充电电压范围电路无输出的双重保护。 4)充电温度范围 在使用温度范围以外进行充电时，电池的功能会被破坏。因此，在温度过高时应立即采取自动断电。 5)避免大电流充电 大电流充电时，金属锂要析出，因此，即使在充电初期也必须以0.1 C以下的电流充电。 3.2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。 该电路很简洁（附录一），采用了一块软封装的集成块并标有AE3102字样，通过对其8个引脚分析，是集成了两个运放。 开关电源部分采用抑制振荡型开关电源，它的简单工作原理是把220V交流电整流滤波成峰值电压300V左右的三角波（滤波电容C1不用），利用稳压器组成电平开关，控制开关管Q1的振荡与停止。此开关电源初级电流很小，Q1的C极反峰电压也较低，因此可以使用Vceo大于300V的TO-92封装的小型开关管，以缩小体积降低成本。 1）开关电源部分： Q1和开关变压器组成间歇振荡器。充电器加电后，220V市电经D1半波整流后在Q1的C极上形成一个300V左右的直流电压，经过变压器初级加到Q1的C极，同时该电压还经启动电阻R2为Q1的B极提供一个偏置电压。由于正反馈作用，Q1的IC迅速上升 而饱和，在Q1进入饱和期间，开关变压器次级绕组产生的感应电压使D2导通，向负载输出一个约9V左右的直流电压。开关变压器的反馈绕组产生的感应脉冲经D3整流、C2滤波后产生一个与振荡脉冲个数呈正比的直流电压。此电压若超过稳压管Z1的稳压值，Z1便导通，此负极性整流电压便加在Q1的B极，使其迅速截止。Q1的截止时间与其输出电压呈反比。Z1的导通／截止直接受电网电压和负载的影响：电网电压越低或负载电流越大，Z1的导通时间越短，Q1的导通时间越长，反之，电网电压越高或负载电流越小，D3的整流电压越高，Z1的导通时间越长，Q1的导通时间越短。 2）充电部分： 手机电池残留电压（约3V）经R17、R15分压后，（1.3V）加至IC（AE3102）③脚，手机电池残留电压同时经R16点亮LED1，经LED1稳压后的电压(1.8V)加至IC②脚，此电压低于IC③脚电压，IC①脚输出低电平。此低电平使Q2导通，进行充电。R8的作用是使LED1的稳压值更稳定，LED1同时作电源指示。 IC内第Ⅱ运放与④脚的C5组成振荡电路。由⑦脚输出振荡方波，通过R12使LED2闪烁，指示充电。 随着电池电压上升，当经R17、R15分压后的（③脚）电压高于LED1的稳压（②脚）电压时，IC①脚输出高电平，使Q2截止，并点亮LED3指示充电结束。此时，LED2熄灭。 D4是防止电池反接损坏电路；R18是过流保险电阻；R6是在充电结束后进行小电流补充之用，说明书要求此时间约为0.5小时。 多功能部分： 该充电器使用了方便的电池夹，其两个电极可任意分开大小，适应多种手机锂电。在充电器侧面还留有小灵通充电接口。在充电器的另一个侧面，有一个极性转换开关，只有电池极性与充电极性相符时，测试灯LED1才会点亮。 3.2.1滤波整流 反馈绕组C2 D3是怎样滤波整流的？我画了一个简单的示意图如图二，或许这样就可以清晰的看出原理了：正如文章中开关电源部分的解释：开关变压器的反馈绕组产生的感应脉冲经D3整流、C2滤波后产生一个与振荡脉冲个数呈正比的直流电压。此电压若超过稳压管Z1的稳压值，Z1便导通，此负极性整流电压便加在Q1的B极，使其迅速截止。Q1的截止时间与其输出电压呈反比。Z1的导通／截止直接受电网电压和负载的影响：电网电压越低或负载电流越大，Z1的导通时间越短，Q1的导通时间越长，反之，电网电压越高或负载电流越小，D3的整流电压越高，Z1的导通时间越长，Q1的导通时间越短。 如图（2）滤波整流电路 4总 结 经过三个多月的不懈努力，手机多功能充电器的论文（设计）终于完成。在整个论文（设计）过程中，我遇到了很多的难题，但都在指导老师和同学的帮助下得到了顺利的解决。通过此次论文（设计），从不断的学习过程中我深刻体会到：无论是论文撰写，还是实际操作实践都是一个不断学习的过程，从最初刚写论文时的含糊不清到最后能够对整个论文有深刻的认识，从中我体会到实践对于学习的重要性和“实践出真知”的深刻含义。在大学的课堂上明白的只是理论，没有经过彻底的实践考察，对知识的理解还不够明确。然而，通过此次的论文撰写和实物的操作，让我真正做到了理论与实践的完美相结合。 总之，通过此次毕业论文（设计）的顺利完成，让我深刻体会到要更好的做好一个完整的事情，不仅仅需要基础知识的牢固，而且要有有系统的思维方式和巧妙的工作方法。在对待我们要解决的问题时，我们不仅仅要有毅力和耐心，而且，还要善于运用所拥有的资源来充实自己。同时，我们在对待一个新事物的时候，一定要从整体考虑，一定要一步一个脚印，这样所取得的成果才能更见成效！ 致 谢 本文是在指导老师齐仁龙老师的悉心指导下完成的，齐仁龙老师在学术上严格要求，老师的教诲和鼓励，及在学术上一丝不苟的精神，本人受益匪浅，在此向齐仁龙老师表示衷心的感谢和敬意！ 同时，也要感谢本设计小组的陈坤同学，感谢他在我遇到困难时的热情帮助，在课程设计中，我们积极的交流与探讨也使我受益非浅，希望在以后的学习道路中我们能够共同进步。 参考文献 [1] 付植桐.电子技术（第二版）[M].北京：高等教育出版社 ,2003 [2] 林钢．常用电子元器件［M］．北京：机械工业出版社,2004 [3] 陆绮荣.电子测量技术［M］.北京：电子工业出版社.2007 [4] 李良荣.EWB9电子设计技术［M］.机械工业出版社,2007 [EB/OL]http://hi.baidu.com/tmind/blog/item/d80e781b55b72fd1ad6e753c.Html 附录1 Clt-688原理图 附表一 基于多功能手机充电器的设计材料 名称 元器件 数量 D1.D2.D4 R3 R6 C1 C2 Z1 C3 R2.R10 R1 Q1 C4 R7 R14 R11 R12 IC R13 R6 Q2 R9 R8 R17 R15 R16 D3 R4 C5 LED 4007 7.2 3.3k 2.2u 9v1 332 470 47k 13001 100u 21k 1M 680 2.2k AE3102 5.6K 10K 8550 510 2.2K 29.4k 24K 3.6K 4148 47k 104 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 引 言...............................................................1 概 述...........................................................2 1.1电池的应用现状...............................................2 1.2多功能手机充电器的设计背景...................................3 锂离子电池特性....................................................5 2.1锂离子电池多功能充电器系统分析...............................6 2.1.1锂离子电池快速充电特性.................................6 2.1.2锂离子电池快速充电状态.................................7 充电器的基本设计..................................................9 3.1工作原理.....................................................9 3.2充电时间....................................................11 3.3设计注意事项................................................12 结 论............................................................13 致 谢..............................................................14 附录1.............................................................15 附表2.............................................................16 引 言 随着现代科技的日益发展，对手机的要求也日趋多功能化。而手机耗电量的 逐步增加，引起了人们的高度重视，这就使我们提高了对手机电池节能的要求。 另一方面，手机电池随着手机体积的日渐缩小而变得越来越精小化。然而，电池 供电技术却并没有随之提高，这就使我们手机出现了待机时间日渐减短的问题，从而，给一些经常外出的人们在使用手机时带来了不少的麻烦。为解决这一问题，许多人在购买手机时采用了双电双充的配置方案，以便用来解决手机耗电量大的 难题。当然，这样做也相应提高了手机的购置成本，同时，在我们使用的时候也 并不像想象中的那样方便，这使得我们外出时因为电池电量不足影响手机的正常 使用。针对这一现象，本文专门介绍了一种多功能的手机充电器，希望能够为那 些经常外出的朋友们解决这一难题，同时，带给大家更多的方便!1 概 述 目前，市场上手机充电器种类繁多，但其中也有很多质量低劣的不合格产 品。在去年国家产品质量监督部门的抽查结果中，将近40％的厂家生产的充电 器不合格。其主要问题出现在: 与交流电网电源的连接，电源端子骚扰电压，辐 射骚扰场强和充电电压几个方面。另外，一些产品的低温性能、额定容量、放电 性能、安全保护性能等方面存在质量问题。这些质量问题不仅会影响到手机的正 常使用，而且还会影响到手机的使用寿命，严重时还可能使消费者受到伤害。现 在市场上出现了一些假冒伪劣手机便携式充电器。这些充电器由于价格非常低，携带方便，有许多消费者更愿意使用这些充电器来对手机电池进行充电。而实际 上劣质充电器就是一个没有安全保证的简易变压器，由于内部缺少保护电路等安 全保证的零配件，因而重量较原装品轻许多。由于现在的手机电池多采用锂离子 电池或镍氢电池作电芯，对充电器的电压、电流特性及安全保护都有很高的技术 要求，而那些假冒伪劣的充电器因其设计简单，材料劣质，加工粗糙，会对我们 的手机电池性能与寿命造成很大损害。所以，没有保护电路的充电器，是不能保 证我们手机充电时电流的稳定，从而会有烧坏电池甚至引发爆炸的危险。因此，针对以上所述的各种情况，我们专门设计了一款安全可靠、携带方便、物美价廉 的多功能手机充电器，希望能够为大家解决更多的实际问题！ 1.1电池的应用现状 在消费市场上锂电池因其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，价格日趋低廉等特点受到了不少 消费者的青睐。同样它的这些特点促进了便携式手机充电器转向多功能手机充电 器的发展趋势。 锂电池的不足之处在于对充电器的要求和保护电路的要求比较苛刻。其要求 的充电方式是恒流恒压方式，为了有效利用电池的容量，我们需要将锂离子电池基于多功能手机充电器的设计 3充电至最大电压，但由于过压充电会造成电池的损坏,这就要求有较高的控制精 度（精度高于1％）。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，当充电终止时，除检测电压外，还需采用其他的辅助方法来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等。由此可见，实现安全高效的充 电控制是成为锂离子电池推广与应用的瓶颈。 对于锂电池充电器的基本要求是在特定的充电电流和充电电压下，来保证电 池的安全充电。同样，增加其它的充电辅助功能是为了延长其电池寿命简，以便 进一步简化充电器的操作。例如：给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。当然，所有或者部分功能都可以在充电芯片中实现，同样也可利用ASIC、分立器件或 在微处理器的基础上使用专门软件来加以实现。 1.2多功能手机充电器的设计背景 目前，所有手机充电器其实都是由一个稳定电源（主要用来提供稳定的工作 电压和足够的工作电流）以及必要的恒流、限压、限时等控制电路构成。而手机 常用锂离子电池充电器采用的是恒流限压充电方式。由于每个品牌的锂电池不可 能完全一样，其内部的芯片肯定会有一定的差别。而我们平日常用的万能充同样 是根据自己的电板设计，来满足部分消费者的需要。所以，有时候为我们手机电 池充电的时候，它显示充电满了，可是实际上与真正的饱和还差甚远。从上可以 看出，我们所使用的万能充不能提供恒流限压充电限制，所以我们最好是少用甚 至不用。根据以上的各种事实论述和技术基础，为本款多功能手机充电器提供了 更多的技术指标，从而能够为我们的手机充电提供更多的便捷服务！(1)手机充电器市场需求情况及发展趋势 1）当前，手机充电器可分为单槽形状和双槽型两种，而单槽形充电器正在 受到双槽形的攻击。双槽形充电器除了具有慢速充电、快速充放电以及镍镉、镍 氢锂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 过充等新功能，因而消费者应普遍倾向于双槽型充电器。 2）随着手机种类的日益增多，各种充电器因机型不同，电源端口的大小不基于多功能手机充电器的设计 4同，而不能互换使用，这样也给消费者带来了诸多不便。然而，标准型充电器是 指可以连接所有手机底端电源插座的充电器，并且生产的手机电源端口也应为适 用于统一标准充电器的规格。这样，消费者将不必在每次更换手机的同时去购买 新的充电器。由此可见，多功能手机充电器也应该向便携式、双槽式方向发展。 同时，也应该向标准化、通用化的方向发展。 3）对于手机充电器的待机耗电量的降低同样是多功能手机充电器设计过程 中的一个重要环节。相比于以前大众化的手机充电器，该款将会在各项多功能手 机充电器的功能更加的完善，同时，更进一步降低了本身的待机耗电量。 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进行充电。随 着市场的发展，自动识别两种电池而进行相应充电的多功能充电器正在逐步占据 主流。它可以自动分辨锂电池或镍氢电池的“座充能”（防止将锂电池放电的错 误动作）。同样，好的充电器可以辨识出来是锂电池还是镍氢电池，因此不会做 放电动作；差的充电器则做不到这一点，这就会造成锂电池寿命的折损。 锂离子电池特性 电子技术的不断发展促进了各种电子产品向小型化的发展趋势，如手机、数 码相机、笔记本电脑等电子产品的普及推广。从而也促进了充电电源的小型化。 金属锂是所有金属中最轻，氧化还原电位最低，质量能量密度最大的金属离子，这都推动了锂离子电池的发展。另外由于人们环境保护意识的日益增强，对铅、镉等重金属的使用日益受到限制，这也推动了锂离子电池的发展。 以下是锂离子电池的特性： 1）工作电压高 通常锂离子电池的电压为3.7 V。单体电池即可为3 V的逻辑电路供电。对 于工作电压较高的电子设备，锂电池组同样可以满足其需求。 2）体积小、重量轻、比能量高。 通常锂离子电池的比能量可达镍镉电池的2倍以上，与同容量镍氢电池相 比，体积可减少30%，重量可降低50%，有利于便携式电子设备小型轻量化。 3）寿命长 锂离子电池采用碳负极，在充放电过程中，碳负极不会生成金属锂，从而可 以避免电池因内部金属锂短路而损坏。目前，锂离子电池的寿命可达1200次以 上，远远高于各类电池。 4）安全快速充电 锂离子电池与金属锂电池不同，它的负极用特殊的碳电极代替金属锂电极，因此允许快速充电。并可在两小时内充足电，而且安全性能大大提高。 5）允许温度范围宽 锂离子电池具有优良的高低温放电性能，可在-20℃~+60℃之间工作。高温 放电性能优于其它各类电池。此外，锂离子电池还具有自放电电流小、无记忆效 应和无环境污染等优点，综合性能优于铅酸、镍镉、镍氢和金属锂电池，被称为 性能最好的电池。 尽管锂离子电池具有上述诸多优点，但还是存在有如下的缺点： 基于多功能手机充电器的设计 ①与干电池无互换性。锂离子电池虽然有电压高的好处，但也有很难和干电 池互换的缺点。当锂电池放完电时，一般的想法是用干电池暂时取代，但由于这 两者电压不同，不能直接代换。 ②无法急速充电。锂离子电池不能像镍镉电池那样，用15分钟急速充足电。 锂离子电池的充电方法是：最初以恒定电池充电，最后则以恒定电压完成充电。 这样，充电时间约需2小时，第一个小时可充入电池额定容量的80%左右。 ③内部阻抗高。因为锂离子电池的电解液为有机溶液，其电导率比镍镉电池、镍氢电池的水溶液电解液小得多。所以，锂离子电池的内部阻抗比镍镉电池或镍 氢电池约大10倍。 ④工作电压变化较大。电池放电到额定容量的80％时，镍镉电池的电压变 化很小(约1%），锂离子电池的电压变化很大（约40%）。对电池供电的设备来说，这是严重的缺点。但是由于锂离子电池放电电压变化比较大，很容易据此检测出 电池的剩余电量。当放电速率较大时，容量下降较大。锂离子电池和镍镉电池容 量的减少量相当。 同其优点相比，这些缺点不应成为主要问题，特别是用于一些高科技、高附 加值的产品中。因此，锂离子电池具有广泛的应用价值，其经济价值相当可观！ 这些也促进了本款多功能手机充电器的完美设计。 2.1锂离子电池多功能充电器系统分析 2.1.1锂离子电池快速充电特性 1）恒流充电特性 锂离子电池由锂离子移动产生氧化——还原反应，充电效率几乎为100%。 若继续进行恒流充电，充电电压有可能超过使用电压。原因是若超过一定电压，金属锂将尽快析出来并发生电解液的分解。 2）充电电压/电流特性 本款多功能手机充电器在对完全放电的锂电池进行恒流充电时，以充电量为 参数，表示其电流与电压之间的关系，即为充电电压/电流特性。对于根据电压基于多功能手机充电器的设计 7决定充电电量的锂离子电池，需要设定安全的最高电压进行充电，适宜用恒压充 电方式。 3)充电终期电压的温度特性 电池的充电电压一般为负温度特性，因此需要对充电电压进行补偿。对于锂 离子电池，完全充电电压与安全使用的充电电压有较大的差值，因此本款多功能 手机充电器不需要进行温度补偿。 4)充电温度与放电容量 由于充电时的温度不同各种电池的充电效率是不同的。放电容量表示进行标 准的充电后的放电容量。锂离子电池的电解液几乎不发生分解，充电效率高，在 5℃~45℃温度范围内进行充电时容量不会有较大差别。下面根据锂离子电池的充 电特性，结合锂离子电池快速充电状态曲线，如图1所示，对各个状态分别加以 说明。图1中所标示的数据是根据多种市场产品总结得到的较为典型的值。 图1锂离子电池快速充电状态曲线图 2.1.2锂离子电池快速充电状态 1）涓流充电状态 在该状态下，本款多功能手机充电器检测电池电压是否较低，如果是则采用 涓流充电，即一个比较小的恒定电流对电池进行充电直至电池电压上升到一个安 全值。恒流充电状态涓流充电后，充电器转入恒流充电状态。在该状态下，充电 电流保持不变的较大的值，通常是涓流充电电流的10倍或更大。为了缩短充电 时间，也可采用更高的速率在恒流充电和涓流充电状态下进行充电。本款多功能基于多功能手机充电器的设计 8手机充电器也将连续监控电池的电压和温度，并且可以采用以下两种恒流充电终 止法，终止恒流充电。 (1)电池最高电压终止法 当单节锂电池的电压达到4.2 V，恒流充电状态应立即终止。 (2)电池最高温度终止法 在恒流充电过程中，当电池的温度达到60℃时，恒流充电状态应立即终止。 2）恒压充电状态 恒流充电终止后，充电器立即转入恒压充电状态。在该状态下，充电电压保 持恒定。因为锂离子电池对充电电压精度的要求比较高，单节电池恒压充电电压 应在规定值的±1%之间变化，因此要求锂离子电池充电器输出电压有较高的精 度。在恒压充电过程中，本款多功能手机充电器连续监控电池的电压、温度、充 常用的恒压充电终止方法有以下四种： ①电池最高电压:当锂离子电池的电压达到4.2 V时，恒压充电状态自动终 止。 ②电池最高温度:当锂离子电池的最高温度达到60℃时，恒压充电状态自动 终止。 ③最长充电时间:为了确保锂离子电池安全充电，除了设定最高电压和最高 温度外，还应设置最长恒压充电时间。在温度和电压检测失败的情况下，可以保 证锂电池安全充电。 ④最小充电电流:在恒压充电过程中，锂离子电池的充电电流逐渐减小，当 充电电流下降到一定数值（通常为恒流充电电流的1/10）时，恒压充电状态自 动终止。 3）维护充电状态 电池充足电后，若电池仍插在充电器上，电池会由于自放电而损失电量。本 款多功能手机充电器应以非常小的电流对电池充电或是监测电池电位以备对电 池再充电，这种状态称为维护充电状态。 基于多功能手机充电器的设计 3 充电器的基本设计 3.1工作原理 本款多功能手机充电器对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0.1mA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0mA，电池完全充满。恒流充电率为0.1C/mA到1.5C/mA。标准充电率 为0.5C/mA，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 105C/mA时，第一阶段的充电时间只约需1/2小时。 (1)本款多功能手机充电器开关电源部分采用抑制振荡型开关电源（如附录 1所示），它的简单工作原理是把220V交流电整流滤波成峰值电压300V左右的 三角波（滤波电容C1不用），利用稳压器组成电平开关，控制开关管Q1的振荡 与停止。此开关电源初级电流很小，Q1的C极反峰电压也较低，因此可以使用 Vceo大于300V的TO-92封装的小型开关管，以缩小体积降低成本。 1）开关电源部分 Q1和开关变压器组成间歇振荡器。充电器加电后，220V市电经D1半波整流 后在Q1的C极上形成一个300V左右的直流电压，经过变压器初级加到Q1的C 极，同时该电压还经启动电阻R2为Q1的B极提供一个偏置电压。由于正反馈作用，Q1的IC迅速上升而饱和，在Q1进入饱和期间，开关变压器次级绕组产生的感应电压使D2导通，向负载输出一个约9V左右的直流电压。开关变压器的反馈 绕组产生的感应脉冲经D3整流、C2滤波后产生一个与振荡脉冲个数呈正比的直 流电压。此电压若超过稳压管Z1的稳压值，Z1便导通，此负极性整流电压便加 在Q1的B极，使其迅速截止。Q1的截止时间与其输出电压呈反比。Z1的导通／ 截止直接受电网电压和负载的影响：电网电压越低或负载电流越大，Z1的导通时间越短，Q1的导通时间越长，反之，电网电压越高或负载电流越小，D3的整流基于多功能手机充电器的设计 10电压越高，Z1的导通时间越长，Q1的导通时间越短。 2）充电部分 手机电池残留电压（约3V）经R17、R15分压后，（1.3V）加至IC（AE3102） ③脚，手机电池残留电压同时经R16点亮LED1，经LED1稳压后的电压(1.8V)加 至IC②脚，此电压低于IC③脚电压，IC①脚输出低电平。此低电平使Q2导通，进行充电。R8的作用是使LED1的稳压值更稳定，LED1同时作电源指示。IC内第Ⅱ运放与④脚的C5组成振荡电路。由⑦脚输出振荡方波，通过R12 使LED2闪烁，指示充电。随着电池电压上升，当经R17、R15分压后的（③脚） 电压高于LED1的稳压（②脚）电压时，IC①脚输出高电平，使Q2截止，并点亮LED3指示充电结束。此时，LED2熄灭。D4是防止电池反接损坏电路；R18是过流保险电阻；R6是在充电结束后进行小电流补充之用，说明书要求此时间约为0.5小时。 3)多功能部分 该款多功能手机充电器使用了方便的电池夹，其两个电极可任意分开大小，适应多种手机锂电。在该款多功能手机充电器的另一个侧面，有一个极性转换开 关，只有电池极性与充电极性相符时，测试灯LED1才会点亮。 (2)滤波整流 正如文章中开关电源部分的解释：开关变压器的反馈绕组产生的感应脉冲经 D3整流、C2滤波后产生一个与振荡脉冲个数呈正比的直流电压。此电压若超过稳压管Z1的稳压值，Z1便导通，此负极性整流电压便加在Q1的B极，使其迅速截止。Q1的截止时间与其输出电压呈反比。Z1的导通／截止直接受电网电压和负载的影响：电网电压越低或负载电流越大，Z1的导通时间越短，Q1的导通时间越长，反之，电网电压越高或负载电流越小，D3的整流电压越高，Z1的导通时间越长，Q1的导通时间越短。图2是滤波整流的简化图。基于多功能手机充电器的设计 如图2滤波整流电路 3.2充电时间 (1)对于便携式电源系统中的充电器进行设计时，首先是决定充电时间。调 查该电源系统不使用的时间，若该时间足够长，采用普通充电方式即可；若时间 较短，要采用快速充电方式。充电时间与充电方式有着密切的关系。对于锂离子 电池采用恒流恒压快速充电方式。 (2)锂离子电池的充电方式 锂离子电池的充电方式基本上采用恒流恒压充电方式。充电的恒压设定值随 负极9活性物质的不同而异。锂离子电池的容量与充电电压有关，充电电压越高，蓄积的电量也越多，实际上电池的容量增大了。然而，充电电压增高，电解液进 行分解，在负极就会析出金属锂。为此，充电电压的精度要控制在±1%以内。由 于充电电流不能太大，因此，用快速充电方式在1小时内充满电较困难，可用定 时器采用以下的控制方式。 1)总时间的控制方式 每次都以一定时间进行充电，因此，不管放电状态的深浅程度如何都是以这 种时间进行充电，单独用这种方式不能进行良好的充电。可以作为与其他充电控基于多功能手机充电器的设计 12制备用的并用方式。考虑到充电电流的大小和电池温度，总的设定时间为3~10 小时。 2)电压检测+定时器方式这种方式 是达到设定电压后。对于放电量浅的电池充电电压上升快，可比总时间控 制方法提早完成充电，定时器设定时间为1~5小时。 3)电流检测+定时器方式 这种方式是达到设定电流后，经过由定时器设定的时间停止充电。电压检测 与电流检测只是检测的电压与电流不同，其考虑与使用方法完全相同。 4)电流检测方式 这是以恒流恒压充电，在恒压范围检测出较低的0.1mA的电流时停止充电的 方式，不会发生过充电。 3.3设计注意事项 1）过充电系统设计时最需要注意的问题是防止过充电，即锂离子还原而金 属锂析出。为此，专门对该款多功能手机充电器采取了相应措施。 2）保护电路锂离子电池有过充电的安全性与过放电时的电池劣化问题，这 要在电池与负载或与充电器之间增设保护电路。当电池进入过充电或放电状态 时，电池脱离外部电路。对于2节以上串联的电池组，还需要对每节电池的电压 进行监视。 3）该款多功能手机充电器上限电压即使电池中增设了保护电路对电池采取 了安全措施，但还希望在充电器方设定上限电压值，当超出通常的充电电压范围 电路有输出的双重保护。 4）充电温度范围在使用温度范围以外进行充电时，电池的功能会被破坏。 因此，在温度过高时该款多功能手机充电器会立即采取自动断电措施。 5）避免大电流充电大电流充电时，金属锂要析出，因此，即使在充电初期 也必须以0.1C以下的电流充电。 基于多功能手机充电器的设计 4 结 论 通过对该款多功能手机充电器的内部系统结构、工作原理以及控制充电器充 放电和实物参照的全过程的设计，达到了预期功能的基本要求。该款多功能手机 充电器能够对多种手机电池进行充电，尤其适合为目前市场上比较受到消费者青 睐的锂电池进行充电。该款多功能手机充电器安全可靠、携带方便、环保节能、物美价廉，希望能够为大家解决更多的实际问题，得到更为广泛的应用！提高是 有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头 脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应 变能力，更强的沟通力和理解力。 致 谢 随着论文写作即将画上一个圆满的句号，在论文写作的过程中，从论文的选 题到确定思路，从资料的搜集、提纲的拟定到内容的写作与修改，继而诸多观点 的梳理，都得益于我的导师——付老师的悉心指导和匠心点拨。论文的点评中总是闪烁着智慧的火花，与他的每次交谈我都能从中获益。他 渊博的学识，敏锐的学术洞察力，严谨的治学态度，一丝不苟的负责精神，以及 对学生孜孜不倦的教诲都给予了我极其深刻的印象，让我受益匪浅。在此，谨向 付老师老师表示我最衷心地感谢和最诚挚的敬意。 同时，也向两年来所有教授过我和帮助过我的老师表示感谢，感谢您们对我 的谆谆教诲、耐心指导和无私的帮助。 感谢我的同学和朋友们，感谢你们在我论文写作过程中给予我的鼓励、关心 和无私的帮助。 最后，衷心地感谢我的家人，感谢你们一直以来给予我的支持和鼓励。 17附表2 手机多功能充电器的原件清单 名称 元器件 数量 D1.D2.D4 4007 3 R3 7.2 1 R6 3.3k 1 C1 1 C2 2.2u 1 Z1 9v1 1 C3 332 1 R2.R10 470 2 R1 47k 1 Q1 13001 1 C4 100u 1 R7 21k 1 R14 1M 1 R11 680 1 R12 2.2k 1 IC AE3102 1 R13 5.6K 1 R6 10K 1 Q2 8550 1 R9 510 1 R8 2.2K 1 R17 29.4k 1 R15 24K 1 R16 3.6K 1 D3 4148 1 R4 47k 1 C5 104 1 LED 3 基于多功能手机充电器的设计 18郑州科技学院毕业设计（论文）检查表 时间 指导教师意见： 认定成绩： 签字： 日期： 毕业设计评审小组意见： 组长签字：0 日期： 手机旅行充电器的工作原理图 本文详细介绍了一种开关型手机充电器的工作原理，对初学者了解具体的开关电源电路及充电控制电路很有意义，这类文章，一般都较受读者欢迎，所以恳请喜欢动手制作、改造的朋友，能够记录下你们的心得，多赐良稿。 超力通手机旅行充电器适合给摩托罗拉308、328、338及368等系列手机电池充电。该充电器具有镍镉、镍氢、锂离子电池充电转换开关，并具有放电功能。在150～250V、40mA的交流市电输入时，可输出300±50mA的直流电流 本文详细介绍了一种开关型手机充电器的工作原理，对初学者了解具体的开关电源电路及充电控制电路很有意义，这类文章，一般都较受读者欢迎，所以恳请喜欢动手制作、改造的朋友，能够记录下你们的心得，多赐良稿。 超力通手机旅行充电器适合给摩托罗拉308、328、338及368等系列手机电池充电。该充电器具有镍镉、镍氢、锂离子电池充电转换开关，并具有放电功能。在150～250V、40mA的交流市电输入时，可输出300±50mA的直流电流。笔者根据实物绘出了工作原理图，供读者参考。 手机旅行充电器的工作原理图 该充电器采用了RCC型开关电源，即振荡抑制型变换器，它与PWM型开关电源有一定的区别。PWM型开关电源由独立的取样误差放大器和直流放大器组成脉宽调制系统；而RCC型开关电源只是由稳压器组成电平开关，控制过程为振荡状态和抑制状态。由于PWM型开关电源中的开关管总是周期性的通断，系统控制只是改变每个周期的脉冲宽度，而RCC型开关电源的控制过程并非线性连续变化，它只有两个状态：当开关电源输出电压超过额定值时，脉冲控制器输出低电平，开关管截止；当开关电源输出电压低于额定值时，脉冲控制器输出高电平，开关管导通。当负载电流减小时，滤波电容放电时间延长，输出电压不会很快降低，开关管处于截止状态，直到输出电压降低到额定值以下，开关管才会再次导通。开关管的截止时间取决于负载电流的大小。开关管的导通／截止由电平开关从输出电压取样进行控制。因此这种电源也称非周期性开关电源。 220V市电经VD1～VD4桥式整流后在V2的集电极上形成一个300V左右的直流电压。由V2和开关变压器组成间歇振荡器。开机后，300V直流电压经过变压器初级加到V2的集电极，同时该电压还经启动电阻R2为V2的基极提供一个偏置电压。由于正反馈作用，V2 Ic迅速上升而饱和，在V2进入截止期间，开关变压器次级绕组产生的感应电压使VD7导通，向负载输出一个9V左右的直流电压。开关变压器的反馈绕组产生的感应脉冲经VD5整流、C1滤波后产生一个与振荡脉冲个数呈正比的直流电压。此电压若超过稳压管VD17的稳压值，VD17便导通，此负极性整流电压便加在V2的基极，使其迅速截止。V2的截止时间与其输出电压呈反比。VD17的导通／截止直接受电网电压和负载的影响。电网电压越低或负载电流越大，VD17的导通时间越短，V2的导通时间越长，反之，电网电压越高或负载电流越小，VD5的整流电压越高，VD17的导通时间越长，V2的导通时间越短。V1是过流保护管，R5是V2 Ie的取样电阻。当V2 Ie过大时，R5上的电压降使V1导通，V2截止，可有效消除开机瞬间的冲击电流，同时对VD17的控制功能也是一种补偿。VD17以电压取样来控制V2的振荡时间，而V1是以电流取样来控制V2振荡时间的。 如果是为镍镉、镍氢电池充电，由于这类电池存在一定的记忆效应，需不定时对其进行放电。SW1是镍镉、镍氢、锂离子电池充电转换开关。SW1与精密基准电源SL431为运放LM324⑨提供两个不同的精密基准源，由SW1切换。在给镍镉、镍氢电池充电时，LM324⑨脚的基准电压约0．09V（空载）；在给锂离子电池充电时，LM324⑨脚的基准电压约为0．08V（空载），这种设计是由这两种类型电池特有的化学特性决定的。按下SW2，V5基极瞬间得一低电平而导通，可充电池上的残余电压通过V5的ec极在R17上放电，同时放电指示灯VD14点亮。在按下SW2后会随即释放，这时可充电池上的残余电压通过R16、R13分压，C9滤波后为V4的基极提供一个高电平，V4导通，这相当于短接SW2。随着放电时间的延长，可充电池上的残余电压也越来越低，当V4基极上的电压不能维持其继续导通时，V4截止，放电终止，充电器随即转入充电状态。 由于锂电不存在记忆效应，当电池低于3V时便不能开机，其残余电压经电阻R40、R41分压后得到2．53V送入运算放大器的同相端③、⑤、⑩脚，由于LM324⑨脚电压在负载下始终为2．66V，因此⑧脚输出低电平，V3导通，＋9V电压通过V3 ec极、VD8向可充电池充电。IC1 ｄ在电容C6的作用下，{14}脚输出的是脉冲信号，由于IC1⑧脚为低电平，因此VD12处于闪烁状态，以指示电池正在充电，对应容量为20%。随着充电时间的延长，可充电池上的电压逐渐上升。当R40、R41的分压值约等于2．58V时，即IC1③脚等于2．58V时，IC1②脚经电阻分压后得2．57V，其①脚输出高电平（由于在充电时，IC1⑨脚电压始终是2．66V，V6导通；反之在空载时，IC1⑨脚为0．08V，V6截止），VD10、VD11点亮，对应指示容量为40%、60%。当R40、R41的分压值上升到2．63V时，即IC1⑤脚等于2．63V，其⑥脚经电阻分压后得2．63V，⑦脚输出高电平，VD9点亮，对应充电容量为80%。只有IC1⑩脚电压≥2．66V时，⑧脚才输出高电平，VD13点亮，对应充电容量为100%。即使VD13点亮时，VD12仍处于闪烁状态，这表示电池仍未达到完全饱和。只有IC1⑧脚电压＞6．5V时，VD12才逐渐熄灭，表示电池完全充至饱和。 VD16在电路中起过充、过流保护作用，VD8起反向保护作用，避免充电器断电后，电池反向放电。 专门找了几个例子，让大家看看。自己也一边学习。 分析一个电源，往往从输入开始着手。220V交流输入，一端经过一个4007半波整流，另一端经过一个10欧的电阻后，由10uF电容滤波。这个10欧的电阻用来做保护的，如果后面出现故障等导致过流，那么这个电阻将被烧断，从而避免引起更大的故障。右边的4007、4700pF电容、82KΩ电阻，构成一个高压吸收电路，当开关管13003关断时，负责吸收线圈上的感应电压，从而防止高压加到开关管13003上而导致击穿。13003为开关管(完整的名应该是MJE13003)，耐压400V，集电极最大电流1.5A，最大集电极功耗为14W，用来控制原边绕组与电源之间的通、断。当原边绕组不停的通断时，就会在开关变压器中形成变化的磁场，从而在次级绕组中产生感应电压。由于图中没有标明绕组的同名端，所以不能看出是正激式还是反激式。 不过，从这个电路的结构来看，可以推测出来，这个电源应该是反激式的。左端的510KΩ为启动电阻，给开关管提供启动用的基极电流。13003下方的10Ω电阻为电流取样电阻，电流经取样后变成电压(其值为10*I)，这电压经二极管4148后，加至三极管C945的基极上。当取样电压大约大于1.4V，即开关管电流大于0.14A时，三极管C945导通，从而将开关管13003的基极电压拉低，从而集电极电流减小，这样就限制了开关的电流，防止电流过大而烧毁(其实这是一个恒流结构，将开关管的最大电流限制在140mA左右)。 变压器左下方的绕组(取样绕组)的感应电压经整流二极管4148整流，22uF电容滤波后形成取样电压。为了分析方便，我们取三极管C945发射极一端为地。那么这取样电压就是负的(-4V左右)，并且输出电压越高时，采样电压越负。取样电压经过6.2V稳压二极管后，加至开关管13003的基极。前面说了，当输出电压越高时，那么取样电压就越负，当负到一定程度后，6.2V稳压二极管被击穿，从而将开关13003的基极电位拉低，这将导致开关管断开或者推迟开关的导通，从而控制了能量输入到变压器中，也就控制了输出电压的升高，实现了稳压输出的功能。 而下方的1KΩ电阻跟串联的2700pF电容，则是正反馈支路，从取样绕组中取出感应电压，加到开关管的基极上，以维持振荡。右边的次级绕组就没有太多好说的了，经二极管RF93整流，220uF电容滤波后输出6V的电压。没找到二极管RF93的资料，估计是一个快速回复管，例如肖特基二极管等，因为开关电源的工作频率较高，所以需要工作频率的二极管。这里可以用常见的1N5816、1N5817等肖特基二极管代替。 同样因为频率高的原因，变压器也必须使用高频开关变压器，铁心一般为高频铁氧体磁芯，具有高的电阻率，以减小涡流。移动通信手持机锂电池的安全要求和试验方法 1.1 一般要求 本标准对电池的电路和结构设计提出了一些建议，希望生产厂家在电池的设计环节能充分考虑到电池的安全性。 1.1.1 绝缘与配线 常见的电池外壳都是非金属的，但有的电池也采用金属外壳，后种情况下电池的电极终端与电池的金属外壳之间的绝缘电阻在500V直流电压下测量应大于5M&O1527;，除非电池的电极终端与电池的金属外壳有连通。 手机电池并非电池芯的简单组合，电池芯之外还有保护电路和控制电路，其内部配线及绝缘应充分满足预计的最大电流、电压和温度的要求，配线的排布应保证端子之间有足够的间隙和绝缘穿透距离，内部连接的整体性能应充分满足可能发生误操作时的安全要求。 1.1.2 泄放 泄放的含义即电池或电池芯内部的过高压力在安全阀处释放以防止其破裂或爆炸。标准要求电池或电池芯在内部压力过高达到一定限值时能以一定的速率将压力泄放以防止电池的破裂、爆炸和自燃。如果电池的电池芯被封装在外壳内，则该封装的形式和封装的方法在正常操作过程中不应引起电池过热，也不应约束内部压力的泄放。1.1.3 温度/电流管理 电池充电过程中，电池和充电器内部的电路都会产生热量，若散热不佳导致热量聚集会影响电池正常的化学反应过程，造成电池的热失效，因此，电池的设计应能防止电池温度的异常上升。必要时，电池的充电和放电应设定安全限流，防止电流过大而产生过多热量。1.1.4 终端连接 电池外壳应清晰地标明终端的极性。终端的尺寸大小和形状应能确保承载预计的最大电流。外部终端表面应采用机械性能良好并耐腐蚀的导电材料。终端应设计成最不可能发生短路的样式。 1.1.5 电池芯装配成电池 电池芯与所装配电池的容量应紧密匹配，装配在同一电池里的电池芯应结构相同，化学成分相同，并且是同一厂家生产的。不同厂家生产的电池芯在电解液和电极材料等方面均会有所差异，如此规定的目的是为了保证装配在同一电池中电池芯的一致性，防止落后电池芯造成整个电池技术指标和安全性能的下降。 1.2 正常使用时的安全要求 考虑到试验的一致性及各电池试验结果具有可比性，试验所用电池芯或电池的生产日期应在3个月以内，但并不表示电池3个月后安全性能会下降。常态试验在20℃±5℃的环境温度下进行。 1.2.1 连续低倍率充电 完全充电的电池芯以额定的低倍率电流0.01C5 A持续充电28天后，应不起火、不爆炸、不漏液。 1.2.2 振动 用完全充电的电池芯或电池进行X、Y、Z三个方向的振动试验，振动源单振幅0.76mm(双振幅1.52mm), 频率变化率1Hz/min, 频率范围10Hz到55Hz，往返振动90 min±5min后，电池应不起火、不爆炸、不漏液。 1.2.3 高温性能 完全充电的电池置于70℃±2℃恒温箱中，保持7小时，然后取出置于室温条件下，检查其外观，其外壳应无变形或其变形不会导致电池内部元件暴露出来。 1.2.4 温度循环 完全充电的电池或电池芯置于可强制调温的恒温箱中，按下列程序做-20℃ 到 +75℃ 的温度循环： （1）30min内使恒温箱的温度升到75℃±2℃，并在此温度下保持4h； （2）30min内使恒温箱的温度降到20℃±5℃，并在此温度下保持2h； （3）30min内使恒温箱的温度降到-20℃±2℃，并在此温度下保持4h； （4）30min内使恒温箱的温度升到20℃±5℃，并在此温度下保持2h； （5）再重复1-4的步骤做4个循环； （6）第5次循环完成后，电池保存2h再作检查，应符合相关要求。 该试验可以在一个可强制调温的恒温箱中进行，也可以在3个不同温度的恒温箱之间进行。试验后，电池芯或电池应不起火、不爆炸、不漏液。 1.2.5 低压性能 完全充电的电池芯置于温度为20℃±5℃ 的真空干燥箱中，抽真空使气压小于11.6kpa后保持6小时后，应不起火、不爆炸、不漏液。 1.3 可能发生误操作时的安全要求 1.3.1 外部短路 完全充电的电池或电池芯分别在20℃±5℃和55℃±5℃的环境中放置 2h。然后，用连线短接每个电池芯或电池的正负极终端并确保全部外部电阻小于100mΩ。短接后，保持24h，到电池芯或电池外壳的温度下降到电池芯或电池原始温度+电池芯或电池短路后的最大温升×20%。试验后，电池或电池芯应不起火、不爆炸。 1.3.2 自由跌落 完全充电的电池芯或电池以任意方式从1米高处自由跌落到水泥地面3次后，应不起火、不爆炸。 1.3.3 机械碰撞 在20℃±5℃环境中，完全充电的电池承受X、Y、Z三个方向的碰撞。如果电池只有两个对称轴，只作两个方向的碰撞。在最初3ms内的平均加速度应≥75gn，最高加速度应在125gn 和 175gn之间。碰撞1000次±10次后，电池应不起火、不爆炸、不漏液。 1.3.4 热冲击 完全充电的电池芯，置于一个烘箱中加热。烘箱的温度以（5±2）℃/min的速率上升至130℃±2℃，保持10min，电池芯应不起火、不爆炸。 1.3.5 耐挤压性能 完全充电的电池芯置于两平行平板间，施加挤压力为13kN±1kN，一旦达到最大压力或压力突然下降1/3，即可卸压。对圆形或方形电池芯进行挤压试验时，要使电池芯的纵轴与挤压设备扁平表面保持平行。方形电池芯要沿其纵轴旋转90°，以便电池芯的宽边和窄边都能受到挤压的作用，外壳为铝塑复合膜的电池芯只做宽面的挤压。试验后，电池芯应不起火、不爆炸。 1.3.6 冲击 完全充电的电池芯置于一个扁平表面上，将一个半径为8mm、质量为10kg的棒垂直置于样品中心的正上方，从600mm 高度处落下作用到样品上。圆柱形或方形电池芯在接受冲击试验时，其纵轴要平行于扁平表面，垂直于棒的纵轴。方形电池芯要沿其纵轴旋转90°，以便电池芯的宽边和窄边都能受到冲击作用。外壳为铝塑复合膜的电池芯只做宽面的冲击试验。每只样品只能接受一次冲击试验，每次试验只能使用一只样品。试验后，电池芯应不起火、不爆炸。 1.3.7 过充性能 完全放电的电池芯，以≥10V的电压、0.2C5A的电流充电12.5h后，应不起火、不爆炸。 1.3.8 强制放电性能 完全放电的电池芯承受1C5A电流强制放电90min后，应不起火、不爆炸。 外部短路试验、自由跌落试验、热冲击试验、耐挤压性能试验、冲击试验、过充性能试验、强制放电性能试验是破坏性试验，电池或电池芯的外壳均可能发生变化，漏液很难避免，但尚未影响安全性，因此标准中对这些试验没有要求不漏液。 1.4 安全标识 安全标识的作用应引起足够的重视，电池本身应具有安全警示，并且附加适当的警告声明，需检查确认标识的一致性。另外，电池的说明书中应写清合适的使用指导和推荐的充电方法等。移动通信手持机锂电池充电器的安全要求和试验方法 市场上的电池充电器形色各异，有的使用电源线，有的不使用。直接插入式充电器不使用电源线，电源插头和充电器外壳构成一完整部件，其重量靠墙上插座来承载，市场上常见的“坐充”就是这类充电器。使用电源线的充电器，与电源连接的方式又分两种：可拆卸的和不可拆卸的。可拆卸的电源软线利用适当的电器连接器与充电器连接以供电，不可拆卸的电源软线固定在充电器上或与充电器装配在一起来供电。 市场中有的产品称为充电器，但实际上是适配器，我们有必要区分这两种功能。适配器主要是把交流市电转换成直流电，根据电池的规格提供相应的电压电流，一般采用恒压恒流方式，能够隔离主电压和危险电压，对市电波动有一定耐受力，需要时可安全关断。而充电器的主要功能是把充电电流限制在一个安全水平上，主要采用恒流方式，能检测充电的完成，根据某种算法终止充电以延长电池寿命，若发现电池异常可终止充电。这两种功能可分别实现，也可组合在一个物理实体中。GSM手机通常包含充电功能，与手机配套的只需适配器，而CDMA手机往往不包含充电功能，这样减少了手机设计的复杂性和工作状态时产生的热量。理解这些概念有助于更有针对性地使用该标准。 2.1交流输入电压 充电器的额定输入电压为交流220 V，频率为50 Hz，为了保证安全性，充电器应能承受市电一定范围内的波动，标准中要求的电压波动范围是其额定值的85 ％～110 ％，频率的波动范围是±2 Hz。 2.2 电源线组件 （1）电源线组件应符合GB2099的要求； （2）电源线组件的额定值应大于充电器电源要求的额定值； （3）电源软线的导线截面积应不小于0.75mm2； （4）电源线组件中的电源软线应符合下列要求： *如果电源软线是橡皮绝缘，则应是合成橡胶，应符合GB5013对通用橡胶护套软电缆的要求； *如果电源软线是聚氯乙烯绝缘的，应符合GB5023对轻型聚氯乙烯护套软线的要求。 2.3 隔离变压器 安全隔离变压器在构造上应保证在出现单一绝缘故障和由此引起的其他故障时，不会使安全特低电压绕组上出现危险电压。隔离变压器应按照GB4943中附录C的有关规定进行试验。 2.4 说明和标牌的要求 2.4.1 一般要求 厂家应向用户提供足够的资料，以确保用户在按厂家的规定使用时，不会引起本标准范围内的危险。应使用标准简体中文书写。标记应是耐久和醒目的，能承受标记耐久性试验。首先用一块蘸有水的棉布擦拭15s，然后再用一块蘸有汽油的棉布擦拭15s，标牌应清晰，不应轻易被揭掉，不应出现卷边。2.4.2 说明书 厂家应提供必要的使用说明书，对充电器在操作、维修、运输或储存时有可能引起危险的情况提醒用户特别注意。2.5 结构设计要求 2.5.1 稳定性 直接插在墙壁插座上、靠插脚来承载其重量的充电器，不应使墙壁插座承受过大的应力。可通过插座应力试验检验其是否合格。充电器应按正常使用情况，插入到一个已固定好的没有接地接触件的插座上，该插座可以围绕位于插座啮合面后面8mm的距离处，与管件接触件中心线相交的水平轴线转动。为保持啮合面垂直而必须加到插座上的附加力矩不应超过0.25Nm。 2.5.2 结构细节 电池极性接反以及强制充电或放电可能导致危险，所以在设计上应有防止极性接反以及防止强制充放电的措施。将起保护作用的任何元件一次一个地短路或开路，并强迫充放电各2小时，充电器应不起火、不爆炸。 2.5.3 防触及性（电击及能量危险） 充电器正常使用时应具有防触及性，防止电击及能量危险。 如果特低电压电路的外部配线的绝缘是操作人员可触及的，则该配线应： *不会受到损坏或承受应力； *不需要操作人员接触。2.5.4 连接布线 （1）对使用不可拆卸的电源软线的充电器应装有紧固装置： *导线在连接点不承受应力； *导线的外套不受磨损； *电源软线应能承受拉力试验，电源软线应承受30N的稳定拉力25次，拉力沿最不利的方向施加，每次施加时间为1s，电源软线应不被拉断； *电源软线紧固装置应由绝缘材料制成，或由具有符合附加绝缘要求的绝缘材料的衬套制成。 （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边尺寸的5倍。 2.6 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℃。 2.7 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。 2.8 绝缘电阻 在常温条件下，用绝缘电阻测试仪直流500 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 MΩ。2.9 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。 2.10 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。2.11 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V－2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9.5mm±0.5mm，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。 2.12 自由跌落试验 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。 2.13 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（93±3）％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。充电器的安全性不能仅仅通过输出特性的检查来确定，因为输出特性良好并不能保障充电器的可靠性，所以该标准规定对充电器的全面性能进行考察，包括对变压器、电源线等元器件的安全要求和结构设计要求。充电器应保证在故障条件下都不对人身安全构成威胁，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。第二篇：基于多功能手机充电器的设计论文
第三篇：基于多功能手机充电器的设计毕业论文设计
第四篇：手机充电器工作原理
第五篇：手机充电器电路原理图分析
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