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标题: DIY小设计：轻松打造智能手机电池万用充电器，给你完整器件选型 [打印本页]
作者: admin    时间: 2014-10-11 07:23
标题: DIY小设计：轻松打造智能手机电池万用充电器，给你完整器件选型
1、项目概述
        手机万能充电器作为一种便携式电子产品得到快速发展，目前市场上的手机万能充电器外形，颜色琳琅满目，而且结构设计的也非常巧妙，对于各种形状、容量、体积大小的手机电池都能够进行充电。然而，市场上销售的各种手机万能充电器存在许多问题：1、充电器内非常简易，大多不带保护线圈，容易使电压或电流过高，过高的电压容易把电池充鼓包，有时还会造成危险发生爆炸，手机也容易被烧坏；2、工作不够稳定，许多充电器虽然可以瞬间完成充电，但实际上电池并没有真正充满，电很快就会用完；3、大多数的手机万能充电器是实用的夹子结构固定电池，与电池接触为点接触，夹子结构和点接触方式不能将电池可靠固定，不利于充电，接触面积小电阻大，造成电能浪费；4、使用者无法实时监控充电器的工作状态和充电进度，所以给消费者带来很多麻烦和安全隐患。因此，研究改进万能充电器的设计，使其工作过程更加稳定，同时提高其智能水平是一项有意义的工作。
         
        2、系统功能结构
        2.1需求分析
        对于智能万用充电器，应该有如下的功能需求。1、充电时多彩的LED闪烁指示；2、内置智能识别电路，能自动检测电池的正负极；3、可对绝大数手机锂离子电池充电，能显示充电电量、电流、电压、充电时间；3、  当充电电流或电压过大时系统自动断电达到保护充电器和电池的目的；4、外形美观、轻巧，携带方便，操作简单，并用实时监测充电电流和电压；5、固定电池方便，能根据电池正负电极的间距调整金属触点的位置，使触点与电池极点接触稳定。
         
        2.2 系统功能结构
        根据功能需求，智能化的便携式手机电池万能充电器需要包含以下功能模块：1、工作可靠的开关电源模块；2、电池充电模块；3、充电电压电流监测模块；4、显示模块。
         
        各模块之间的关系如下图所示。
       

        图 1 系统功能结构图

         

        1. 开关电源模块。输入220V交流电，通过开关电源电路和变压器降压，获得交流5V电压，然后再经过半波整流电路形成直流5V电压，为单片机、液晶显示器、手机电池充电模块和USB接口电路供电。
         
        2. 充电模块。采用充电芯片，实现手机电池正负极自动识别及转换，控制相应指示灯的闪烁，来显示电池信息，起提示作用。并且采用三端稳压模块进行稳压，稳压精确。
         
        3. 控制检测模块。采用AVR Atmega8单片机芯片作为主控芯片，采集充电电压信号和充电电流信号，并使液晶显示器周期性显示相应数据。检测电池充电是否充满，并由显示器显示充电电量和充电时间。当充电电流或电压过大时能及时检测并迅速切断电源，保护电池和内部电路。实现三段式充电过程（恒压、恒流、浮充），并且当检测到电池充满（充电电流足够小）以后自动断电，避免充电进入浮充阶段，不仅节约了电能，而且能够防止电池过充，普通万能充的充电过程进入浮充过程阶段，容易使电池冲张胀导致电池寿命大大缩短。
         
        4. 显示模块。采用液晶显示屏幕，考虑到低功耗和环保，我们采用7*15mm超小型LCD显示屏，并采用分屏显示，由按键控制换屏关屏。
         
        5. 电压电流数据采集模块。电压采取，直接取充电输出端端电压送至MCU的A/D模块，将模拟信号转化为数字信号，经MCU
         
        3、方案设计
        3.1电源模块
        本系统计划采用如下图所示的反激式开关电源电路结构。开关电源利用高频变压器实现电压电流大小的变换，高平变压器体积小重量轻，能够实现便携的功能。电源电路中具体的元件参数，需要在下一阶段工作中根据根据实际负载情况加以设计。
         
       

                                     图3 电源电路

         

        该电路基本工作原理如下。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Ｔ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，再次翻转达到饱和状态，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Ｔ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。

         

        3.2充电电路
       

        图 4 CT3582C－DIP-8 封装脚位图

         

        表 1 CT3582C 各个脚位描述

                               
                                        序号

                        		                               
                                        名称

                        		                               
                                        描述

                       
                               
                                        1

                        		                               
                                        BTN

                        		                               
                                        电池负极

                       
                               
                                        2

                        		                               
                                        L3

                        		                               
                                        指示灯L3 引脚

                       
                               
                                        3

                        		                               
                                        L2

                        		                               
                                        指示灯L2 引脚

                       
                               
                                        4

                        		                               
                                        L1

                        		                               
                                        指示灯L1 引脚

                       
                               
                                        5

                        		                               
                                        SEL

                        		                               
                                        功能选择（接VDD 为3 灯和2 灯模式，接GND 为七彩模式）

                       
                               
                                        6

                        		                               
                                        GND

                        		                               
                                        电源负极（地端）

                       
                               
                                        7

                        		                               
                                        BTP

                        		                               
                                        电池正极

                       
                               
                                        8

                        		                               
                                        VOD

                        		                               
                                        电源正极

                       
         

        CT3582C芯片8管脚接电源正极，1和7管脚接电池芯片自动识别转换正负极，3和4管脚接LED指示灯，红色表示充电绿色表示充满。

         

       

                    图4 充电电路

         

        3.3 单片机稳压电路
       

                                  图5 稳压电路

         

        3.4 液晶显示方案
        LCD超小屏分屏显示，按键控制换屏及关闭屏幕显示以达到节约电能目的。
         
        3.5 单片机最小系统电路
        采用ATMEL公司提供的AVR Atmega8单片机最小系统板进行数据处理和控制显示。利用AVR Atmega8单片机内部A/D转换模块实现电流电压数据的实时采集和处理，并且在液晶屏幕上显示出来。AVR Atmega8单片机最小系统板由7805稳压芯片提供电源。
         
        3.6 充电器固定电池结构方案
       

       

         

        4 主要程序流程图
       

        显示子程序流程图

         

       

        A/D转换子程序流程图

         

       

        总流程图

         

        5 总结
        实现了对不同类手机电池的安全充电功能，不会因为过电流造成对手机电池的损害，并且能实时监测并切换显示充电电压、充电电流，采用LCD液晶显示，实现了节能环保。体积小，便携，采用夹板式设计，能把手机电池很好的固定住。当手机电池充满电时，充电器能自动断电，实现了对手机电池的保护作用。



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