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1、手机充电器器电路设设计摘要：通过过对课程程的学习习设计。了了解手机机充电器的的工作原原理及设设计流程程，确定定相关参参数和电电路图。关键字：隔隔离变压压器 频率 绝缘电电阻 绝缘强强度 可燃性 自由跌跌落 湿热试试验 工作原理 工作流流程1 前 言言做手机充电电器电路路设计，需需先对其其工作环环境进行行分析，了了解其工工作原理理。 分析析一个电电源，往往往从输输入开始始着手。2200V交流输输入，一一端经过过一个40007半波整整流，另另一端经经过一个个10欧的电电阻后，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。
2、右边的4007、4700pF电容、82K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510K为启动电阻，给开关管提供启动用的基极电流。13003
3、下方的10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
4、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1K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，
5、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。2 交流输输入电压压充电电器的额额定输入入电压为为交流2200 V，频率率为50 Hz，为了保证证安全性性，充电电器应能能承受市市电一定定范围内内的波动动，标准准中要求求的电压压波动范范围是其其额定值值的85 1100 ，频频率的波波动范围围是2 HHz。 3 电源线线组件（1）电源源线组件件应符合合GB220999的要求求； （2）电源源线组件件的额定定值应大大于充电电器电源源要求的的额定值值； （
6、3）电源源软线的的导线截截面积应应不小于于0.775mmm2； （4）电源源线组件件中的电电源软线线应符合合下列要要求：*如果电电源软线线是橡皮皮绝缘，则则应是合合成橡胶胶，应符符合GB550133对通用用橡胶护护套软电电缆的要要求；*如果电电源软线线是聚氯氯乙烯绝绝缘的，应应符合GB55023对轻型型聚氯乙乙烯护套套软线的的要求。4 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。5 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
7、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。6 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。7 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
8、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。8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。9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30
9、N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。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
10、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 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
11、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
12、。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
13、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
14、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
15、。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.coom)结论2 电路设设计思想想 从从手机锂锂离子二二次电池池的恒流流恒压压充电控控制出发发，用2200V 交流电电通过配配置的内内置储能能锂电池池对手机机锂离子子电池充充电。电电路的具具体工作作流程如如图1所示。 图1 工作流程程图 2 电路设设计方案案 充充电芯片片选用美美信半导导体公司司的锂电电池充电电芯片，这这款充电电芯片具具有很强强的充电电控制特特性
16、，可可外接限限流型充充电电源源和P沟道场场效应管管，能对对单节锂锂电池进进行安全全有效的的快充。其其最大特特点是在在不使用用电感的的情况下下仍能做做到很低低的功率率耗散，且且充电控控制精度度达0.775；可可以实现现预充电电；具有有过压保保护和温温度保护护功能，其其浮充方方式能够够充至最最大电池池容量。当充电电源源和电池池在正常常的工作作温度范范围内时时，接通通电源将将启动一一次充电电过程。充充电结束束的条件件是平均均的脉冲冲充电电电流达到到快充电电流的1，或或时间超超出片上上预置的的充电时时间。所所选用的的充电芯芯片能够够自动检检测充电电电源，在在没有电电源时自自动关断断以减少少电池的的漏电
17、。启启动快充充后打开开外接的的P型场效效应管，当当检测到到电池电电压达到到设定的的门限时时进入脉脉冲充电电方式，充充电结束束时，外外接LED指示灯灯将会进进行闪烁烁提示。电路工作原原理 内置储能电电池的充充电及其其保护电电路其中包包括：LED显示、热热敏电阻阻，电流流反向保保护。ADJ引脚通通过10k的电阻阻与内部部1.44V的精密密基准源源相连接接，当ADJ对地没没有连接接电阻时时，电池池充电电电压阈值值为缺省省值：VBR4.22V；当需需要自行行设置充充电阈值值时，可可在ADJ引脚与GND间接一一精度为为1的电电阻RADDJ，阻值值由式(1)确定： RADJ10k/(VVBR/VBRRC-
18、11) (1) 由由图3可知，充充电阈值值为4.11V，可得RADDJ410k。电阻阻精度为1时，产产生得系系统误差差为0.0024。TSEL管管脚接BATTT、ADJ或GND将得到到不同的的快充时时间和全全部充电电时间。TESSL管脚接BATTT时快充充时间为为55分钟，全全部充电电时间为为2.8小时；TSEEL接ADJ时快充充时间为为75分钟，整整个充电电时间为为3.775小时；TSEEL接GND时快充充时间没没有限制制，整个个充电时时间为6.225小时。充充电电流流的限制制可以采采用限流流电阻的的方法解解决。电路工作流流程始化充电周周期 充电电芯片检检测到电电池和充充电电源源后将初初始化
19、充充电周期期，充电电结束后后，如检检测到电电池电压压低于3.889V或THEERM引脚电压压高于1.4V将重新新充电。允允许快充充的条件件是电池池电压大大于2.55V且小于于充电阈阈值电压压（默认认值是4.22V），且且温度范范围为2.547.5。如果果温度范范围不符符，充电电芯片将将处于用用5mA的电流流预充，防防止深度度放电的的锂离子子电池在在快充时时损坏甚甚至发生生危险。 快快充过程程 快快充开始始后，充充电芯片片打开外外接的P沟道场场效应管管，充电电电流大大小由外外部限流流型充电电电源决决定。由由于P沟道场场效应管管工作在在开关状状态，并并非线性性稳压器器，所以以功耗极极小。快快充结束
20、束的条件件是电池池电压达达到阈值值（由ADJ引脚调调节），充充电时间间达到预预定的快快充时间间或温度度超出安安全范围围。温度度超出工工作范围围时快充充只是暂暂停，当当温度恢恢复后快快充将持持续进行行。 脉脉冲充电电过程 多多数情况况下，充充电电池池达到阈阈值后便便会结束束快充过过程而进进入脉冲冲充电过过程。充充电芯片片每隔2ms检测一一次电池池电压，电电池电压压小于阈阈值时，外外部P沟道场场效应管管导通；电池电电压大于于等于阈阈值时，P沟道场场效应管管断开；脉冲充充电过程程接近结结束时，P沟道场场效应管管的断开开时间大大大超过过接通时时间，达达到TSEEL管脚设设置的周周期比（1/664，1/
21、1128，1/2256）后脉脉冲充电电过程结结束。 充充电状态态指示CHGG 管管脚CHG与管脚IN之间连连接LED作为充充电状态态指示灯灯，当没没有插入入电池，电电源没有有连接或或电池电电压小于于2.22V时，CHG管脚在在高阻态态，LED不亮；当快充充或脉冲冲充电时时，LED亮，在在初始化化期间或或时间超超出预定定时间，LED按50周期期闪烁；当充电电状态结结束时，LED按12周期闪闪烁。 3 专用充充电芯片片的选择择及其电电路设计计 锂电池池充电特特性 锂锂电池充充电器需需同时限限制电压压和电流流，通常常对锂离离子电池池充电分分为四个个过程： A 预充电电。如果果充电开开始时单单节电池池
22、电压低低于2.55V,则用涓涓流充电电方式对对电池进进行预充充电直到到电池电电压升至至2.55V，其充充电电流流大小一一般在1C1/10。 B 恒流充充电。预预充电结结束后即即开始恒恒流充电电，其间间电池电电压不断断上升。 C 恒压充充电。当当电池电电压上升升到4.11V后转入入恒压充充电，其其间充电电电流不不断减小小。 D 充电终终止。当当端电压压达到电电压阈值值并且充充电电流流降至0.003C(约1chhargge的3%)时,即认为为电池已已基本充充足，可可终止充充电。有有的会再再延时一一段时间间结束充充电。 当前前的锂离离子电池池一般充充电到4.200V，容差差为0.005V/节。 较高
23、高的充电电电流并并不会使使充电时时间缩短短太多。较较高的充充电电流流能较快快达到电电压峰值值，但是是浮充需需要较长长时间。通通常，浮浮充时间间是初始始充电时时间的两两倍。 所用芯芯片特点点 选选用美国国飞思卡卡尔半导导体产品品公司开开发的专专用充电电芯片。该该芯片是是8脚开关关型充电电控制集集成电路路，专门门适用于于锂电电电池的充充电管理理，能实实现高精精度充电电控制。它它简化了了锂电池池的充电电过程，把把必要的的功率转转换和锂锂电池的的充电控控制算法法及其他他充电需需要的功功能电路路制作到到同一块块IC上。其其主要特特点如下下。 可对锂锂离子电电池进行行安全充充电管理理； 高频开开关模式式控
24、制器器使得充充电效率率可达90以上上； 可防止止对锂电电池的过过充电和和欠充电电； 初充电电模式可可检测电电池短路路、损坏坏以及电电池过热热； 快速充充电结束束方式，对对锂电池池可选择择为最小小电流和和最长时时间关断断模式； 电池组组放入与与取出检检测； 低功耗耗的休眠眠方式。 其内内部框图图如图3所示。 图33 Weealtth主充电电芯片内内部电路路原理 工作原原理 首首先，由由振荡器器和内部部振荡器器共同作作用到时时钟脉冲冲发生器器，产生生时钟信信号，用用来控制制D/A转换、V运算器器及其他他有关单单元电路路，并使使之同步步工作。该该充电芯芯片在中中断充电电电流期期间进行行采样，以以求采
25、样样的精确确。采样样电压从从脚4（BAT）进入入电路内内部，经A/D转换后后送入V运算器器处理，并并将运算算结果送送入充电电控制单单元，随随时控制制充电过过程。 在充充电初始始阶段，该该充电芯芯片会检检测电池池的电参参数，一一旦电参参数确定定，立即即用适当当的算法法确定合合适的控控制方法法。这个个过程主主要是为为了区分分不同电电参数的的锂电池池，同时时也排除除了欠充充电和过过充电情情况发生生。该充充电芯片片使用最最小电流流法终结结充电。为为了充电电安全，电电路内部部设置了了一个可可供用户户编程的的充电定定时器。通通过定时时器也可可以用最最大时间间法终结结充电。 另外外，为了了确保安安全，在在电池的的电压和和温度未未达到预预先确定定的或用用户规定定的阈值值之前，该该充电芯芯片禁止止快速充充电。 图44 手机应应急充电电器主充充电电路路原理图图 设计规规范表及及主充电电电路原原理图 主主充电电电路原理理图如图图4所示。参考文献：附录：