多源数码充电器

2011-03-28 09:32:01来源: 互联网

充电器(Charger)是一种为蓄电装置提供能量的设备,广泛用于手机、相机、MP3、MP4等常见数码产品。市场上的产品都是配售充电器,使用市电充电,但是有些没有市电的场合或者电源插座不兼容、偏远地区、旅行中,特别是没有任何电源情况下不方便充电时,设计的多源数码充电器可以在任何情况下进行充电:没有市电,可以用2节1.5 V干电池充电,没有干电池也可用3.7 V内部蓄电池充电,即使没有任何充电设备,也可以用手压发电机来给数码产品充电。以上介绍的就是本充电器的特别之处,也是该设计的特别之处:即随时随地给数码产品充电。

1 设计要求

参照国家有关标准,移动通信手持机充电器应符合如下要求:
1)输入电压 交流充电器输入额度交流电压范围应为100~240 V,容差为±10%。
2)输出电压 充电器的额度输出电压应为直流5 V,容差为±5%。
3)输出电流 充电器的额度输出电流范围应为300~1 800 mA。
4)输出波纹 ①输出电流波纹:输入电压(90~264 V)时,模拟负载上的电压范围(1.50~4.75 V),输出波纹极限小于等于100 mA峰值。②输出电压波纹:输入电压(90~264 V)时,模拟负载上的电压范围(1.50~4.75 V),输出波纹极限小于等于200 mV峰值。③短路电流:输入电压(90~264V)时,负载短路,短路电流限值小于950 mA。
5)电流倒灌 在任何情况下,无论充电器是否插上电源,由手持机测流向充电器的电流应不大于5 mA。
6)无负载能量消耗输入电压(100~240 V)时,负载开路,输出波纹极限小于300 mW。
7)充电器平均效率 充电器平均效率应不小于50%。
8)干电池充电设计要求 充电电流不高于200 mA。

2 系统整体设计

充电器分为高压、充电管理、升压、逻辑控制led ?>led/' target='_blank'>照明灯、内部蓄电池、干电池、手动按压等功能模块。系统整体结构框图如图1所示。

2.1 高压模块

电路接通交流220 V经整流桥后,形成直流电压,经C1,C2滤波后,该电压经开关变压器T1的1,2引脚施加到三极管VQ2的C极,同时该电压为三极管VQ2的基极(B)提供一个正向偏置电压,使三极管VQ2导通。R4,无极电容C4和肖特基二极管VD3起保护作用。此时振荡电路开始工作,开关变压器T1的l,2脚中有电流通过,在变压器T1的3,4脚的感应电压通过电阻R12加到三极管VQ2的基极,使VQ2的基极导通电流加大,迅速进入饱和区。当电流大于0.5 A,U2导通,把VQ2的基极电压拉低,集电极(C)电流开始减少,变压器T1的1,2引脚产生的磁通量也开始减少。VQ3部分为限流作用,当R23,R24增大时电流减少,减少时电流增大。TL431为恒流源,输出稳定的电压5 V,使光耦工作,这样电路中才不断的产生振荡电压,在变压器Tl的6引脚感应出一个5 V的直流电压,经二极管VD4整流、电容C4,C5滤波后,通过标准USB为外部数码产品充电。图2为高压模块电路图

2.2 充电管理器件BQ2057

此充电器中,接通市电后为内部蓄电池充电的同时,此器件的输出电压为4.2 V,从而通过SMT插座为外部数码产品充电。在充电过程中,电流开始恒流并且逐渐下降,而电压逐渐上升最后恒压。电流接近零时,充电完成。

2.3 逻辑控制照明灯模块

当接入干电池时,按一下开关灯亮,再按一下灯灭。这个模块里的灯为手电筒用于照明,其电流不超过200 mA。

3 PCB设计

通常的充电器都为单面板,并且体积比较小,而研制的充电器为双面板,考虑到充电器外壳的形状和大小,所以元器件贴片的较多;因为有手压装置,所以要注意元器件的摆放位置。

4 数据测量

根据国家标准的要求,在实验中:1)当输入电压范围在90~264 V之间时,空载时输出直流电压在4.77~4.96 V,输出电流在O.31~0.32 A;2)在测试电流波纹时,噪声很少,输入电压90~260 V时模拟负载上电压为1.49~4.75 V,输出电流波纹限值150 mA/5.6 Ω~160 mA/11 Ω;3)在测试电压波纹时,输入电压90~260 V时模拟负载上电压为1.49~4.75 V,输出电压波纹限值150~160 mV;4)当输入电压9~260 V负载短路时,短路电流限值540~800 mA:5)当输入电压100~260 V空载时功率消耗限值为2.9 mA×100 V~1 mAx240 V;6)当输入电压220 V,输入电流12 mA时输入功率为640 mW。输出电压5.1 V,输出电流0.3 A时输出功率为1 530 mW:7)平均效率为57%;8)测量过程中电流无倒灌现象。此测试结果表明本充电器完全符合国家标准。

利用高压模块和充电管理模块为外部数码产品充电,并且给出充电过程中电压和电流的测试数据及其变化趋势。

1)通过市电利用标准USB给外部数码产品充电,电池为910mAh,每隔l min记一次电压和电流的变化,此实验的数据如表1。充电过程电压电流变化趋势如图3所示,从图3中可明显看出,充电过程的电压由开始5.28 V逐渐上升最后恒压539 V,电流由开始480 mA恒流逐渐下降,经过121 min充电完成。

2)通过市电利用充电管理为外部数码产品充电,电池为910 mAh,每隔1 min记一次电压和电流的变化,此实验的数据如表2所示。充电过程电压电流变化趋势如图4所示,从图4可看出电压电流变化趋势,充电过程的电压由开始3.88V逐渐上升最后恒压4.22 V,电流由开始490 mA恒流逐渐下降.经232 min充电完成。

3)本充电器利用市电通过标准USB给锂电池充电,此充电过程结果如表1和图3;利用市电经过充电管理器件给内部蓄电池充电,同时通过SMT插座给数码产品充电,此充电过程结果如表2和图4所示;在没有市电或者在偏远的地方利用市电充电不方便的情况下,可以通过内部蓄电池给锂电池充电,可以通过外部干电池为锂电池充电,实验证明利用干电池可以为锂电池充电20 min左右;另一个独特的设备是手压式发电机,设有此发电机的目的就是:即使在其他一切可以利用来给数码产品充电的设备都没有的情况下,也可以利用手压式发电机来手动发电,随时随地的给外部数码产品充电;还设有照明灯,在停电或者外出没有照明的情况下,作为应急灯。

5 结束语

本充电器与其他所有同类产品不同的地方就在于可以利用多种资源,在任何情况下给数码产品充电,利用电池和充电管理也可以给产品充电,此外还设有照明灯,这是任意一款充电器都没有的。经过试验,本充电器重复精度高,表明这种充电器的设计是可行的。

关键字:数码

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0328/article_6213.html
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