1、項(xiàng)目概述

手機(jī)萬(wàn)能充電器作為一種便攜式電子產(chǎn)品得到快速發(fā)展，目前市場(chǎng)上的手機(jī)萬(wàn)能充電器外形，顏色琳瑯滿(mǎn)目，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的也非常巧妙，對(duì)于各種形狀、容量、體積大小的手機(jī)電池都能夠進(jìn)行充電。然而，市場(chǎng)上銷(xiāo)售的各種手機(jī)萬(wàn)能充電器存在許多問(wèn)題：1、充電器內(nèi)非常簡(jiǎn)易，大多不帶保護(hù)線圈，容易使電壓或電流過(guò)高，過(guò)高的電壓容易把電池充鼓包，有時(shí)還會(huì)造成危險(xiǎn)發(fā)生爆炸，手機(jī)也容易被燒壞;2、工作不夠穩(wěn)定，許多充電器雖然可以瞬間完成充電，但實(shí)際上電池并沒(méi)有真正充滿(mǎn)，電很快就會(huì)用完;3、大多數(shù)的手機(jī)萬(wàn)能充電器是實(shí)用的夾子結(jié)構(gòu)固定電池，與電池接觸為點(diǎn)接觸，夾子結(jié)構(gòu)和點(diǎn)接觸方式不能將電池可靠固定，不利于充電，接觸面積小電阻大，造成電能浪費(fèi);4、使用者無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控充電器的工作狀態(tài)和充電進(jìn)度，所以給消費(fèi)者帶來(lái)很多麻煩和安全隱患。因此，研究改進(jìn)萬(wàn)能充電器的設(shè)計(jì)，使其工作過(guò)程更加穩(wěn)定，同時(shí)提高其智能水平是一項(xiàng)有意義的工作。

2、系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2.1需求分析

對(duì)于智能萬(wàn)用充電器，應(yīng)該有如下的功能需求。1、充電時(shí)多彩的LED閃爍指示;2、內(nèi)置智能識(shí)別電路，能自動(dòng)檢測(cè)電池的正負(fù)極;3、可對(duì)絕大數(shù)手機(jī)鋰離子電池充電，能顯示充電電量、電流、電壓、充電時(shí)間;3、 當(dāng)充電電流或電壓過(guò)大時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)斷電達(dá)到保護(hù)充電器和電池的目的;4、外形美觀、輕巧，攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，并用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電電流和電壓;5、固定電池方便，能根據(jù)電池正負(fù)電極的間距調(diào)整金屬觸點(diǎn)的位置，使觸點(diǎn)與電池極點(diǎn)接觸穩(wěn)定。

2.2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

根據(jù)功能需求，智能化的便攜式手機(jī)電池萬(wàn)能充電器需要包含以下功能模塊：1、工作可靠的開(kāi)關(guān)電源模塊;2、電池充電模塊;3、充電電壓電流監(jiān)測(cè)模塊;4、顯示模塊。

各模塊之間的關(guān)系如下圖所示。

圖 1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

1. 開(kāi)關(guān)電源模塊。輸入220V交流電，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源電路和變壓器降壓，獲得交流5V電壓，然后再經(jīng)過(guò)半波整流電路形成直流5V電壓，為單片機(jī)、液晶顯示器、手機(jī)電池充電模塊和USB接口電路供電。

2. 充電模塊。采用充電芯片，實(shí)現(xiàn)手機(jī)電池正負(fù)極自動(dòng)識(shí)別及轉(zhuǎn)換，控制相應(yīng)指示燈的閃爍，來(lái)顯示電池信息，起提示作用。并且采用三端穩(wěn)壓模塊進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓精確。

3. 控制檢測(cè)模塊。采用AVR Atmega8單片機(jī)芯片作為主控芯片，采集充電電壓信號(hào)和充電電流信號(hào)，并使液晶顯示器周期性顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。檢測(cè)電池充電是否充滿(mǎn)，并由顯示器顯示充電電量和充電時(shí)間。當(dāng)充電電流或電壓過(guò)大時(shí)能及時(shí)檢測(cè)并迅速切斷電源，保護(hù)電池和內(nèi)部電路。實(shí)現(xiàn)三段式充電過(guò)程(恒壓、恒流、浮充)，并且當(dāng)檢測(cè)到電池充滿(mǎn)(充電電流足夠小)以后自動(dòng)斷電，避免充電進(jìn)入浮充階段，不僅節(jié)約了電能，而且能夠防止電池過(guò)充，普通萬(wàn)能充的充電過(guò)程進(jìn)入浮充過(guò)程階段，容易使電池沖張脹導(dǎo)致電池壽命大大縮短。

4. 顯示模塊。采用液晶顯示屏幕，考慮到低功耗和環(huán)保，我們采用7*15mm超小型LCD顯示屏，并采用分屏顯示，由按鍵控制換屏關(guān)屏。

5. 電壓電流數(shù)據(jù)采集模塊。電壓采取，直接取充電輸出端端電壓送至MCU的A/D模塊，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)MCU

3、方案設(shè)計(jì)

3.1電源模塊

本系統(tǒng)計(jì)劃采用如下圖所示的反激式開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)。開(kāi)關(guān)電源利用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)電壓電流大小的變換，高平變壓器體積小重量輕，能夠?qū)崿F(xiàn)便攜的功能。電源電路中具體的元件參數(shù)，需要在下一階段工作中根據(jù)根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況加以設(shè)計(jì)。

圖2 電源電路

該電路基本工作原理如下。當(dāng)接入電源后，通過(guò)整流二極管VD1、R1給開(kāi)關(guān)管Q1提供啟動(dòng)電流，使Q1開(kāi)始導(dǎo)通，其集電極電流Ic在L1中線性增長(zhǎng)，在L2中感應(yīng)出使Q1基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反 饋電壓，使Q1很快飽和。與此同時(shí)，感應(yīng)電壓給C1充電，隨著C1充電電壓的增高，Q1基極電位逐漸變低，致使Q1退出飽和區(qū)，Ic開(kāi)始減小，在 L2中感應(yīng)出使Q1基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓，使Q1迅速截止，這時(shí)二極管VD1導(dǎo)通，高頻變壓器T初級(jí)繞組中的儲(chǔ)能釋放給負(fù)載。在VT1截止 時(shí)，L2中沒(méi)有感應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng)R1給C1反向充電，逐漸提高Q1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下 去。這里就像單端反激式開(kāi)關(guān)電源那樣，由變壓器T的次級(jí)繞組向負(fù)載輸出所需要的電壓，在C4的兩端獲得9V的直流電，供充電電路工作。

3.2充電電路

圖 3 CT3582C-DIP-8 封裝腳位圖

CT3582C芯片8管腳接電源正極，1和7管腳接電池芯片自動(dòng)識(shí)別轉(zhuǎn)換正負(fù)極，3和4管腳接LED指示燈，紅色表示充電綠色表示充滿(mǎn)。

圖4 充電電路

3.3 單片機(jī)穩(wěn)壓電路

圖5 穩(wěn)壓電路

3.4 液晶顯示方案

LCD超小屏分屏顯示，按鍵控制換屏及關(guān)閉屏幕顯示以達(dá)到節(jié)約電能目的。[!--empirenews.page--]

3.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

采用ATMEL公司提供的AVR Atmega8單片機(jī)最小系統(tǒng)板進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制顯示。利用AVR Atmega8單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)電流電壓數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理，并且在液晶屏幕上顯示出來(lái)。AVR Atmega8單片機(jī)最小系統(tǒng)板由7805穩(wěn)壓芯片提供電源。

3.6 充電器固定電池結(jié)構(gòu)方案

4 主要程序流程圖

顯示子程序流程圖

A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖

總流程圖

5 總結(jié)

實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同類(lèi)手機(jī)電池的安全充電功能，不會(huì)因?yàn)檫^(guò)電流造成對(duì)手機(jī)電池的損害，并且能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并切換顯示充電電壓、充電電流，采用LCD液晶顯示，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。體積小，便攜，采用夾板式設(shè)計(jì)，能把手機(jī)電池很好的固定住。當(dāng)手機(jī)電池充滿(mǎn)電時(shí)，充電器能自動(dòng)斷電，實(shí)現(xiàn)了對(duì)手機(jī)電池的保護(hù)作用。