多源數(shù)碼充電器

充電器(Charger)是一種為蓄電裝置提供能量的設(shè)備，廣泛用于手機、相機、MP3、MP4等常見數(shù)碼產(chǎn)品。市場上的產(chǎn)品都是配售充電器，使用市電充電，但是有些沒有市電的場合或者電源插座不兼容、偏遠地區(qū)、旅行中，特別是沒有任何電源情況下不方便充電時，設(shè)計的多源數(shù)碼充電器可以在任何情況下進行充電：沒有市電，可以用2節(jié)1．5 V干電池充電，沒有干電池也可用3．7 V內(nèi)部蓄電池充電，即使沒有任何
充電設(shè)備，也可以用手壓發(fā)電機來給數(shù)碼產(chǎn)品充電。以上介紹的就是本充電器的特別之處，也是該設(shè)計的特別之處：即隨時隨地給數(shù)碼產(chǎn)品充電。

1 設(shè)計要求
    參照國家有關(guān)標準，移動通信手持機充電器應(yīng)符合如下要求：
    1)輸入電壓 交流充電器輸入額度交流電壓范圍應(yīng)為100～240 V，容差為±10％。
    2)輸出電壓 充電器的額度輸出電壓應(yīng)為直流5 V，容差為±5％。
    3)輸出電流 充電器的額度輸出電流范圍應(yīng)為300～1 800 mA。
    4)輸出波紋 ①輸出電流波紋：輸入電壓(90～264 V)時，模擬負載上的電壓范圍(1．50～4．75 V)，輸出波紋極限小于等于100 mA峰值。②輸出電壓波紋：輸入電壓(90～264 V)時，模擬負載上的電壓范圍(1．50～4．75 V)，輸出波紋極限小于等于200 mV峰值。③短路電流：輸入電壓(90～264V)時，負載短路，短路電流限值小于950 mA。
    5)電流倒灌 在任何情況下，無論充電器是否插上電源，由手持機測流向充電器的電流應(yīng)不大于5 mA。
    6)無負載能量消耗輸入電壓(100～240 V)時，負載開路，輸出波紋極限小于300 mW。
    7)充電器平均效率 充電器平均效率應(yīng)不小于50％。
    8)干電池充電設(shè)計要求 充電電流不高于200 mA。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計
    充電器分為高壓、充電管理、升壓、邏輯控制照明燈、內(nèi)部蓄電池、干電池、手動按壓等功能模塊。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2．1 高壓模塊
    該電路接通交流220 V經(jīng)整流橋后，形成直流電壓，經(jīng)C1，C2濾波后，該電壓經(jīng)開關(guān)變壓器T1的1，2引腳施加到三極管VQ2的C極，同時該電壓為三極管VQ2的基極(B)提供一個正向偏置電壓，使三極管VQ2導通。R4，無極電容C4和肖特基二極管VD3起保護作用。此時振蕩電路開始工作，開關(guān)變壓器T1的l，2腳中有電流通過，在變壓器T1的3，4腳的感應(yīng)電壓通過電阻R12加到三極管VQ2的基極，使VQ2的基極導通電流加大，迅速進入飽和區(qū)。當電流大于0．5 A，U2導通，把VQ2的基極電壓拉低，集電極(C)電流開始減少，變壓器T1的1，2引腳產(chǎn)生的磁通量也開始減少。VQ3部分為限流作用，當R23，R24增大時電流減少，減少時電流增大。TL431為恒流源，輸出穩(wěn)定的電壓5 V，使光耦工作，這樣電路中才不斷的產(chǎn)生振蕩電壓，在變壓器Tl的6引腳感應(yīng)出一個5 V的直流電壓，經(jīng)二極管VD4整流、電容C4，C5濾波后，通過標準USB為外部數(shù)碼產(chǎn)品充電。圖2為高壓模塊電路圖。

2．2 充電管理器件BQ2057
    此充電器中，接通市電后為內(nèi)部蓄電池充電的同時，此器件的輸出電壓為4．2 V，從而通過SMT插座為外部數(shù)碼產(chǎn)品充電。在充電過程中，電流開始恒流并且逐漸下降，而電壓逐漸上升最后恒壓。電流接近零時，充電完成。
2．3 邏輯控制照明燈模塊
    當接入干電池時，按一下開關(guān)燈亮，再按一下燈滅。這個模塊里的燈為手電筒用于照明，其電流不超過200 mA。

3 PCB設(shè)計
    通常的充電器都為單面板，并且體積比較小，而研制的充電器為雙面板，考慮到充電器外殼的形狀和大小，所以元器件貼片的較多；因為有手壓裝置，所以要注意元器件的擺放位置。

4 數(shù)據(jù)測量
    根據(jù)國家標準的要求，在實驗中：1)當輸入電壓范圍在90～264 V之間時，空載時輸出直流電壓在4．77～4．96 V，輸出電流在O．31～0．32 A；2)在測試電流波紋時，噪聲很少，輸入電壓90～260 V時模擬負載上電壓為1．49～4．75 V，輸出電流波紋限值150 mA／5．6 Ω～160 mA／11 Ω；3)在測試電壓波紋時，輸入電壓90～260 V時模擬負載上電壓為1．49～4．75 V，輸出電壓波紋限值150～160 mV；4)當輸入電壓9～260 V負載短路時，短路電流限值540～800 mA：5)當輸入電壓100～260 V空載時功率消耗限值為2．9 mA×100 V～1 mAx240 V；6)當輸入電壓220 V，輸入電流12 mA時輸入功率為640 mW。輸出電壓5．1 V，輸出電流0．3 A時輸出功率為1 530 mW：7)平均效率為57％；8)測量過程中電流無倒灌現(xiàn)象。此測試結(jié)果表明本充電器完全符合國家標準。
    利用高壓模塊和充電管理模塊為外部數(shù)碼產(chǎn)品充電，并且給出充電過程中電壓和電流的測試數(shù)據(jù)及其變化趨勢。
    1)通過市電利用標準USB給外部數(shù)碼產(chǎn)品充電，電池為910mAh，每隔l min記一次電壓和電流的變化，此實驗的數(shù)據(jù)如表1。充電過程電壓電流變化趨勢如圖3所示，從圖3中可明顯看出，充電過程的電壓由開始5．28 V逐漸上升最后恒壓539 V，電流由開始480 mA恒流逐漸下降，經(jīng)過121 min充電完成。

    2)通過市電利用充電管理為外部數(shù)碼產(chǎn)品充電，電池為910 mAh，每隔1 min記一次電壓和電流的變化，此實驗的數(shù)據(jù)如表2所示。充電過程電壓電流變化趨勢如圖4所示，從圖4可看出電壓電流變化趨勢，充電過程的電壓由開始3．88V逐漸上升最后恒壓4．22 V，電流由開始490 mA恒流逐漸下降．經(jīng)232 min充電完成。

    3)本充電器利用市電通過標準USB給鋰電池充電，此充電過程結(jié)果如表1和圖3；利用市電經(jīng)過充電管理器件給內(nèi)部蓄電池充電，同時通過SMT插座給數(shù)碼產(chǎn)品充電，此充電過程結(jié)果如表2和圖4所示；在沒有市電或者在偏遠的地方利用市電充電不方便的情況下，可以通過內(nèi)部蓄電池給鋰電池充電，可以通過外部干電池為鋰電池充電，實驗證明利用干電池可以為鋰電池充電20 min左右；另一個獨特的設(shè)備是手壓式發(fā)電機，設(shè)有此發(fā)電機的目的就是：即使在其他一切可以利用來給數(shù)碼產(chǎn)品充電的設(shè)備都沒有的情況下，也可以利用手壓式發(fā)電機來手動發(fā)電，隨時隨地的給外部數(shù)碼產(chǎn)品充電；還設(shè)有照明燈，在停電或者外出沒有照明的情況下，作為應(yīng)急燈。

5 結(jié)束語
    本充電器與其他所有同類產(chǎn)品不同的地方就在于可以利用多種資源，在任何情況下給數(shù)碼產(chǎn)品充電，利用電池和充電管理也可以給產(chǎn)品充電，此外還設(shè)有照明燈，這是任意一款充電器都沒有的。經(jīng)過試驗，本充電器重復精度高，表明這種充電器的設(shè)計是可行的。