基于單片機(jī)的多源數(shù)碼充電器的設(shè)計(jì)

盛曉飛 李彬 吳飛騰 朱熠琛 陳佳泉

引言：本文根據(jù)用戶的多源應(yīng)用方向，在普通數(shù)碼充電器的原理基礎(chǔ)上，研發(fā)一個(gè)多源數(shù)碼充電器，對(duì)其各組成部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。該多源充電器硬件系統(tǒng)內(nèi)部電路主要由五部分組成：分別為220V高壓整流電路、3V升壓電路、充電管理電路、邏輯控制電路和手壓充電電路，使用的電子元件主要是BQ2057C 芯片、TPS61032PWP 芯片和 CD4013芯片。

一、引言

隨著數(shù)碼產(chǎn)品的日新月異，手機(jī)、平板電腦等已經(jīng)成了絕大部分人的必備產(chǎn)品。數(shù)碼市場(chǎng)上出售的數(shù)碼產(chǎn)品都有其原配的充電器，而且都是專業(yè)的、特殊的。針對(duì)不同的數(shù)碼產(chǎn)品充電器之間可能不能夠相互使用，并且一旦周圍沒有交流市電，那么就非常尷尬，這都是一般充電器的一大弊端。本文研究的是一種更加全面更加方便的充電器，不僅可以使用交流市電進(jìn)行充電，而且在沒有電源插座的時(shí)候使用干電池或者內(nèi)部蓄電池進(jìn)行充電，同時(shí)還添加了一個(gè)方便又實(shí)用的照明燈功能。該充電器的實(shí)際作用能夠更好的滿足消費(fèi)者的需求，使得人們的生產(chǎn)、生活更加方便、快捷。在同類產(chǎn)品中具有較高的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性，也為充電器的發(fā)展開創(chuàng)了一個(gè)新的道路。

二、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文介紹的多源充電器充電接口采用標(biāo)準(zhǔn)的USB充電和其他充電接口。標(biāo)準(zhǔn)USB充電就是在接交流市電的情況下進(jìn)行的一種充電方式，其電路組成主要有電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路。電源變壓器將流進(jìn)來的交流市電變?yōu)樗枰碾妷褐担俳?jīng)過整流電路將交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?。由于直流電壓可能含有較大的紋波，因此需要通過濾波電路加以濾除，最后還要加一個(gè)穩(wěn)壓電路，以防電網(wǎng)電壓波動(dòng)，負(fù)載和溫度變化的時(shí)候，輸出不了穩(wěn)定的電壓。此外，通過干電池和內(nèi)部蓄電池經(jīng)過一個(gè)升壓電路也能夠在標(biāo)準(zhǔn)USB端得到理想的電壓進(jìn)行充電。本充電器利用穩(wěn)定的電壓是5V充電，然后接通手機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品就可以進(jìn)行充電了。其他充電方式主要由充電管理電路組成，而充電管理電路中最主要的一個(gè)芯片是BQ2057C，讓交流市電穩(wěn)定后的5V電壓經(jīng)過該芯片，運(yùn)用該芯片的作用可以得到實(shí)際輸出4.1V的電壓，該電壓可以給內(nèi)部蓄電池進(jìn)行充電。充電器的整體功能如圖1所示。

圖1 多源數(shù)碼充電器功能結(jié)構(gòu)圖 圖2充電控制原理圖圖3樣機(jī)的內(nèi)部照片

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電路功能描述

包括以下幾個(gè)部分：miniUSB 接口、標(biāo)準(zhǔn) USB 接口，這兩個(gè)部分主要是應(yīng)用在高壓充電和充電管理的終端；手動(dòng)按壓充電部分，此部分需要帶動(dòng)電機(jī)并且可以隨時(shí)隨地的給手機(jī)充電，電機(jī)的位置需要固定，帶動(dòng)電機(jī)工作的手動(dòng)按壓設(shè)備，即滑動(dòng)部分的元件位置、占用的面積大小和它滑動(dòng)的范圍空間也要有相當(dāng)?shù)木_計(jì)算；照明燈，用來充當(dāng)手電筒,特別是照明燈設(shè)備的開關(guān)按鍵，這部分和內(nèi)部蓄電池要求是嵌入在外殼的里面，根據(jù)以上功能的要求和闡述可以得出本充電器內(nèi)部的大致形狀的機(jī)械結(jié)構(gòu)。該充電器樣機(jī)的內(nèi)部元件的位置照片如圖3所示。

1、接通交流市電的充電情況：這也是一種最普通，市場(chǎng)運(yùn)用最廣泛的充電方式，最終通過標(biāo)準(zhǔn)USB給手機(jī)充電。其實(shí)就是在接通220V交流市電之后，經(jīng)過電路中的變壓器芯片，整流濾波電路，穩(wěn)壓芯片，以及一系列電阻、電容、二極管，最終得到5V的直流電壓，用到的主要芯片有ACT30A、TL431。

2、升壓部分：由于該充電器可以通過干電池和內(nèi)部蓄電池實(shí)現(xiàn)充電功能，而這2種電池都不能夠直接對(duì)手機(jī)進(jìn)行充電，因?yàn)榇蟛糠指呻姵氐妮敵鲭妷褐挥?V，而內(nèi)部蓄電池的輸出電壓也才4.1V，所以電壓沒有達(dá)到手機(jī)充電所需的電壓，所以要進(jìn)行升壓，從而達(dá)到5V的充電電壓，利用的主要就是TPS61032這個(gè)芯片，再配合一些二極管、電容、電感來實(shí)現(xiàn)升壓功能，最后達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)USB的電壓就是5V，這樣就可以給手機(jī)進(jìn)行充電了。

3、充電電壓管理：由于內(nèi)部蓄電池也可以進(jìn)行充電，而蓄電池的電壓為4.1V左右，所以經(jīng)過交流市電變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后的5V電壓無法直接給蓄電池充電，所以要經(jīng)過一個(gè)管理芯片才能夠得到4.1V的電壓，來給蓄電池充電。這部分電路運(yùn)用的主要芯片是BQ2057C，同時(shí)電阻、二極管、三極管也是必不可少的元件。

4、控制照明燈的原理：照明燈主要應(yīng)用的是一個(gè)雙D觸發(fā)器CD4013芯片，利用該芯片的主要功能就是：輸出端Q會(huì)保持前一次的輸出狀態(tài)，即R端和S端在都是0的情況下，輸出Q端會(huì)保持前一次的動(dòng)作狀態(tài)，運(yùn)用這個(gè)功能就可以實(shí)現(xiàn)照明燈的開關(guān)，即按一次按鍵就可以實(shí)現(xiàn)照明燈的開或者關(guān)，這也是相當(dāng)方便的一個(gè)功能。

四、結(jié)論

本文研究的多源充電器是一種集多種充電方式的充電器，具有體積小、充電方便、科學(xué)設(shè)計(jì)和人性化等特點(diǎn)，不僅充電效率高，而且實(shí)用性強(qiáng)，功能齊全，未來會(huì)具有很大的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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[基金]衢州學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目:多源數(shù)碼充電器的研究與應(yīng)用，項(xiàng)目編號(hào):2014X02.