多源数码充电器

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
    该电路接通交流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。