车载手机充电器设计【文献综述】

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毕业设计文献综述电子信息工程车载手机充电器设计一、前言随着汽车工业的发展，车载手机充电器被广泛的应用。除了改进电池性能外还要发展完善的辅助充电设备，因而研制一种方便、快捷、高效的充电器是必不可少的。目前，国内外充电设备大体可以分为两种，即接触式和感应式[1,2]。根据手机充电器能否安装在汽车上[3]，又可以把充电器分为非车载手机充电器和车载手机充电器两种。车载手机充电器的特点主要是有较为简单的充电方式，但有较长的充电时间。目前我国市场上的一些充电器的控制电路的主题仍然是模拟电路，外围器件多，且电路复杂，可靠性并不高。因而，充电器作为汽车重要的辅助充电设备，对它的研究还是有很大的发展空间的。现在市场上，比较有影响力的车载充电器有MiLiUniversalCharge等产品。此款产品特有的电源管理方案，输出电流达1A，是目前世界上充电最快的USB充电器。目前市场上手机充电器的种类可分为旅行充电器、座式充电器和车载充电器等类型[4]。车载手机充电器能使用户方便在汽车上为手机充电，是汽车重要的车载能源。车载手机充电器的使用方法是用汽车点烟器作为电源插座直接为手机充电。车载充电器的一端插入点烟器，另一端连接手机。车载充电器的发展是为了方便车主能利用车载电源随时随地为数码产品进行充电，这是汽车上备急的最好选择。二、主题1、车载手机充电器概述随着汽车工业的发展，车载手机充电器被广泛的应用。车载手机充电器的特点主要是有较为简单的充电方式，但有较长的充电时间。车载手机充电器的使用方法是用汽车点烟器作为电源插座直接为手机充电。车载充电器的一端插入点烟器，另一端连接手机。车载充电器的发展是为了方便车主能利用车载电源随时随地为数码产品进行充电，这是汽车上备急的最好选择。 2、各功能介绍（1）锂离子电池概述以前手机上使用的电池以镍类为主[5,6]，而现在的手机电池多采用锂离子电池作电芯[7]，这就相应的提高了充电器的要求。锂离子电池本身具有良好特性，使得其在便携式产品中的应用越来越广泛，而且用在锂离子电池的充电器在设计和功能上也日趋完善。锂离子优点很多，但也有一个最致命缺点——非常脆弱！所以，几乎所有的锂离子里有安装防止过充过放的保护电路。其要求的充电方式是恒流恒压方式。为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电终止检测除电压检测外，还需采用其他的辅助方法作为防止过充的后备措施，如检测电池温度、限定充电时间，为电池提供附加保护。由此可见实现安全高效的充电控制成为锂离子电池推广应用的瓶颈。锂电池充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压，从而保证电池安全充电。增加其它充电辅助功能是为了改善电池寿命，简化充电器的操作，其中包括给过放电的电池使用涓流充电、电池电压检测、输入电流限制、充电完成后关断充电器、电池部分放电后自动启动充电等。所有或者部分这些功能都可以在充电芯片中实现，当然，也可利用ASIC、分立器件、或在微处理器的基础上用软件实现。（2）目前手机充电器所使用的芯片目前关于车载手机充电器所使用的芯片可以是MC34063[8]。其不仅可以应用在车载充电方面，也可以改变其拓扑结构等方式来实现LED驱动，负压大电流输出，升降压设计的多方面应用。用此芯片设计车载手机充电器主要优点是成本低，但也有很多缺点：可靠性差，功能单一，没有过温度保护，短路保护等安全性措施；输出虽然是直流电压，但控制输出恒流充电电流的方式为最大开关电流峰值限制，精度不够高。低成本开关电源[9，10，11]芯片MC34063本身包含了DC/DC变换器所需要的主要功能的单片控制电路。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，R—S触发器和大电流输出开关电路等组成。该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，由它构成的DC/DC变换器仅用少量的外部元器件。在各类电子产品中均非常广泛的应用。其主要特性：1、输入电压范围：2 .5-4.0V；2、输出电压可调范围：1.25-40V；3、最大输出电流：1.5A；4、最大开关频率：100kHz；5、低静态电流；6、短路电流限制；7、可实现升压或降压电源变换器。（3）保护电路的设计该设计可使用直流开关稳压电源，其直流开关稳压器[12]中所使用的大功率开关器件的控制电路比较复杂。另外，开关稳压器[13]的负载一般都是用大量的集成化程度很高的器件安装的电子系统。晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差。因而开关稳压器的保护应该兼顾稳压器本身和负载的安全。保护电路的种类很多,这里介绍极性保护、程序保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护以及过热保护等电路。通常选用几种保护方式加以组合,构成完善的保护[14]系统。1）极性保护。其目的主要是使开关稳压器仅当以正确的极性接上未稳压直流电源时才能工作。利用单向导通的器件可以实现电源的极性保护。电路应用在小功率的开关稳压器上应使二极管D流过开关稳压器的输入总电流。在较大功率的场合,则把极性保护电路作为程序保护中的一个环节，,可以省去极性保护所需的大功率二极管，功耗也将减小。2）程序保护。为保护开关晶体管在开启或关断电源时的安全，,必须先让调制器、放大器等小功率的控制电路工作。为此，要保证正确的开机程序。开关稳压器的输入端一般接有小电感、大电容的输入滤波器。在开机瞬间，滤波电容器会流过很大的浪涌电流，这个浪涌电流可以为正常输入电流的数倍。这样大的浪涌电流会使普通电源开关的触点或继电器的触点熔化，并使输入保险丝[7]熔断。另外，浪涌电流也会损害电容器，使之寿命缩短，过早损坏。为此，开机时应该接入一个限流电阻，通过这个限流电阻来对电容器充电。一般的开机程序是:输入电源的极性鉴别,电压保护→开机程序电路工作→辅助电源工作并通过限流电阻R对开关稳压器的输入电容器C充电→开关稳压器的调制电路工作，短路限流电阻→开关稳压器稳定工作。3）过电流保护。当出现负载短路、过载或控制电路失效等意外情况时，会引起流过稳压器中开关三极管的电流过大，使管子功耗增大且发热，若没有过流保护装置，大功率开关三极管就有可能损坏，故而在开关稳压器中过电流保护是常用的。在小功率开关稳压器的场合下一般使用电阻串联在电路，而在大功率的开关稳压电源中通常将过电流保护转换为过、欠电压保护。4）过电压保护。 开关稳压器的过电压保护包括输入过电压保护和输出过电压保护。开关稳压器所使用的未稳压直流电源如果过高,使开关稳压器不能正常工作,甚至损坏内部器件,因此,有必要使用输入过电压保护电路。输出过电压保护在开关稳压电源中是至关重要的，如果在工作时,开关稳压器的开关三极管突然损坏,输出电位就可能立即升高到输入未稳压直流电源的电压值,瞬时造成很大的损失，常用的方法是晶闸管短路保护。5）欠电压保护。输出电压低于规定值时，反映了输入直流电源、开关稳压器内部或者输出负载发生了异常。输入直流电源电压下降到规定值之下时，会导致开关稳压器的输出电压跌落，输入电流增大，既危及开关三极管，也危及输入电源。因此，要设欠电压保护。6）过热保护。开关稳压器的高集成化和轻量小体积，使其单位体积内的功率密度大大提高，电源装置内部的元器件对其工作环境温度的要求也相应提高。否则，会使电路性能变坏，元器件过早失效。因此在大功率开关稳压器中应该设过热保护。所以必须全面系统地考虑开关电源各种保护措施[16]，确保开关电源的正常工作和高效率与高可靠性。（4）利用单片机设计显示电路该设计可使用单片机来实现软件方面的设计。这个设计可参考楼然苗、李光飞老师编写的《51系列单片机设计实例》[17]和杨欣，王玉凤,刘湘黔编写的《51单片机应用从零开始》[18]。里面充分的阐述了关于这方面知识内容。三、总结以上是我在做本毕业设计的前期工作——查阅其相关资料时阅览了较多的相关书籍与资料而获得的，对于各种开关电源设计有了一定的了解，也对该设计中对单片机的使用进行了完善，使我对车载手机充电器整个设计流程有了一定的认识与了解，为后期的设计任务做了充分的准备。本设计主要通过对车载手机充电器的设计，使其具有自动启动充电和自动停止充电，带有充电和停充的指示灯,充电时间显示，停止充电后，计时也随即停止的多个功能。在这次毕业设计中，花费的大量时间主要体现在分析课题上，如何去设计电路中。有了前期这样努力的准备，我相信在后期的实际操作中我一定会更加得心应手，认真地完成此次的毕业论文，也相信本人的积极向上的态度会给本次设计带来一个很好的开始，使得本次设计过程中顺利很多。 [参考文献][1]Markussimon,MarketPotentialandPriceExpectationsforElectricVehiclesinSwitzerland.EVS18Berlin,2001PP166.[2]S.Furlan,AComparativeValuationofExternalCostaduetoTransportation:ElectricVsConvebtionalVehicles,EVS17Canada,2000.[3]姚军龙.电动汽车数字化充电机[J].北京：北京刚空航天大学，2004.[4]中认网收集.手机充电器的种类.http://www.baidu.com.2011.1.26.[5]中国标准出版社.电池标准汇编[M].北京：2003.524-27.[6]阎勇，刘国兴，镍氢电池充电控制技术的探讨[J]，企业技术开发，2005,24（6）：26-29.[7]张胜利，余仲宝，韩周祥.锂电池的研究与发展[J].电池工业，1999.[8]MC34063中文资料.http://www.dz3w.com.2010.5.14.[9]周志敏,周纪海,纪爱华．开关电源实用技术-设计与应用[M]．北京人民邮电出版社，2007.8.[10]张占松，蔡宜兰.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2004.58-62.[11]刘凤君．现代高频开关电源技术及应用[M]．北京：电子工业出版社．2008.1.[12]李峻编著.开关集成稳压器控制器的原理及应用[M]．人民交通出版社,1997.[13]何希才，张明莉.新型稳压电压及应用实例[M].电子工业出版社,2004.[14]陈庭勋．低电磁骚扰开关电源的实现[J]．现代电子技术．2009，32（305）：201-204.[15]康华光.电子技术基础模拟部分(第五版)[M].北京：高等教育出版社，2006,28-29，89-90.[16]熊福生.直流开关电源保护技术[M].广州：电源世界期刊[P]，2002.2.[17]楼然苗，李光飞.51系列单片机设计实例(第2版)[M].北京航空航天大学出版社，2005.[18]杨欣，王玉凤,刘湘黔.51单片机应用从零开始[M].清华大学出版社，2011.