基于單片機的多源數碼充電器的設計

盛曉飛 李彬 吳飛騰 朱熠琛 陳佳泉

引言：本文根據用戶的多源應用方向，在普通數碼充電器的原理基礎上，研發一個多源數碼充電器，對其各組成部分進行詳細設計和實現。該多源充電器硬件系統內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

隨著數碼產品的日新月異，手機、平板電腦等已經成了絕大部分人的必備產品。數碼市場上出售的數碼產品都有其原配的充電器，而且都是專業的、特殊的。針對不同的數碼產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行充電，而且在沒有電源插座的時候使用干電池或者內部蓄電池進行充電，同時還添加了一個方便又實用的照明燈功能。該充電器的實際作用能夠更好的滿足消費者的需求，使得人們的生產、生活更加方便、快捷。在同類產品中具有較高的市場競爭性，也為充電器的發展開創了一個新的道路。

二、總體結構設計

本文介紹的多源充電器充電接口采用標準的USB充電和其他充電接口。標準USB充電就是在接交流市電的情況下進行的一種充電方式，其電路組成主要有電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩壓電路。電源變壓器將流進來的交流市電變為所需要的電壓值，再經過整流電路將交流電壓變為直流電壓。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，最后還要加一個穩壓電路，以防電網電壓波動，負載和溫度變化的時候，輸出不了穩定的電壓。此外，通過干電池和內部蓄電池經過一個升壓電路也能夠在標準USB端得到理想的電壓進行充電。本充電器利用穩定的電壓是5V充電，然后接通手機等數碼產品就可以進行充電了。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芯片是BQ2057C，讓交流市電穩定后的5V電壓經過該芯片，運用該芯片的作用可以得到實際輸出4.1V的電壓，該電壓可以給內部蓄電池進行充電。充電器的整體功能如圖1所示。

圖1 多源數碼充電器功能結構圖 圖2充電控制原理圖圖3樣機的內部照片

三、結構設計與電路功能描述

包括以下幾個部分：miniUSB 接口、標準 USB 接口，這兩個部分主要是應用在高壓充電和充電管理的終端；手動按壓充電部分，此部分需要帶動電機并且可以隨時隨地的給手機充電，電機的位置需要固定，帶動電機工作的手動按壓設備，即滑動部分的元件位置、占用的面積大小和它滑動的范圍空間也要有相當的精確計算；照明燈，用來充當手電筒,特別是照明燈設備的開關按鍵，這部分和內部蓄電池要求是嵌入在外殼的里面，根據以上功能的要求和闡述可以得出本充電器內部的大致形狀的機械結構。該充電器樣機的內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，市場運用最廣泛的充電方式，最終通過標準USB給手機充電。其實就是在接通220V交流市電之后，經過電路中的變壓器芯片，整流濾波電路，穩壓芯片，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部蓄電池實現充電功能，而這2種電池都不能夠直接對手機進行充電，因為大部分干電池的輸出電壓只有3V，而內部蓄電池的輸出電壓也才4.1V，所以電壓沒有達到手機充電所需的電壓，所以要進行升壓，從而達到5V的充電電壓，利用的主要就是TPS61032這個芯片，再配合一些二極管、電容、電感來實現升壓功能，最后達到標準USB的電壓就是5V，這樣就可以給手機進行充電了。

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

4、控制照明燈的原理：照明燈主要應用的是一個雙D觸發器CD4013芯片，利用該芯片的主要功能就是：輸出端Q會保持前一次的輸出狀態，即R端和S端在都是0的情況下，輸出Q端會保持前一次的動作狀態，運用這個功能就可以實現照明燈的開關，即按一次按鍵就可以實現照明燈的開或者關，這也是相當方便的一個功能。

四、結論

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、科學設計和人性化等特點，不僅充電效率高，而且實用性強，功能齊全，未來會具有很大的發展空間。

參考文獻

[1]屈寶鵬,張喜鳳,許燕.基于DS2712的USB接口鎳氫電池充電器設計.現代電子技術.2012(16).

[2]劉洋.USB電池充電器檢測IC實現手機智能充電[J].電子設計技術.2008(03).

[基金]衢州學院大學生科技創新項目:多源數碼充電器的研究與應用，項目編號:2014X02.