USB充电器设计与制作课件.

广东松山职业技术学院电气工程系USB充电器设计与制作多媒体课件演讲人:张文辉〖引入新课〗电子设备都要求有很稳定的直流电源供电。传统的串联型电源虽然技术成熟，并且有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点，但通常都需要体积大且笨重的工频变压器起隔离之用，滤波器的体积和重量也很大。而调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其功率调整管必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45％左右。由于调整管上的功率消耗较大，需要采用大功率调整管并安装很大的散热器，这就难以满足电子设备小型节能发展的要求。解决方法就是采用开关电源方法。开关电源重量轻、体积小、功耗小，效率高、机内温升低，提高了整机的稳定性和可靠性，而且对电网的适应能力也有较大的提高。从而促进了效率高的开关电源的迅速发展。深圳市金佳佰业有限公司手机充电器是指给手机等移动数码设备充电的设备，常见的有单口USB直充、带线直充、多口USB直充、万能充、座充、车充等。如下图：一、USB充电器简介1、USB充电器类型一、USB充电器简介2、USB充电器参数输入电压范围:100---240V，车充12----24输入电压范围:通常在4.2V、5V，快充9V/12V输入电流范围:通常在4.2V、5V，快充9V/12V使用环境场合:2000-5000M划分，温度0至45度，湿度小于等于90%。安规认证:CE认证、中国CCC、美国ULFCC欧盟使用地区国家:一、USB充电器简介2、充电器的分类线性电源：优点：空载电压较高，反应较快，电压稳定度和负载稳定度高，输出纹波电压小。开关电源：优点：变换效率高，可高达70%-95%。1、功耗小2、稳定范围宽3、体积小，重量轻。缺点：电压调整率差，变换效率低，只有35%-60%。存在变压器和调整管功耗大。242V187VVA缺点：电路比较复杂，输出的纹波电压较高（每一个开关周期有一个纹波），瞬态响应较差，存在高频干扰等。因此，开关稳压电源的应用受到一定的限制。。空载4.2V的充电器：充电器直接给电池充电，手机只是提供了一个转接的作用。空载4.2V以上的充电器：充电过程中的主体多了一个充电管理芯片（一般被集成在手机的电源管理芯片里）电源适配器电池+++GNDGND手机电源适配器电池++GNDGND手机（充电管理）一、USB充电器简介3、USB充电器基本框图输入回路:EMI电磁干扰滤波器、整流滤波电路、变压器输入、功率变换电路、启动电路、PWM控制器电路、过欠压保护电路组成。输出回路:变压器输出、整流滤波电路、过流保护电路、短路保护电路等。控制回路:由低压电子元器件组成。输入回路与输出回路之间采用变压器隔离，可实现高低电压转换，又可以确保人身安全。一、USB充电器简介2、USB充电器参数输入电压范围:100---240V，车充12----24输入电压范围:通常在4.2V、5V，快充9V/12V输入电流范围:通常在4.2V、5V，快充9V/12V使用环境场合:2000-5000M划分，温度0至45度，湿度小于等于90%。安规认证:CE认证、中国CCC、美国ULFCC欧盟使用地区国家:二、USB充电器电路1、USB充电器参数输入电压:100---240V二、USB充电器电路1、USB充电器参数二、USB充电器电路输入电路1、整流滤波电路2、USB充电器电路原理图单端正激式电路半波整流滤波:D1,C1组成。电压U=300V。2、启动电路R2:给Q1提供微导通电流。电压U=0.070V。3、PWM控制器(振荡电路)R3,C2组成正反馈电路:给Q1提供饱和与截止电流。4、功率变换T1的L1,Q1,R1组成。二、USB充电器电路输出电路1、整流滤波电路L3,D8,C4组成,给负载提供电压。2、USB充电器电路原理图单端正激式电路2、指示电路R5,LED。3、基准电压R6,DZ1组成:基准电压与输出电压比较,给IC提供控制电压。二、USB充电器电路控制保护电路2、USB充电器电路原理图单端正激式电路1、整流滤波电路L2,D6,C3组成,给返馈提供电压。3、续流保护电路D5或RC。Q1截止，在变压器(12)产生感应高电压，为避免截止期间感应出的尖峰脉冲高压击穿Q1，在(12)绕组并联尖峰脉冲吸收，以保护和改善Q1的开关特性。2、过流保护电路R1,Q2,R4,IC1,组成。二、USB充电器电路1、当接通电源后，220V交流通过D2整流，C1滤波，通过电阻R2给Q1提供基极启动电流，使Q1开始微导通，其集电极电流Ic线性增长，在L2中感应出使Q1基极为正、发射极为负的正反馈电压，通过C2和R3，送到Q1基极，使Q1迅速饱和；3、USB充电器控制电路原理单端正激式电路2、感应电动势给C2充电，随着C2电压升高，Q1基极电位逐渐下降，Ic开始减小，L2感应出使Q1基极为负，发射极为正的电压，使Q1迅速截止，完成一个振荡周期，在Q1截止期间，在L3绕组感应出一个5V左右的交流电压；二、USB充电器电路3、C3逐渐放电，Q1基极电压逐渐升高，从而开始第二个周期，不断循环；3、USB充电器控制电路原理单端正激式电路5、Z1、IC1、Q2等组成取样比较电路，检查输出电压的高低。当负载变轻或电源电压升高等原因导致输出电压升高时，Z1击穿，IC1发光二级管电流增大，IC1中光敏三极管电流增大4、L3输出电压经D6整流、C4滤波后通过USB座给负载供电。LED1和R5组成输出指示电路；二、USB充电器电路7、当负载变轻或者电源电压变高等任何原因导致输出电压升高时，T1（3、4）、DZ1取样比较导致Q2导通，Q1基极电流减小，集电极电流减小，负载能力变小，从而导致输出电压降低；3、USB充电器控制电路原理单端正激式电路6、D6为L2绕组输出电压整流二极管，C2为滤波电容；8、当输出电压降低后，Q2取样后又会截止，Q1的负载能力变强，输出电压又会升高；这样起到自动稳压作用。；二、USB充电器电路9、过流过载保护功能：当负载过载或者短路时，Q1的集电极电流增大，Q1的发射极电阻R2上产生较高的压降，这个过载或者短路产生的高电压经过R4让Q2饱和导通，从而让Q1截止，停止输出，防止过载损坏；3、USB充电器控制电路原理单端正激式电路11、注意：R2改小将增大Q1烧坏的可能性。如果需要大电流输出，建议更换Q1为13003或者13007中大功率三极管；10、因此，改变R2的大小，可改变负载能力。如果将输出电流减小，可将R2改大。如果将输出电流改大，可将R2改小；二、USB充电器电路二、USB充电器电路1、当负载变轻或者电源电压变高等任何原因导致输出电压升高时，电压超过5.8v时，DZ1击穿，Q2的基极电压升高，Q2导通。Q1的基极电压立即释放，Q1截止，输出电压越高，截止时间越长，限制了输出电压的升高，负载能力变小，从而导致输出电压降低；3、USB充电器控制电路原理单端正激式电路(输出控制)二、USB充电器电路2、LD2是工作指示灯。它的工作原理是：当无外接负载时，电路处于空载状态，R8上无电流流过，Q3的e-b结电压基本相等，Q3截止，LD2(绿灯)不亮，，有外接负载时，负载电流在R8上产生的压降，加载在Q3的e-b结上，使Q3正偏导通，LD2亮，表示正在充电。随着电池不断地充电，其充电电流逐渐减小，R8上的压降也随之减小，当Q3的e-b结偏压V3e-b小于0．7V时，Q3截止，LD2熄灭，表示电已充满。3、USB充电器控制电路原理单端正激式电路(输出控制)二、USB充电器电路1、USB充电器参数输入电压:100---240V输入电压:5V输入电流范围:200mA。二、USB充电器电路1、当接通电源后，220V交流通过D2整流，C1滤波，通过电阻R2给Q1提供基极启动电流，使Q1开始微导通，其集电极电流Ic线性增长，在L2中感应出使Q1基极为正、发射极为负的正反馈电压，通过C2和R3，送到Q1基极，使Q1迅速饱和；4、USB充电器控制电路原理单端反激式2、同时，感应电动势给C3充电，随着C3电压升高，Q1基极电位逐渐下降，Ic开始减小，L2感应出使Q1基极为负，发射极为正的电压，使Q1迅速截止，完成一个振荡周期，在Q1截止期间，在L3绕组感应出一个5V左右的交流电压；二、USB充电器电路3、C3逐渐放电，Q1基极电压逐渐升高，从而开始第二个周期，不断循环；4、USB充电器控制电路原理单端反激式5、Z1、IC1、Q2等组成取样比较电路，检查输出电压的高低。当负载变轻或电源电压升高等原因导致输出电压升高时，Z1击穿，IC1发光二级管电流增大，IC1中光敏三极管电流增大4、L3输出电压经D6整流、C4滤波后通过USB座给负载供电。LED1和R5组成输出指示电路；二、USB充电器电路7、L2反馈绕组中的感应电压经IC1中的光敏三极管到Q2基极，Q2基极电流增大，集电极电流增大，Q1基极电流减小，集电极电流减小，负载能力变小，从而导致输出电压降低。当输出电压降低后，Q2取样后又会截止，Q1的负载能力变强，输出电压升高，这样起到自动稳压作用；4、USB充电器控制电路原理单端反激式6、D6为L2绕组输出电压整流二极管，C2为滤波电容；二、USB充电器电路8、过流过载保护功能：当负载过载或者短路时，Q1的集电极电流增大，Q1的发射极电阻R2上产生较高的压降，这个过载或者短路产生的高电压经过R4让Q2饱和导通，从而让Q1截止，停止输出，防止过载损坏；4、USB充电器控制电路原理单端反激式10、注意：R2改小将增大Q1烧坏的可能性。如果需要大电流输出，建议更换Q1为13003或者13007中大功率三极管；9、因此，改变R2的大小，可改变负载能力。如果将输出电流减小，可将R2改大。如果将输出电流改大，可将R2改小；二、USB充电器电路三、开关电源电路1、发光二极管参数超高亮:1.7V~1.9V,设计电流通常选为15mA高亮:1.6V~1.8V，设计电流通常选为12mA普亮:1.4V~1.7V，设计电流通常选为8mA限流电阻的计算:超高亮LED,5V工作，工作电流为8mA，导通压降为1.7V,求限流电阻值单色、双色、三色:红+蓝显紫色光，红+绿显橙色光,红+绿+蓝显白色光LEDDRVLEDCCIVVVR驱动器件的低电平输出电压工作电流)(3751083.07.153R三、开关电源电路1、输入电路抑制电磁干扰(EMI):电磁干扰(EMI)又叫噪声干扰，要抑制EMI关键是噪声滤波器的设计。采用噪声滤波器能有效地抑制电网中的噪声进入设备，也可以抑制设备产生的噪声污染电网。共模噪声产生于相线与大地之间。抑制外部的EMI信号传入，又可以衰减线路自身工作时产生的EMI信号，能有效地降低EMI干扰强度。共模噪声:一方面要滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响其他电子设备的正常工作。当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流。达到滤波的目的。差模噪声产生于相线之间。差模噪声:三、开关电源电路1、输入电路抑制电磁脉冲(EMP):抑制EMP主要是对浪涌保护。浪涌保护主要是防雷保护，就是在极短的时间内将设备上因感应雷击而产生的大量脉冲能量释放到安全地线上，从而保护整个设备。压敏电阻、稳压二极管和气体放电管三种保护方法。第一，能抗大能量的瞬态冲击；第二，它的PN结结构不同于稳压管，因此它的功耗小；第三，耐浪涌性好。压敏电阻保护的优点:浪涌电流是由滤波电容充电引起的。如果不采取保护措施，浪涌电流值几百安培。为避免电子电路中在开机的瞬间产生的浪涌电流，在电源电路中串接一个功率型RT热敏电阻器，能有效地抑制开机时的浪涌电流，并且在完成抑制浪涌电流作用以后，由于通过其电流