基于单片机的多源数码充电器的设计

盛晓飞 李彬 吴飞腾 朱熠琛 陈佳泉

引言：本文根据用户的多源应用方向，在普通数码充电器的原理基础上，研发一个多源数码充电器，对其各组成部分进行详细设计和实现。该多源充电器硬件系统内部电路主要由五部分组成：分别为220V高压整流电路、3V升压电路、充电管理电路、逻辑控制电路和手压充电电路，使用的电子元件主要是BQ2057C 芯片、TPS61032PWP 芯片和 CD4013芯片。

一、引言

随着数码产品的日新月异，手机、平板电脑等已经成了绝大部分人的必备产品。数码市场上出售的数码产品都有其原配的充电器，而且都是专业的、特殊的。针对不同的数码产品充电器之间可能不能够相互使用，并且一旦周围没有交流市电，那么就非常尴尬，这都是一般充电器的一大弊端。本文研究的是一种更加全面更加方便的充电器，不仅可以使用交流市电进行充电，而且在没有电源插座的时候使用干电池或者内部蓄电池进行充电，同时还添加了一个方便又实用的照明灯功能。该充电器的实际作用能够更好的满足消费者的需求，使得人们的生产、生活更加方便、快捷。在同类产品中具有较高的市场竞争性，也为充电器的发展开创了一个新的道路。

二、总体结构设计

本文介绍的多源充电器充电接口采用标准的USB充电和其他充电接口。标准USB充电就是在接交流市电的情况下进行的一种充电方式，其电路组成主要有电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。电源变压器将流进来的交流市电变为所需要的电压值，再经过整流电路将交流电压变为直流电压。由于直流电压可能含有较大的纹波，因此需要通过滤波电路加以滤除，最后还要加一个稳压电路，以防电网电压波动，负载和温度变化的时候，输出不了稳定的电压。此外，通过干电池和内部蓄电池经过一个升压电路也能够在标准USB端得到理想的电压进行充电。本充电器利用稳定的电压是5V充电，然后接通手机等数码产品就可以进行充电了。其他充电方式主要由充电管理电路组成，而充电管理电路中最主要的一个芯片是BQ2057C，让交流市电稳定后的5V电压经过该芯片，运用该芯片的作用可以得到实际输出4.1V的电压，该电压可以给内部蓄电池进行充电。充电器的整体功能如图1所示。

图1 多源数码充电器功能结构图 图2充电控制原理图图3样机的内部照片

三、结构设计与电路功能描述

包括以下几个部分：miniUSB 接口、标准 USB 接口，这两个部分主要是应用在高压充电和充电管理的终端；手动按压充电部分，此部分需要带动电机并且可以随时随地的给手机充电，电机的位置需要固定，带动电机工作的手动按压设备，即滑动部分的元件位置、占用的面积大小和它滑动的范围空间也要有相当的精确计算；照明灯，用来充当手电筒,特别是照明灯设备的开关按键，这部分和内部蓄电池要求是嵌入在外壳的里面，根据以上功能的要求和阐述可以得出本充电器内部的大致形状的机械结构。该充电器样机的内部元件的位置照片如图3所示。

1、接通交流市电的充电情况：这也是一种最普通，市场运用最广泛的充电方式，最终通过标准USB给手机充电。其实就是在接通220V交流市电之后，经过电路中的变压器芯片，整流滤波电路，稳压芯片，以及一系列电阻、电容、二极管，最终得到5V的直流电压，用到的主要芯片有ACT30A、TL431。

2、升压部分：由于该充电器可以通过干电池和内部蓄电池实现充电功能，而这2种电池都不能够直接对手机进行充电，因为大部分干电池的输出电压只有3V，而内部蓄电池的输出电压也才4.1V，所以电压没有达到手机充电所需的电压，所以要进行升压，从而达到5V的充电电压，利用的主要就是TPS61032这个芯片，再配合一些二极管、电容、电感来实现升压功能，最后达到标准USB的电压就是5V，这样就可以给手机进行充电了。

3、充电电压管理：由于内部蓄电池也可以进行充电，而蓄电池的电压为4.1V左右，所以经过交流市电变压、整流、滤波、稳压后的5V电压无法直接给蓄电池充电，所以要经过一个管理芯片才能够得到4.1V的电压，来给蓄电池充电。这部分电路运用的主要芯片是BQ2057C，同时电阻、二极管、三极管也是必不可少的元件。

4、控制照明灯的原理：照明灯主要应用的是一个双D触发器CD4013芯片，利用该芯片的主要功能就是：输出端Q会保持前一次的输出状态，即R端和S端在都是0的情况下，输出Q端会保持前一次的动作状态，运用这个功能就可以实现照明灯的开关，即按一次按键就可以实现照明灯的开或者关，这也是相当方便的一个功能。

四、结论

本文研究的多源充电器是一种集多种充电方式的充电器，具有体积小、充电方便、科学设计和人性化等特点，不仅充电效率高，而且实用性强，功能齐全，未来会具有很大的发展空间。

参考文献

[1]屈宝鹏,张喜凤,许燕.基于DS2712的USB接口镍氢电池充电器设计.现代电子技术.2012(16).

[2]刘洋.USB电池充电器检测IC实现手机智能充电[J].电子设计技术.2008(03).

[基金]衢州学院大学生科技创新项目:多源数码充电器的研究与应用，项目编号:2014X02.