简易手机移动电源控制电路专业课程设计.doc

沈阳航空航天大学
课 程 设 计
（阐明书）

简易手机移动电源控制电路设计

班级 / 学号
学 生 姓 名
指 导 教 师

沈阳航空航天大学
课 程 设 计 任 务 书

课 程 名 称 电子技术课程综合设计
课程设计题目 简易手机移动电源控制电路设计
课程设计内容及规定：
一、设计阐明与技术指标
简易手机移动电源控制电路设计，技术指标如下：
① 电路可以对3.3V锂离子电池进行充电；
② 输出电压为5V；
③ 充电时充电批示灯亮；
④ 用4个发光二极管显示电量。
二、设计规定
1．在选取器件时，应考虑成本。
2．依照技术指标，通过度析计算拟定电路和元器件参数。
3．画出电路原理图（元器件原则化，电路图规范化）。
三、实验规定
1．依照技术指标制定实验方案；验证所设计电路，用软件仿真。
2．进行实验数据解决和分析。
四、推荐参照资料
1. 童诗白，华成英主编．模仿电子技术基本．[M]北京：高等教诲出版社，
五、按照规定撰写课程设计报告

成绩 指引教师 日期
一、概述

移动电源，也叫“外挂电池”、“外置电池”、“后备电池”、“数码充电伴侣”、“充电宝”。手机移动电源是一种集供电和充电功能于一体便携式充电装置电能存储器，可以给手机等数码设备随时随处充电或待机供电。普通由聚合物锂离子电芯作为储电载体。区别于产品内部配备电池，也叫e电源，外挂电池。普通配备各种电源转接头， 普通具备大容量、多用途、体积小、寿命长和安全可靠等特点，是可随时随处为普通功能手机、PDA、GPS导航仪、PSP、DV、USBXI和智能手机等各种数码产品供电或待机充电功能产品。容量普通为5000-8000mAh。“移动电源”这个概念是随着数码产品普及和迅速增长而发展起来，其定义就是：以便易携带随身电源。针对数码产品功能日益多样化，使用更加频繁，与咱们寻常生活关联也越来越密切，如何提高数码产品使用时间、以便人们生活、及时补充电量、发挥其最大功用重要性就更加刻不容缓。而移动电源，就是针对并解决这一问题最佳方案，随身携带一种移动电源，就可以随时随处为各种数码产品充电。
本次要设计一种简易手机移动电源控制电路。
简易手机移动电源控制电路设计，技术指标如下：
④ 电路可以对3.3V锂离子电池进行充电；
⑤ 输出电压为5V；
⑥ 充电时充电批示灯亮；
④ 用4个发光二极管显示电量。
设计时在选取器件时，应考虑成本，并依照技术指标，通过度析计算拟定电路和元器件参数。

二、 方案论证

移动电源其实是一种可以对外充电电池，它由输入充电控制电路，输出升压控制电路，电池电量检测显示电路，LED控制电路，电池保护电路构成，如下图：

充电输入
升压输出
充电控制

电池保护电路

充电批示灯
5V放电输出

3.3V锂电池
电池电量显示

图1 手机移动电源控制电路电路原理框图

三、电路设计

1.充电控制电路
充电控制电路，运用5V输入，如电脑USB，适配器对移动电源里电池进行充电控制，当电池电压充到4.20V左右时，充电电流降到100mA左右时，即停止充电，充电完毕，断开电路。当前，移动电源输入电流为1A左右，如果运用电脑USB充电，要考虑USB输出承受力，普通电脑USB输出为500mA，原理图如图2所示。GS1661是电流模式提高变换器。恒定开关频率1MHz以及工厂工作以及脉冲宽度调制（PWM）。自26v / 2A 提供高输出电压。控制回路是峰电流模式控制架构；因而，斜坡补偿电路添加电流信号容许循环运营稳定免税不不大于50%。内部固定PWM频率：1.0MHz精密反馈参照电压：0.6V（±2%）Ø内部0.25Ω，2A，26V功率MOSFET关断电流：0.1μ过电压保护，过温保护Ø。
Ø Adjustable Over Current Protection：0.5A ~ 2.5A Ø Package：SOT23-6L
调过电流保护：0.5A~ 2.5AØ包：sot23-6l。该gs1661是电流模式升压转换器。恒定开关频率为1MHz，脉冲宽度调制（PWM）操作。建立在26V / 2A MOSFET提供高输出电压。控制回路构造峰值电流模式控制；因而，斜坡补偿电路被添加到当前信号容许运营稳定占空比不不大于50%。
输出电压输出电压电阻分压器FB。输出电压：

图2 手机移动电源充电控制电路原理图

图3 手机移动电源充电控制电路线形图

2. 升压输出电路
升压输出电路，：当移动电源接入手机后，升压电路即开始工作，将移动电源电池升压到5V，以供手机充电，手机将自行控制充电，布满后自动断电。该CS5171 / 3 芯片 560千赫开关稳压器具备效率高，1.5个集成开关。这些某些操作在宽输入电压范畴，从2.7 V至30 V，灵活设计容许芯片在大多数电源配备，操作涉及升压，反激式，向前，反相，和SEPIC。该集成电路采用电流模式架构，这让先进负载和线路调节，以及一种实用手段限制电流。高频率操作与高度集成调节电路，成果在一种非常紧凑电源解决方案结合。电路设计涉及规定为特点频率同步，关机，并反馈控制或正或负电压调节。这些零件到−引脚1372 / 1373兼容。运用CS5171/ 3芯片可以是输出电压升高至5V，2.7 V至28 V输入，SEPIC转换器2.7 V至28 V输入，5 V输出SEPIC转换器以供手机充电。

图4 手机移动电源升压输出电路

3. 电池电量显示电路：
这个电路功能就是显示当前移动电源电池剩余电量，这样能更加以便顾客使用，及时充电。(XHEC)显航移动电源电量显示功能还具备省电功能，即在对外输出时，工作开始几秒会自动显示电池电量然后自动熄灭，节约电池电能。当需要理解电池电量时，直接按动按钮，即可再次显示，非常以便使用。LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它内部包括四组形式完全相似运算放大器，除电源共用外，四组运放互相独立。每一组运算放大器可用图1所示符号来表达，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表达运放输出端Vo信号与该输入端相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表达运放输出端Vo信号与该输入端相位相似。如图所示电路，如图通过LM324AJ四运算放大器放大电流，来控制四个发光二极管（LED1~4）来显示移动电源电量，当移动电源电布满时，四个发光二极管（LED1~4）所有亮起。当移动电源对锂电池充电时发光二极管从LED4~1依次熄灭来显示移动电源电量。

图5 手机移动电源充电显示电路原理图

4. 充电批示灯
当系统工作时批示灯亮起图中所示电源批示灯为单向导通发光二极管。电阻R可选用5、单向导通二极管为1N4004或1N4007。二极管重要用作单向工作，R用作降压限流。

图6 手机移动电源充电批示灯电路原理图

5.电池保护电路：

当电池浮现放电时过流，放电时电压过低，充电时电压过高这几种异常状况下，电池保护电路就会关闭电池与外部连接，保护电池安全。移动电源使用都是锂电池，这种电池不能过流，或电压过低、过高，否则会浮现爆炸，燃烧等危险状况。 R5402N系列是高耐压、CMOS工艺电池保护IC，用于1节锂离子/锂聚合物可充电电池过充电/过放电/过电流保护，还内置了负载短路保护电路，以防止大负载短路电流和充电/放电过电流。保护IC是通过监视VDD与VSS之间电池电压以及V-和VSS之间电压差来进行控制充电和放电。电池电压在过充电电压如下（Vdet1）并且在过放电电压以上（Vdet2）、V-端电压在过充电电流检测电压如下（Vdet4）并且在过放电电流检测电压以上（Vdet3）状况下，进行充电和放电控制MOSFET均被打开。这被视为普通工作状态，可以自由进行放电和充电。通过LM7805CT芯片来保护电路，通过此芯片来稳定电压保护输出电压稳定不会烧坏锂电池。

图7 手机移动电源充电池保护原理图

图8 手机移动电源充电池保护芯片原理图

四、 性能测试
1. 如下图所示当系统开关打开时，电池接入电路。充电批示灯LED6亮起。

图9 手机移动电源性能测试

图10 手机移动电源性能测试充电电流

图11 手机移动电源性能测波形图
如上图所示，MXX4测试充电电流，随着充电时间变长，充电电流逐渐减小。阐明正在对电池进行充电，移动电源电源正在工作。

图12 手机移动电源性能测波形图
2.如图所示，示波器显示为充电电压波形图，充电电压稳定。
万用表XMM1测试移动电源充电电压，电压为5V。依照输出电压可拟定，该电路可以对锂电池充电。

图13 手机移动电源性能测试

图14 手机移动电源性能测试

3.如下图所示，由四个LM324AJ四运算放大器放大电流，来控制四个发光二极管（LED1~4）来显示移动电源电量，当移动电源充电时，四个发光二极管（LED1~4）所有亮起。

图15 手机移动电源性能测试
通过性能测试，证明移动电源已经达到设计规定。

五、 结论

依照电路图制作实物可以得到一种简易手机移动电源，该移动电源会在充电式亮起充电批示灯，电路可以对3.3V锂离子电池进行充电， 输出5V电压适合手机电池充电，并且有4个发光二极管显示电量，符合设计规定。

六、 性价比

图16 手机移动电源原件性价比

如图所示，可以跟据各个芯片在淘宝和阿里巴巴上售价来选取价格较为便宜而又包邮！例如bd137和LM324AJ 芯片选取。就可以选取价格便宜。
性价比是一种性能与价格之间比例关系，此概念是用来权衡商品在客观可买性上所做量化。对移动电源来说，其作用是给移动电子设备提供续航能力，对同一种被充电设备，在价格相等条件下，移动电源可以提供续航时间越长，则该款移动电源性价比越高。续航时间重要是由容量决定，因而咱们用每安时平均价格作为权衡移动电源性价比原则。
一款移动电源性能是根据其在额定输出（电压和电流）时可以提供输出容量来决定。这里咱们说是“输出容量”，注意不是标称容量，这是由于移动电源内锂离子电池如果正常工作需要输出电能，但锂电池电压是3.7V，而从移动电源输出时却需要5V电压，因而，在移动电源内部就需要一种升压过程，即从3.7V升到5V，这一过程必然通过电路上电子元器件消耗掉一某些能量，又加之锂电池自身保护系统和稳压系统也都消耗能量，这些能量最后以热能形式挥霍掉了。到最后，实际从移动电源接口输出电量并不是锂电池容量，两者比值就是移动电源转换效率。转换效率越高，消耗电量越小，能输出电量越大，移动电源外壳温度越接近环境温度。反之，转 换效率越低，消耗电量越大，能输出电量越小，移动电源外壳温度就升得越高。

七、 课设体会及合理化建议

本次课设运用数电和模电知识来解决现实生活中手机移动电源问题，通过1个星期努力终于做出了完整手机充电系统。通过本次课程设计，使我更加夯实掌握了关于数电和模电方面知识以及如何去提高电路性能。在设计中虽然遇到了一系列问题，但通过一次又一次思考和检查，终于找到问题所在，也暴露了我在这方面知识欠缺和经验局限性，我发现自己在专业只是上面还是有漏洞，并且此前学习只停留在表面和课本上，这次课设给了我新学习机会。
没有做课设前觉得课程设计只是对所学知识单纯总结，但通过这次课设我发现这不但是对知识检查，更重要是提高了自己独立思考、动手操作能力。我学会了诸多学习办法，有什么不懂不明白地方要及时请教或上网查询，这是日后最实用，真是受益匪浅。
课设已经接近尾声，回忆起来感触颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说是苦多于甜。我课设课题的确有点难，我自己很难独立完毕，在这次实践中我也向其她同窗学习了诸多，深刻结识到了自己平时不注意锻炼动手能力，对专业知识也学习不够，在遇到某些问题时候不懂得从哪里下手。同步我懂得了一种道理，就是理论与实际相结合是很重要，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践过程中却浮现了诸多意想不到困惑，我才结识到只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才干真正弄明白。这也激发了我此后努力学习兴趣和动力，产生积极影响。通过这次设计，我学会了坚持、耐心和认真，这将为自己后来学习和生活打下基本。

参照文献
[1] 童诗白，华成英主编.模仿电子技术基本[M].北京：高等教诲出版社，。
[2] 阎石主编. 数字电子技术. [M]北京：高等教诲出版社，
[3] 陈振官等编著. 新颖高效声光报警器. [M]北京：国防工业出版社，
[4] 百度文库

附录I 总电路图

图17 手机移动电源控制电路总电路图

附录II 元器件清单

表1 手机移动电源控制电路总元器件清单

序号
编号
名称
型号
数量
1
LED
发光二极管
LED_ir
6个
2
U7~10
伏特计
XTY5115153
4个
3
R3、R4、R5
电阻
1K
3个
4
R6
电阻
15K
1个
5
R1
电阻
2.2K
1个
6
U1A、U2B、U3C、U4D
四运算放大器
LM324AJ
4个
7
V1
电源
4.2V
1个
8
U5
稳压器
TL431CP
1个
9
Q4
三极管
2N5401
1个
10
T1
变压器
10:25
1个
11
R18、R17
电阻
5Ω
2个
12
Q5
三极管
BD137
1个
13
Q6
三极管
BD138
1个
14
R16
电阻
4.7Ω
1个
15
R19
电阻
50Ω
1个
16
U14
稳压器
TL431ACD
1个
17
R20
电位器
20K
1个
18
R23
电阻
200Ω
1个
19
XMM1、XMM4
万用表
V/A
2个
20
V4
电源
3.1V
1个
21
GEN
数字地
0V
1个