一种新型手机自动断电充电器的设计

        随着社会的不断发展，生活水平的不断提高，工作强度不断增大，手机作为一种便携式移动通讯设备越来越成为人们日常生活的必需品。随着手机的大范围推广，与之而来的相关耗材消费品也会随之攀升。充电器（电源适配器）作为供给手机电池电能的必备品，其使用量不亚于手机。如何降低充电器空载状态和充满状态下的电耗必将成为整个社会所必须面临的问题。
大部分手机用户在给手机充完电后，为图省事，都不拔插出插销，以便下一次充电。这既耗电浪费，又造成巨大的安全隐患。根据最近诺基亚的调查数据可知，手机在空载模式下（充电器插接在墙壁插座，但并未与手机连接）所消耗的电能占到其电能使用总量的 60% 以上，也就是说手机耗电的 3/4 以上都是由于手机充满电以后，用户不拔充电器插销造成的，目前中国有六亿多手机用户，这是一种极大地浪费。据初步统计，手机充电后不拔插销，每年将额外耗电逾 20 亿度，相当于葛洲坝水电站发电量的4%。
为此，笔者设计了一款能够在手机充电器空载和电池充满的情况下自动断电以达到原线圈零电耗目的的充电器，实现节约资源，从身边做起。
1 方案设计及硬件组成
1.1 方案设计
较现有断电充电器而言，本产品的优点在于不仅能够在充满电的情况下自动断电，而且在人为拔掉手机的时候也能自动断电，实现自动断电。图 1 为内部电路图。
工作原理：将充电器与手机、插座连接后，电压通过电阻调整，以一较小值进入电压比较器，输出一个额定值，是手机正常充电。当手机充满电时，有一个大于另一端电压进入电压比较器，输出 0V，此时继电器吸和衔铁，使电路断开，实现自动断电。


图1 内部电路图

1.2 硬件组成
1.2.1 继电器
使用微型继电器实现电路通断控制。当未充满电时，上方衔铁吸合，手机正常充电；当充电器充满电时,上方衔铁断开，使电路瞬间断开，实现自动断电。


       
1.2.2 电压比较器
使用比较电压比较器实现所需电压输出。电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。 电压比较器的功能 ：比较两个电压的大小 ( 用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系) ：
当“+”输入端电压高于“－”输入端时，电压比较器输出为高电平；
当“+”输入端电压低于“－”输入端时，电压比较器输出为低电平。
电压比较器一端连接输入电压点，另一端接地。预先设定一个基准电压 0.2V，当输入电压不足0.2V时，经过电压比较器一端电压 u1 ＜ 0.2V, 输出一个合适的电压,使电路正常工作充电.当充电完成后，通过比较器的电压＞ 0.2V，比较器输出电压为 0V，继电器衔铁断开，使电路瞬间断开，实现自动断电。
1.2.3 二极管
电路多次运用到了二极管防止电流回流，而其各自的功能也不相同。
（1）采用1N4007 型号二极管。
作用 ：1. 当手机充满电后，利用二极管单向导通的性能，防止电流逆流。（2）当手机电池正负极反接时，可以保护电池，延长使用寿命。
采用 IN4148，是一种小型高速开关二极管，开关比较迅速，广泛用于信号频率较高的电路进行单向导通隔离，通讯、电脑板、电视机电路及工业控制电路中常用。
1.2.4电容
使用 22u/10V 电容控制继电器动作的稳定。电容可以在给定电位差下的电荷储藏量，当手机未充满时，电容贮存电荷；当电池将要充满时，电容放出电荷，是电路电流稳定，继电器不会因电流不稳定而使衔铁上下摆动，利于实现自动断电。
1.2.5 电阻（R9/10K）
此处使用 10 千欧的电阻与比较器并联，防止继电器因电流不稳定而使衔铁上下摆动，有利于实现自动断电。
1.2.6复位开关
为了减少用户的麻烦，选用复位开关（SW-PB），以实现自动回复。其原理如下所述：按下开关一瞬间，使电路瞬间导通，当放开开关时，开关与电路断开，达到电路瞬时接通，使之正常工作。
2 使用说明
（1）请总是在电源适配器周围留出空间，不要在空气流通不畅的地方使用电源适配器。
（2）连接或中断电源适配器时，请总是抓住电源适配器的两侧，请勿让手指碰到插头的金属部分。
（3）在将 USB 电缆连接至电源适配器之前，确保电源适配器的 USB 端口中没有异物。
（4）电源适配器是高压器件，无论什么原因都不应该拆开它，即使在电源已关闭时也不可以。
3 应用对象
本设计操作方法简单，适用于各类人群。只需要在充电前按动一下开关，无需其他任何琐碎操作，就可以实现自动断电功能。而且，由于它在空载和电量饱和的时候都能实现自动断电，为广大用户在提供方便的同时，更节约了电能，节省了经济开支。