馮琪琪，雷兵，李雪松

（山東華宇工學(xué)院 信息工程學(xué)院，山東 德州 253034）

0 引 言

充電頭在生活中是最常見(jiàn)的一種工具，但涉及觸電的工具，都存在這安全隱患，國(guó)內(nèi)外有設(shè)計(jì)出將充電器通過(guò)杠桿原理，使其便捷地拔出，能夠有效降低安全隱患。充電器的市場(chǎng)面向也是十分廣的，為了滿足廣大消費(fèi)者需求，一些生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)對(duì)手機(jī)充電頭進(jìn)行批量化規(guī)模生產(chǎn)，通過(guò)分析市場(chǎng)的需求以及進(jìn)出口數(shù)量研判行業(yè)的總體需求狀況，避免總生產(chǎn)過(guò)剩，定期的分析市場(chǎng)現(xiàn)狀，調(diào)查客戶使用手機(jī)充電頭的情況，進(jìn)行充電頭的創(chuàng)新，是現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)的一個(gè)核心理念。以當(dāng)下市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)為關(guān)鍵因素進(jìn)行一些數(shù)據(jù)分析，其中包含有手機(jī)充電器行業(yè)的有關(guān)競(jìng)爭(zhēng)企業(yè)數(shù)目、從事相應(yīng)行業(yè)人數(shù)、工業(yè)總的生產(chǎn)值、充電器銷售量、出口的數(shù)目值、生產(chǎn)充電頭的數(shù)量、營(yíng)銷充電頭時(shí)的收入額、銷售的利潤(rùn)額、生產(chǎn)前資金與負(fù)債的基本情況、生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)周期的數(shù)據(jù)等多方面數(shù)據(jù)綜合分析。

近年來(lái)，得益于智能終端設(shè)備需求急劇上升，作為標(biāo)準(zhǔn)手機(jī)配件的充電器設(shè)備行業(yè)也迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)，市場(chǎng)規(guī)模保持快速增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2022年全球有線充電器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到114.31 億美元，但是在拔充電器是存在的安全隱患數(shù)目也是十分巨大，從根拔起，力度把握不準(zhǔn)使，容易使得金屬片晃動(dòng)，操作過(guò)程中手指也極易接觸到導(dǎo)電金屬片，存在安全隱患。

手機(jī)充電的原理是當(dāng)手機(jī)電量耗盡時(shí)，手機(jī)顯示需要去充電，利用充電頭這一小裝置，將220 V 的電壓通過(guò)充電數(shù)據(jù)線傳輸?shù)绞謾C(jī)電池中，其過(guò)程是轉(zhuǎn)換為較小的恒定電流對(duì)手機(jī)中的電池進(jìn)行充電，現(xiàn)在充電技術(shù)發(fā)展的迅速，最快的已經(jīng)達(dá)到上百瓦，充電由幾個(gè)小時(shí)縮短為幾分鐘即可完成。在持續(xù)充電了一段時(shí)間，充電器利用內(nèi)部恒流結(jié)構(gòu)更大的提高電流的恒定，使充電更加的穩(wěn)定，然后逐漸地提高電壓，快速充電，手機(jī)內(nèi)部電池也需要適應(yīng)電流的變化，否則會(huì)發(fā)生爆炸。在充電到八成的時(shí)候，會(huì)使電流降低，減小對(duì)電池的損害。在這個(gè)充電的過(guò)程結(jié)束后，當(dāng)我們用較濕的手去雙手拔插頭時(shí)，容易使人與插排產(chǎn)生閉合回路，從而造成觸電的危害。

本產(chǎn)品是一種易拔充電器，通過(guò)同類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、控制方式和加工技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)其性能的提升，使其滿足使用要求，適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展要求。我們都熟知拔電源插頭去切斷電源而不能總是依靠拔電源線來(lái)切斷電源，但是許多人還是難以改變這個(gè)習(xí)慣。懶惰的問(wèn)題不去講，確實(shí)不方便以及不省力的設(shè)計(jì)更是很重要的因素，特別是那些質(zhì)量差的插座讓人非常頭大。

1 方案的設(shè)計(jì)及硬件組成

1.1 方案的設(shè)計(jì)

在切斷電源時(shí)可以快速地且很容易拔出充電插頭，使用者觸電的風(fēng)險(xiǎn)大大降低，借助拔下插頭的過(guò)程中利用內(nèi)部存在的彈簧裝置，使得給充電器提供向外的彈力，最后的效果是使充電頭在拔下的過(guò)程更加輕快便捷。充電頭內(nèi)部需要設(shè)有彈簧裝置來(lái)提供力，充電頭外殼側(cè)面安裝有彈簧裝置啟動(dòng)按鈕，當(dāng)按壓?jiǎn)?dòng)按鈕時(shí)，會(huì)使插入插口的充電器更容易的彈出，便于使用者去拔出，側(cè)重于對(duì)內(nèi)部彈力裝置的測(cè)試，需要多次測(cè)試，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整，最終選擇出一個(gè)合適的力度，安裝在充電頭內(nèi)部，進(jìn)行多次的數(shù)據(jù)測(cè)量統(tǒng)計(jì)，選擇最為合適的彈力作為易拔充電頭的動(dòng)力裝置。結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 結(jié)構(gòu)圖

1.2 硬件組成

1.2.1 外殼

多數(shù)采用塑料材質(zhì)等絕緣材料作為充電頭的外殼，能夠起到絕緣，保護(hù)內(nèi)部元器件的作用。

1.2.2 充電器的輸入端口、輸出端口

輸入端口可采用兩端口的金屬導(dǎo)電片，輸出端口選用USB 接口即可，為線路提供電源的輸入作用。充電器的輸出是與手機(jī)電池電極連接同一端口，若電池內(nèi)部存在故障，那么連接外部電源成功，也可能無(wú)法正常充電。在準(zhǔn)備使用充電頭充電之前，此時(shí)需要充電到一定穩(wěn)定的電壓數(shù)值。因此，如果產(chǎn)品的電電量不足或有其他問(wèn)題存在，最后造成使用者可能會(huì)在插入相應(yīng)的適配器時(shí)誤認(rèn)為其他系統(tǒng)原因所致，并且由于無(wú)法充電而沒(méi)有任何現(xiàn)象發(fā)生。如果用戶使用的手機(jī)電池確實(shí)存在一定的問(wèn)題，則充電時(shí)可能永遠(yuǎn)無(wú)法輸出正常穩(wěn)定的電源電壓，進(jìn)而減小手機(jī)使用的壽命。對(duì)于在使用較為穩(wěn)定的輸入端口產(chǎn)品與輸出端口的產(chǎn)品時(shí)，可能需要不同的位置安裝來(lái)測(cè)試輸出的具體穩(wěn)定情況。

1.2.3 柔性的線路板

柔性的線路板材料采用的是由柔性絕緣基材料成的印刷電路，柔性電路能夠提供優(yōu)良的電性能，能夠滿足小型和高密度安裝的設(shè)計(jì)需要，也有助于減少組裝的工序和增強(qiáng)性能的可靠性。通過(guò)采用柔性電路板是能夠滿足電子產(chǎn)品變得更加精密。可以自由的改變與對(duì)折，能夠承受在使用數(shù)百萬(wàn)次的動(dòng)態(tài)彎曲情況下而不損壞導(dǎo)線的外部結(jié)構(gòu)，從實(shí)現(xiàn)將元器件的裝配和導(dǎo)線連接過(guò)程，在當(dāng)前的環(huán)境下采用柔性的電路板可以在一定的程度上降低充電頭內(nèi)部質(zhì)量與固定器件更加靈活。

1.2.4 電子元器件

包括電容、電阻、高頻變壓器、高頻振蕩、三極管、開(kāi)關(guān)管等多種微小元器件。

其中，彈簧器件選擇適宜彈簧彈性示數(shù)的器件，通過(guò)后期模型制作，將彈簧觸發(fā)卡扣按鈕與彈簧器件產(chǎn)生聯(lián)系，通過(guò)按動(dòng)觸發(fā)按鈕，使得彈簧器件啟動(dòng)，進(jìn)而對(duì)充電頭產(chǎn)生一個(gè)向外的推力，最終使得拔充電頭的過(guò)程變得相對(duì)輕松便捷。彈簧位置設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 彈簧位置設(shè)計(jì)圖

2 充電頭內(nèi)部電路工作原理

當(dāng)前所有手機(jī)的充電器其實(shí)都是由一個(gè)穩(wěn)定電源（主要是穩(wěn)壓電源，為了提供穩(wěn)定工作電壓和足夠電流）加上必要的限定電壓電流等控制電路的組成。內(nèi)部電路原理如圖3 所示。

圖3 內(nèi)部電路原理圖

充電器內(nèi)部電路工作原理：首先提供了220 V 電壓，經(jīng)過(guò)D1-D4組成的整流橋變換至300 V左右的直流電電壓源，然后經(jīng)過(guò)濾波電容進(jìn)行濾波和三極管組成的高頻振蕩電路，將直流電轉(zhuǎn)化為高頻交流電，通過(guò)T1 變壓器進(jìn)行降壓，再經(jīng)過(guò)D8 組成高頻整流電路后變成低壓直流電來(lái)達(dá)到給手機(jī)供電的效果。

3 器件的安裝及調(diào)試

器件的安裝與調(diào)試，是整個(gè)充電頭生產(chǎn)制造的過(guò)程最為核心的一個(gè)過(guò)程，它的結(jié)構(gòu)質(zhì)量也是間接的影響設(shè)備使用的壽命。在易拔充電頭內(nèi)部電路調(diào)試過(guò)程之前，要了解每一個(gè)元器件的性能及其參數(shù)指標(biāo)，為了后期方便查找問(wèn)題及檢測(cè)，各個(gè)元器件要留有足夠長(zhǎng)的管腳，然后記錄不同電壓環(huán)境下輸出電流的變化情況，以及發(fā)熱會(huì)產(chǎn)生多大的溫度都需要有所考慮。該易拔充電頭的輸入輸出電壓特性的檢查與調(diào)試，以及邏輯控制信號(hào)的檢查等。通過(guò)以上調(diào)試介紹能夠總結(jié)出以下內(nèi)容，易拔充電頭電子電路設(shè)計(jì)前需要制定具體的安裝與設(shè)計(jì)，并需要按照計(jì)劃進(jìn)行調(diào)試，避免一些不必要的過(guò)程。在易拔充電頭的整體調(diào)試方法主要包含有以下三個(gè)方面的調(diào)試：易拔充電頭電路設(shè)計(jì)檢測(cè)、里面線路與外部密封性檢測(cè)、彈簧動(dòng)力裝置位置安裝以及調(diào)試。

將充電頭內(nèi)部彈簧控制裝置安裝好后，易拔的效果就已經(jīng)顯示出了一部分，然后進(jìn)行充電頭的外觀設(shè)計(jì)，檢查充電頭的外表，是否影響內(nèi)部結(jié)構(gòu)正常工作，部件間位置是否合理，避免擁擠造成里面線路短路，產(chǎn)生不必要的危害，并對(duì)各個(gè)元器件接線與可以過(guò)電的部位是否達(dá)到符合正常的接線標(biāo)準(zhǔn)要求，來(lái)降低所不必要發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)情況。

在器件絕密性檢測(cè)過(guò)程，主要是檢查測(cè)充電頭內(nèi)部器件與充電頭外面間的空隙，會(huì)不會(huì)受潮濕氣體等一些自然因素影響，然后導(dǎo)致電路內(nèi)部的器件受潮不能正常工作。當(dāng)元器件受潮濕環(huán)境影響，造成元器件原先的性能發(fā)生一些變化，從而造成易拔元器件漏電或者發(fā)生短路事故，從而對(duì)人造成觸電的風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了避免不必要的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，在設(shè)計(jì)需要注意檢查各個(gè)部位是否完好，是否滿足正常運(yùn)行的條件，降低一定程度上的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)充電頭內(nèi)部的調(diào)試。通過(guò)進(jìn)行調(diào)試過(guò)程在不加任何輸入信號(hào)的前提下，只加一個(gè)電壓小信號(hào)給充電頭內(nèi)部進(jìn)行電流測(cè)試，進(jìn)行理論實(shí)際的測(cè)試對(duì)比，對(duì)電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行判斷分析，及時(shí)調(diào)整存在的問(wèn)題，使易拔充電頭內(nèi)部電路的工作狀態(tài)達(dá)到預(yù)期狀況。

在進(jìn)行充電頭實(shí)物調(diào)試過(guò)程中，正確的使用測(cè)試儀器的接地端，使得一個(gè)端口與地線相接，另一個(gè)與放大器進(jìn)行串聯(lián)，測(cè)試放大器工作狀態(tài)下實(shí)際的誤差值，是否導(dǎo)致輸出的電流與電壓不具有穩(wěn)定的特性。與此同時(shí)，將測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行手寫記錄，記錄的有各個(gè)元器件的測(cè)試值。通過(guò)以上調(diào)試，能夠在很大的程度上降低誤差，避免一些試驗(yàn)的偶然性，使得到的數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。

4 使用說(shuō)明

主要是通過(guò)內(nèi)部彈力裝置的設(shè)置，按下按鍵卡扣，在彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)的過(guò)程中，產(chǎn)生向外的彈力，推出電源插口，使我們能夠單手從插排上取下充電頭。使用流程如圖4所示。

圖4 流程圖

在拔充電插頭過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)單手操作，為了防止觸電，在拔下過(guò)程中，通過(guò)觸動(dòng)彈簧啟動(dòng)按鈕，利用彈簧裝置，通過(guò)給充電器提供彈力使拔下的過(guò)程更加輕易便捷，充電頭內(nèi)部有彈簧裝置的目的就是為了提供反向的受力，減小拔出時(shí)的受力。因此設(shè)計(jì)時(shí)候需要在表面安裝有彈簧裝置啟動(dòng)按鈕，當(dāng)按壓?jiǎn)?dòng)按鈕時(shí)，會(huì)使插入插口的充電器彈出，達(dá)到便于拔出的效果。

5 結(jié) 論

在調(diào)試階段，需要我們不斷地測(cè)試與插排彈力所提供的動(dòng)力，使其達(dá)到一個(gè)最良好的彈力狀態(tài)，其次，在調(diào)試的過(guò)程中在不斷地更新機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)最大程度減少內(nèi)部彈簧周邊的摩擦和碰撞，需要避免在內(nèi)部線路摩擦所造成的損壞。

在接下來(lái)實(shí)物制造階段，該充電設(shè)備運(yùn)用了一種新型的操作技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)最終的易拔效果。該技術(shù)方法運(yùn)用于現(xiàn)在的充電設(shè)備內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)充電頭和電源插排更容易分離。達(dá)到具有較高的使用安全性能，該易拔充電頭使用起來(lái)較靈活等一些使用方面的電子技術(shù)的創(chuàng)新特點(diǎn)，最終將易拔充電頭具有更好的性能優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)。目前社會(huì)是變化飛快，在當(dāng)下信息科技卓越的發(fā)展下，易拔充電頭設(shè)計(jì)研究顯示出了較為廣闊的發(fā)展可能。

目前充電的技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始在各領(lǐng)域中探索運(yùn)用。由于充電頭因拔下的方法不當(dāng)，對(duì)充電器的損壞也就越大，同時(shí)也存有潛在的觸電安全隱患。要實(shí)現(xiàn)易拔這一特點(diǎn)，內(nèi)部存在很多方法去改進(jìn)。所以，要實(shí)現(xiàn)易拔充電器的特點(diǎn)，內(nèi)部的彈簧動(dòng)力裝置就是一個(gè)極為重要的關(guān)鍵點(diǎn)，是易拔充電頭現(xiàn)在設(shè)計(jì)的第一個(gè)核心的問(wèn)題。還有就是要解決的問(wèn)題是建立一個(gè)統(tǒng)一的易拔充電頭生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，將不同尺寸的充電頭與不同的彈簧動(dòng)力裝置產(chǎn)生一定的效果，從而實(shí)現(xiàn)易拔的效果，該問(wèn)題需要進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)操作，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄。

本文重點(diǎn)研究了以彈簧動(dòng)力裝置提供外力為方式為了容易拔出充電頭的技術(shù)原理和基本試驗(yàn)方案及內(nèi)部電子電路的設(shè)計(jì)。并同時(shí)說(shuō)明了易拔充電頭的模型制造原理以及如何實(shí)現(xiàn)充電頭易拔的效果，其中說(shuō)明了測(cè)試過(guò)程中需要注意的各種因素，分析了充電頭的結(jié)構(gòu)模擬圖及內(nèi)部電路圖。本文還給出了易拔充電頭的關(guān)鍵核心部位為彈簧組成的動(dòng)力裝置，包括通過(guò)啟動(dòng)卡扣才可以觸發(fā)，在一定程度上降低了拔充電頭的安全隱患。本文為易拔充電頭項(xiàng)目提供了基本理論和方法，為易拔充電頭的設(shè)計(jì)以及測(cè)試提供了參考和指導(dǎo)。