电源电压检测电路设计Word格式文档下载.docx
- 文档编号:17064760
- 上传时间:2022-11-28
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:419.94KB
电源电压检测电路设计Word格式文档下载.docx
《电源电压检测电路设计Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电源电压检测电路设计Word格式文档下载.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
摘要:
随着锂电池可充电技术的成熟,该技术目前已经得到广泛的应用,相对于一次性充电电池,可充电电池具有循环利用、高效节能、环保等特点。
可充电电池在经过放电后,会出现电池电压过低现象,如果不能及时的告诉工作人员,常常会造成一些不必要的损失。
利用电池放电电量降低电压随着降低的原理,在电池电量降到正常工作的底线时,以此对应
的输出电压值为临界点,或者稍微提高一点,当电池电压低于这个值后,利用电路通过蜂鸣器报警,以此来提醒工作人员进行充电或者更换电池。
此方式运用于工作人员必须在场的情
形下,因此有一定的局限性。
另一方面,在当今无线遥控、无线传输也日益普遍的情况下,让电池低电量报警器与无线遥控相结合,在一定的范围内,工作人员可以收到报警,从而及
时的更换电池或者进行充电,给工作人员带来了极大的方便。
关键词:
多功能计时器;
电池低电量报警;
无线遥控
引言
随着科技的不断发展,电池容量设计的增大,对于电源电压实时监控的需求愈发强烈,目前国内很多厂家都相继推出了各种电源监控系统,如华为公司的电
池动力及环境监控系统,以及ERICSSOM公司的电源监控子系统等,都已经具备非常高的水平以及实用价值。
锂电池供电日益增加的状况下,当电量不足时,必须及时告知工作人员,以便做出相应的应急处理;
另一方面,无线遥控功能也
日益普遍,为了达到控制界面的简约化,如何将两种功能状态通过单一的指示灯来表征,则需要进行一番应用研究。
1多功能计时器简介与电路设计目标
1.1多功能计时器简介
多功能计时器是一种用来精确计时的电子装置,它的主要功能有时间显示、倒计时、定时报警等,通常是由一个主控芯片对电路进行调控,如单片机等,采用晶体振荡器来提供一个时钟信号,通过主控芯片的控制在多位数码管上进行时间显示,有的还具有遥控、语音等功能。
由于现代科技的发展,各种芯片价格便宜且性能稳定,因此得到了广泛的使用。
本次设计的目标是为实验室的多功能计时器提供电源电压检测,计时器属于
精密电子仪器,电源的稳定与否关系到计时器的走时与显示等,因此不能大意。
另外由于美观、减小体积等因素,将整个模块与计时器模块、无线遥控模块整合到了一起,使得整个电路简洁,方便。
多功能计时器显示面如图1.1所示:
图1.1实验室多功能计时器显示面
计时器电源采用了一块12伏锂电池进行供电,最低工作电压为10.5V,将此电压值设为最低值,在此基础上将电压调高一点,将之设定为11.3V,为警戒值。
计时器外部由时间对位调整、储存、复位、开始以及三种模式选择键、电源开关共11位构成,前后均有4个LED数码管进行同步显示。
两种工作模式分秒/时分模式、正/倒计时显示方式。
多功能计时器操作面如图1.2所示:
图1.2实验室多功能计时器操作面
计时器内部主要是由时钟电路、计时电路、控制电路和显示电路等几部分组成,其中时钟电路为计时器提供基本的时钟信号,而计时电路则完成相应的计时功能,整个计时电路由分十位计数器、分个位计时器、秒十位计数器、秒个位计
数器构成。
控制电路由复位电路、启动电路组成,计时结果由数码管进行显示。
1.2电路设计目标
计时器电路板上有一个指示灯,计时器正常工作电压为12V左右,在锂电池电压高于11.3V的时候指示灯为绿灯,低于11.3V时指示灯变为红色表示电池电量不足,需要更换电池。
当电压小于10.5V后,电路断开电池不再为计时器供电,以此保护计时器不受损坏。
315M无线遥控器遥控复位过程中信号指示灯为红色,随后显示绿灯表示计时器电源电量充足放心使用,当电压低于11.3V后,指示灯变为红色,提醒工作
人员更换电池。
整个电路简洁明了,方便使用。
2315M无线遥控系统概况2.1无线发射组件特性
无线遥控技术在日常生产生活中已经得到了广泛应用,例如车辆防盗系统、家庭防盗系统以及其他电器遥控装置上。
多功能计时器上的遥控电路由无线发射模块和接收模块组成。
根据功能实现无线发射模块可以分为1键、2键、4键三种发射器,其主要原理都是一样的,只是发射方波的宽度不同或者调制高频载波的频率不同,导致
已调制波不同。
1键无线发射器只有一种已调制波,2键的2种……以此类推。
以下是不同的无线遥控器。
不同型号的无线遥控器如下图2.1所示:
图2.1不同型号的无线遥控器
发射模块技术参数:
发射距离:
10-50米,受环境影响
工作电压:
12V
调制方式:
ASK
发射功率:
10mW
发射频率:
315Mhz
外接天线:
25cm普通多芯或单芯线
引脚排列从左一右:
(DATA;
VCC;
GND)
针脚定义如表2.2所示:
表2.1发射模块引脚定义
脚位
名称
功能说明
1
ATAD
数据输入端
2
VCC
电源正极
3
GND
电源负极
其典型应用电路如图2.2所示
图2.2典型无线发射模块电路图
当按下按钮后,PT2262与之相连的针脚变成高电平,随之进入触发状态。
F05V为一个超外差模块。
使用时接入+3V的高电平,17脚高电平接入为唤醒状态时可以发出对应的信号。
LED的功能是检测F05V是否供电。
F05V、J05V有休眠功能,低电平休眠,高电平唤醒。
1-8脚为三态地址编码。
每一位地址都可以有悬空、接地和高电平三种状态。
不需要时可以把它们全部悬空。
2262和2272的地址编码一致。
2.2无限接收组件特性
接收电路从工作方式分,可以分成超外差接收方式和超再生接收方式。
超再生式接收方式具有电路简单、性能适中、成本低廉的优点所以在实际应用中被广泛采用。
超再生接收模块采用LC振荡电路,输出的数据信号为TTL电平,可直接至解码器或者与单片机配合,灵活方便并且价格低廉,所以被广泛使用。
接收模
块技术参数如下:
5V
静态电流:
4mA
接收频率:
315Mhz接收灵敏度:
—105DB外接天线:
32CM单芯线
脚位及使用说明见下表2.3
接收模块一共有四个外部接口,上面有英文表示。
“VCC表示接电源正极,
DATA表示输出,“GND表示接电源负极。
使用前要接上50欧姆1/4波长的天线,并且天线应该是直的,以达到最佳的接收效果,波长=光速/频率,其典型应用电路如图2.3所示:
图2.3典型无线接收模块电路图
如上图,当超外差接收模块J05V为工作状态时。
当PT2262的10-13脚为高电平或接地时,PT2272M4的10-13脚就会有对应的输出,随之与之相连的LED就会发光、熄灭。
它们的作用都是来检测对应针脚的电平高低状态,并将之显示出来。
3电压检测与遥控指示电路设计3.1锂电池放电特性分析
下图是3.7V锂电池常温下放电时电压随时间变化
图3.11300mah锂聚合物电池在常温下放电的特性曲线
图3.1为1300mah容量锂电池在常温下不同倍率放电的特性曲线。
横坐标表
示时间,单位为分(min);
纵坐标表示电压(V),在0-4分的时间内,电量全部耗光,从上图可以看到,当锂电池电压在3.9V-3.3V放电过程中电压较为平稳。
当放电电压低于3.3V后,电压急剧降低。
当锂电池电压低于2.5V后,继续放电电池随之损坏。
普通干电池放电过程中电压是慢慢降低的,同普通干电池相比,锂电池在大电流放电情况下是非常容易产生损坏,所以当电压小于3V左右时必
须停止放电。
由于不可能观察到电压的实时情况,或者不可能为电池安装一个实时仪表进行监控,所以电压检测电路非常有必要。
3.2运放LM393用于稳压电路分析
电流互感器一般的作用是检测和测量电器设备的运行情况,在本电路中同样
如此,LM393的2、3脚也就是正反端分别接R2的两端,8脚接入15V电压,4
脚接地。
1脚通过一个74系列的比较器输出一个控制脉冲。
LM393是一个2电压比较器。
它的实际应用很广泛,如构成基本比较器电路、驱动CMOS电路、
驱动TTL电路、低频运算放大器等。
由他所构成的电压检测原理图如图3.2所示:
图3.2电压检测电路原理图
10.5V-15V,当电压大于15V时,D1处于导通状态,LM393比较器反向输入端
电压大于正向输入端电压,比较器输出高电平,逆变器关闭。
当电压小于10.5V
时,比较器同样输出高电平,3525的PWN输出关闭,由于LM393的0脚和3
脚接入一个正反馈电阻R5,电路具有回差。
当电压又恢复到12.2V,比较器会
反转,逆变器重新启动,具体电路如图3.3所示:
图3.3逆变器电压检测电路图
上述电路的不足之处在于进入低压保护状态后的电源电压恢复到12.2V后,
电路重新开始启动,逆变器工作不了多长时间随之又进入欠压保护状态,然后电
源电压又恢复到12.2V...容易对逆变器造成损害。
改进措施:
可以调整电阻R5的值来调整恢复启动时的电池电压值,把这个值设置大点,应该可避免打嗝式保护。
调小R5值,恢复启动电压变大。
或者加入一个可控硅,让电路进入保护状态后能自锁,以免出现上述状况,如图3.4所示:
图3.4改进后的电压检测电路图
3.3TL431精密可调并联稳压器的特性分析
TL431在本设计中的作用为精密并联稳压器,它也叫三端可编程基准电压源。
有些时候可以把它代替稳压二极管。
它的作用在于输出电压用两个电阻就可实现2.5V-36V的电压转变。
三个针脚分别为参考端、阳极和阴极,其原理框图如图3.5所示:
图3.5TL431原理框图
当运放的同相端Referenee电压大于基准电压Vref时,输出端有电流输出,
极管
设计
tr起到
■—
1•个放大的作用。
It
■L*
且通过一个亍.NPN
3.4
V7
图3.6电压检测电路
其中LED为一个双色灯,LM393为比较器,QS为TL431精密稳压器,U5为非门SN7405。
计时器电池接入,整个电路起到一个稳压的作用。
3.5电压检测与遥控指示电路设计
电压检测与遥控指示电路设计如图3.7所示。
图3.7电压检测与遥控指示电路设计
当信号输入后,有遥控信号产生时,LM393反相端电位低于同相端,输出高电平,经非门U5A给LED的1脚一个低电平,此时红灯点亮。
LM393反相端电位高于同相端电压,输出低电平,经非门U5A后给LED的3脚一个低电平,此时绿灯亮。
4实验结果及分析4.1实验结果
电源电压检测模块成品展示:
图4.1电源电压检测电路
整个电源电压保护电路最终实现了10.5V欠压停止电源输出的功能。
并且当
电压小于11.3V后,指示灯变红相应的信号提示。
4.2不足之处
整个遥控信号的有效距离只有9-10米,使用信号倍增器后,有效距离能够
达到18-20米,信号容易受到环境的干扰,有效距离会降低。
总结
本设计通过研究逆变器欠压过压保护电路,以及对精密可调并联稳压器TL431、运放LM393的分析,结合315M无线遥控系统,设计出一套专门给实验室多功能计时器电源供电的稳压保护电路。
本设计电路简单,能够在电源电压低
于一定值后有效地停止供电,从而保护锂电池和整个计时器不受损坏。
通过对本论文的设计与分析,让我对模拟电子技术这门课程的理解更加深刻,同时也对EWB、Protel99SE等软件的应用更加熟练,尽管在试验设计和参与成品制作中出现了各种困难和错误,但是在张老师的指导更正和查找资料下得以不断的改正与完善,最终完成本论文及试验设计。
在此由衷的感谢张老师。
参考文献
[1]吴赞•串联电池组电压检测电路的精度研究[J].仪器仪表学报,2008:
8-15.
[2]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2004:
146-179.
[3]蒋新华.电压检测电路对锂离子电池组的影响J].电池,2005:
4-26.
[4]蒋新华.串联电池组电压测量的新方法J].仪器仪表学报,2007:
4-7.
⑸林成涛.用改进的安时计量法估计电动汽车动力电池J].电池,2006:
2-5.
⑹黄海江.锂离子电池安全性研究及影响因素分析J].电池,2005.
[7]李熠.新型电动汽车动力电池SOC估计方法研究J].电力电子技术,2009.
[8]徐小杰.通信电源集中监控系统发展浅析J].电源世界,2006:
13-15.
[9]文灵.用EPROM设计时间器[J].技术物理教学,2010:
46-47.
[10]王慧泉.无线遥控电路的原理与应用[J].实验室科学,2007:
66-68.
[11]郭艾华.用于电机驱动芯片的高压电荷泵电路设计J].电子器件,2014.
Multifunctiontimervoltagedetectionand
remoteindicationcircuitdesign
DepartmentofElectronics1101NameLiuRongfeiTutorZhangZhike
Abstract:
Withthedevelopmentofscieneeandtechnology,lithiumbatteriesandotherrechargeablebatterytechnologymature,thistechnologyhasbeenwidelyused,relativetotheone-timerechargeablebatteries,rechargeablebatterieshaverepeatedlyrecycling,highefficiencyandenergysaving,environmentalprotection,etc.Butrechargeablebatteriesinthecycleofrepeatedchargeanddischargeprocess,canappeartheshortcomings,suchascelllossduetonottimelytellstaff,oftencausesomeunnecessaryloss.Usingthebatterydischargecapacitytoreducethevoltageastheprincipleofreducing,atthebottomofbatterytoworkproperly,sothecorrespondingoutputvoltagevalueofcriticalpoint,oralittlebitimprove,whenthebatteryvoltageislowerthanthisvalueafterusingcircuitthroughthebuzzeralarm,toremindtheworkertochargeorchangebatteries.Thewayusedinstaffmustbepresentsituationtocarryontheprompt,thustherearesomelimitations.Intoday'
swirelessremotecontrol,wirelesstransmission,ontheotherhand,arealsoincreasinglycommonsituation,letthebatterylowbatteryalarmsystemcombinedwithwirelessremotecontrol,inacertainrange,thestaffcanreceivealarm,soastotimelyreplacementbatteryorcharge,tothestaffhasbroughtgreatconvenience.Keywords:
Multifunctiontimer;
lowbatterypoweralarm;
wirelessremotecontrol;
致谢
在这次的毕业论文中,发挥了我在学校所学到的文化知识和软件技能的应用,本论文在写作过程中,感谢张老师对我的指导,张老师渊博的专业知识教会了我很多。
从论文的开题到最终的完成,张老师给予我耐心的指导和支持。
在张老师身上我看到了认真的教学态度和严谨的科研精神,让我在以后的学习生活中
更加的细致、认真。
最后感谢学校给我们提供这次宝贵的机会以及老师同学的诸多帮助,让我在学习中成长,锻炼,不断进步。
以后的学习工作中,我一定会勤奋好学,更上一层楼!
附录
Protel99SE总体设计电路图如下:
1-
■1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电源 电压 检测 电路设计