陕西科技大学课程设计说明书Word文档格式.docx
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电气工程及其自动化
指导教师:
陈景文
2010年12月27日
摘要
锂离子电池是前几年出现的金属锂蓄电池的替代品,它的阳极采用能吸收锂离子的碳极,放电时锂原子变成锂离子,脱离电池阳极,到达锂离子电池阴极。
锂离子在阳极与阴极之间移动,电池本身不发生变化。
这是锂离子与金属锂电池本质的差别。
锂离子电池阳极为石墨,阴极通常为二氧化锂。
充电时,锂原子从石墨晶体内阳极表面电离成锂离子与电子,并在阴极处合成锂原子。
所以,在该电池中锂永远以离子的形态出现,不会以金属锂的形态出现,因而这种电池被称为锂离子电池。
锂离子电池的优点是:
工作电压高,一般每节3.6V;
体积小、重量轻、能量高;
寿命长;
使用时,允许温度范围宽;
无记忆效应,无环境污染等。
本设计中,220V交流电先经过由变压器组成的降压电路降压,二极管整流桥整流后变成直流电,经充电指示二极管和滤波电容对手机电池充电。
随着充电时间的增长,电池两端的电压也升高,当发光二极管熄灭时,表示充电已满。
1选题背景
充电器通常指的是一种将交流电转换为低压直流电的设备。
充电器在各个领域领域中用途广泛,特别是生活领域被广泛用于手机、相机等常见电器。
充电器是采用电力电子半导体器件,将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置。
在以蓄电池为工作电源或备用电源的用电场合,充电器具有广泛的应用前景。
1.1设计任务要求
技术要求:
能够顺利为锂电池充电,有必要的显示、保护功能,充电电压4.2V,充电限制电压4.5V。
工作要求:
独立设计充电器方案,根据本人的方案,购买所需要的元器件和电路板,独立设计并调试正常,要求总投资不得高于20元。
1.2指导思想
锂离子电池的充放电他特性。
对于一般500mA·
h的AA型锂离子电池,单只电池充电电压最好保持在4.1V左右,充电电流通常限制在1C(500mA)以下,否则会造成锂离子电池永久性损坏。
在充电时通常采用恒流-恒压方式,即先采用1C以下的恒定电流充电,电池电压不断上升,当升到4.1V时充电器应立即转入恒压方式(4.1V左右),充电电流逐渐减小,当电池充满时,电流降到涓流充电电流。
用这种方法大约俩个小时可以充足500mA·
h的锂离子电池。
锂离子电池放电电流不应超过3C(1.5A),单体电池电压不应低于2.2V,否则会造成损坏,一般确定放电终止电压为2.5V。
2电路设计
2.1总体方框图
图2-1充电器总体方框图
2.2工作原理
充电器总体结构如上图所示。
220V交流电先经过由变压器组成的降压电路降压,二极管整流桥整流后变成直流电,经充电指示二极管和滤波电容对手机电池充电。
3方案论证
3.1方案论述
方案一:
设计电路图如下所示
图3-1方案一
本方案图中,交流电先经过变压器T1降压,再通过半波整流电路整流变成直流电。
后经C1电容滤波、稳压进行充电,最后LED灯闪烁表示能够正常充电。
仿真结果如下:
图3-2方案一仿真结果
方案二:
图3-3方案二
本方案中,电路分为降压、整流、滤波、稳压四部分。
交流电先经过T1变压器变压,再经过由四个二极管组成的桥式整流电路整流。
变压器T1、二极管D1~D4、电容C1构成了全波整流电容滤波电路。
滤波部分电路用电解电容C1,C3。
C2(数值为0.33
)用于滤除输出端的高频干扰。
U1代表W78系列的集成稳压器,C4起稳压作用。
最后LED灯闪烁表示充电进行。
由于仿真软件内无W78系列元器件,此过程无法仿真。
3.2方案选择
虽然方案一电路过程简单、清晰,仿真软件也容易实现。
但是极容易受外界环境的影响,充电过程不稳定。
方案二中主要元器件是W78系列的集成稳压器。
图3-4W78系列管脚图
目前集成稳压管已经成为集成电路的重要分支,广泛地应用于各种电子设备中。
集成稳压器具有体积小、重量轻、使用方便、温度特性好和可靠性高等一系列优点。
常见的集成稳压器分为多端式和三端式。
三端式集成稳压器外部只有三个引线端子,分别接输入端、输出端和公共接地端,一般不需要外接元件,并且内部有限流保护、过热保护及过压保护。
三端式集成稳压器分为固定输出和可调输出两种。
固定输出又分为正电压输出和负电压输出。
W78系列三端式稳压器输出正电压,W79系列输出负电压。
一般都分为5V,6V,8V,12V,15V,18V,24V七种,输出电流最大可达1.5V(加散热片)。
同类型W78M系列稳压器的输出电流为0.5A,W78L系列稳压器的输出电流为0.1A。
上图中,1为输入端,2为输出端,3为公共端。
在选取型号时,为了保证集成稳压器工作在线性区,一般
要比
大3~5V。
经过分析,方案二可行。
即选用W78M系列的W7805,电路图简洁明了,且W78系列内部有限流保护、过热保护、过压保护的功能,电路安全、稳定,可达到设计要求(一般锂电池充电要求:
电流300mA~500mA,电压3.7V~4.2V)。
3.3所选方案论述
由图3-3可知,此方案中,电路分为降压、整流、滤波、稳压四部分。
显示功能由LED灯完成,过载保护、短路保护由W78系列集成稳压器完成,均可达到设计技术要求。
考虑到此方案用于将220V的交流电变成4.2V左右的直流电,电压较低,可以忽略输出端的高频干扰等一些列问题。
故简化电路图如下:
图3-5简化电路图
如图3-5所示,交流电先经过T1变压器变压,再经过由四个二极管组成的桥式整流电路整流。
C1起滤波作用,W7805起稳压作用。
LED灯闪烁表示充电进行。
4电路制作
4.1器件选择
由设计的电路可得出:
变压器选择3VA;
整流部分选取整流桥RS507L;
C1为10
。
4.2电路制作与调试
电路制作完成后,经测量,电流达到要求。
但是由于电路损耗等个方面的原因,电压太小无法达到要求。
故,将W7805改为W7806。
5设计体会及今后改进意见
5.1体会
本次课程设计中我学到了很多的东西,主要是学会了利用身边的一切资源,像图书馆、网络等查资料,一点一点分析题目,理清设计的总体思路。
再慢慢剖析,确定具体的分部设计,最后得出总的设计图。
当然也训练了我的综合思维能力,一种设计要求想出不同的设计方案,经过许多次的调试和修改,最终确定最好、最简单的设计。
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