简易5号电池恒流充电器论文.docx
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简易5号电池恒流充电器论文
郑州轻工业学院
本科课程设计(论文)
题 目 简易5号电池恒流充电器
学生姓名
专业班级
学 号
院 系
指导教师
完成时间 2014年2月21日
郑州轻工业学院
课程设计任务书
题目:
简易5号电池恒流充电器
专业学号姓名
主要内容、基本要求、主要参考资料等:
主要内容
1、阅读相关科技文献。
2、学习protel软件的使用。
3、学会整理和总结设计文档报告。
4、学习如何查找器件手册及相关参数。
技术要求
4、要求电路能够以恒定的电流对两节5号电池进行充电。
5、要求电路能够在充满的时候,自动切断电源。
6、要求电路能够显示电池是否充满。
主要参考资料
1、何小艇,电子系统设计,浙江大学出版社,2001年6月
2、姚福安,电子电路设计与实践,山东科学技术出版社,2001年10月
3、王澄非,电路与数字逻辑设计实践,东南大学出版社,1999年10月
4、李银华,电子线路设计指导,北京航空航天大学出版社,2005年6月
5、康华光,电子技术基础,高教出版社,2003年
完成期限 :
2014年2月21日
指导教师签章 :
专业负责人签章:
2014年2月16日
简易5号电池恒流充电器
摘要
普通电池充电均采用恒流方式时,只需控制充电时间即可完成对电池的充电,并不考虑电池会提前充满,电池充满后若不切断电源会影响电池的寿命,且浪费电资源。
而本文介绍的是一种经济实用的简易电池恒流充电器,能够以恒定的电流对两节5号电池进行充电,当电池电量充满时可以自动显示电量充满,并且会自动切断电源停止充电。
本文设计的充电器是由变压器,桥式整流电路、恒流成生电路、自动断电电路、显示电路和电源电路6部分组成。
本文较为详细的介绍了变压器整流电路、恒流成生电路、自动断电电路、显示电路和电源电路的工作原理及功能,向大家简单的展示了简易电池恒流充电器的设计过程。
关键词 电源电路/整流电路/恒流生成电路/自动断电电路/显示电路。
第一章设计目的 1
第二章简易5号电池恒流充电器的功能 2
第三章设计原理及方案 3
第四章元器件清单 8
第五章结束语 9
第六章致谢 10
第七章参考文献 11
第一章设计目的
一、掌握个芯片的逻辑功能及使用方法
二、了解电路结构及其接线方法
三、了解元器件的工作原理
四、熟悉简易5号电池恒流充电器的设计制作
第二章简易5号电池恒流充电器的功能
一、电路能够以恒定的电流对两节5号电池进行充电;
二、电路能够在电池充满时自动切断电源;
三、电路能够显示电池是否充满。
第三章设计原理及方案
第一节 设计思路总体框图
简易5号电池恒流充电器电路总体框图如上图所示,它是由电源电路、变压整流电路、恒流生成电路、自动断电电路、显示电路和5部分组成。
通过电源电路可以将电网中的220V电压转变成为两节5号电池所需要的3V电压,经过桥式整流电路将交流电变成直流电,再通过滤波电路、D1稳压电路,出来后就可以出来稳定的直流电,为电路提供稳定的3V直流电。
经过变压、整流、滤波、稳压出来的稳定3V直流电进入恒流生成电路,利用运算放大器构成的电流负反馈放大电路起到稳定输出电流的作用,为电路产生恒定的充电电流。
从运放出来的电流经过了一组电阻、发光二极管正反接的显示电路进入自动断电电路,当电池是在充电的状态下,电池正极电压小于3V,比较器输出低电平。
当电池电量充满后,电流串联反馈电路的电压继续增大,只要电池正极的电压大于3V,则比较器输出高电平,继电器中通过电流,将开关吸上去,断开电路,发光二极管放光显示电已充满。
第二节电路结构
1.整流电路
图1
如图1,桥式整流电路电路具有将双向的交变电压变换为单向的脉动电压的功能,可以将从电路中输入的交流电变成直流电,是使用最多的一种整流电路。
这种电路,只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构,便具有全波整流电路的优点,而同时在一定程度上克服了它的缺点。
以上满足了我们提高变压器利用率并降低整流管最大反向电压的要求,实现了二极管整流输出的最佳性能。
需要特别指出的是,二极管作为整流元件,要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。
如选择不当,则或者不能安全工作,甚至烧了管子;或者大材小用,造成浪费。
另外,在高电压或大电流的情况下,如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件,可以把二极管串联或并联起来使用。
2.滤波稳压电路
交流电经过二极管整流之后,方向单一了,但是大小(电流强度)还是处在不断地变化之中。
这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。
要把脉动直流变成波形平滑的直流,还需要再做一番“填平取齐”的工作,这便是滤波。
换句话说,滤波的任务,就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小,改造成接近恒稳的直流电。
滤波稳压电路由电容滤波电路和稳压管组成。
2.1电容滤波
图2.1 图2.2
如图2.1,电容器是一个储存电能的仓库。
在电路中,当有电压加到电容器两端的时候,便对电容器充电,把电能储存在电容器中;当外加电压失去(或降低)之后,电容器将把储存的电能再放出来。
充电的时候,电容器两端的电压逐渐升高,直到接近充电电压;放电的时候,电容器两端的电压逐渐降低,直到完全消失。
电容器的容量越大,负载电阻值越大,充电和放电所需要的时间越长。
这种电容带两端电压不能突变的特性,正好可以用来承担滤波的任务。
二极管的导电角θ<π,流过二极管的瞬时电流很大,电流的有效值和平均值的关系与波形有关,在平均值相同的情况下,波形越尖,有效值越大,在纯电阻负载时,变压器副边电流的有效值I2=1.11IL,而有电容滤波时,I2=(1.5-2)IL;负载平均电压VL升高,纹波减小,且RLC越大,电容放电速率越慢,则负载电压中的纹波成分减小,负载平均电压越高。
为了得到平滑的负载电压,一般取T=RLC;负载直流电压随负载电流增加而减小,C值一定,当RL=∞,即空载时VLO=1.4V2,当C=0,即无电容时VLO=0.9V2,在整流电路的内阻不太大和放电时间常数满足以上关系式时,电容滤波电路的负载电压VL和V2的关系约为VL=(1.1-1.2)V2,总之,电容滤波电路简答,负载直流电压VL较高,纹波也较小,它的缺点是输出特性较差,故适用于负载电压较高,负载变动不大的场合。
2.2稳压管
如图2.2,电网电压升高,整流电路的输出电压Usr也随之升高,引起负载电压Usc升高。
由于稳压管DW与负载Rfz并联,Usc只要有根少一点增长,就会使流过稳压管的电流急剧增加,使得I1也增大,限流电阻R1上的电压降增大,从而抵消了Usr的升高,保持负载电压Usc基本不变。
反之,若电网电压降低,引起Usr下降,造成Usc也下降,则稳压管中的电流急剧减小,使得I1减小,R1上的压降也减小,从而抵消了Usr的下降,保持负载电压Usc基本不变。
3.恒流生成电路(电流串联负反馈电路)
(+) (+)
(+)
图3.
如图3.a所示,此电路以集成运放作为基本放大电路,同样可用瞬时极性法判断塔尔的反馈极性,当在它的输入端施加一信号Vs,且其瞬时极性如图中的(+)所示时,输出电流Io流过Rl和Rf时,在Rf两端产生反馈电压Vf,其极性亦如图所示。
显然,在输入回路中,Vf抵消了Vs的一部分,所以基本放大电路的净输入电压Vid减小,Io亦减小,其互导增益下降,故所引入的是负反馈。
该电路为电流串联负反馈电路。
该电路的特点是能维持输出电流的基本恒定。
4.自动断电电路
4.1电压比较电路
Vo
VREF Vi
图4.1a 图4.1b
当电池的电压充满至3V时,继续充电,电池的电压大于3V,输出高电平。
4.2自动断电电路(继电器)
图4.2a 图4.2b
当电池正在充电时,继电器中的开关闭合,当电池的电压大于3V,输出高电平,使继电器的线圈通电,将闭合的开关吸上去,并与地段相连。
原充电电路断开。
5.显示电路(发光二极管)
图5
如图5所示,光二极管(LED)是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。
其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时,注入的非平衡载流子(电子-空穴对)在扩散过程中复合发光,这种发射过程主要对应光的自发发射过程。
按光输出的位置不同,发光二极管可分为面发射型和边发射型。
发光二极管具有可靠性较高,室温下连续工作时间长、光功率-电流线性度好等显著优点,而且由于此项技术已经发展得比较成熟,所以其价格非常便宜。
因此在一些简易的光纤传感器的设计中,如果LED能够胜任,选用它作为光源即可大大降低整个传感器的成本。
然而LED的发光机理决定了它存在着很多的不足,如输出功率小、发射角大、谱线宽、响应速度低等。
因此,在一些需要功率高、调制速率快、单色性好的光源的传感器设计中,就不得不以提高成本为代价,选用其它更高性能的光源。
当电池充满电,输出高电平,发光二极管发光,显示电池已充满电。
6.总原理图
图6
如图6,220V交流电压通过变压器变为需要的电压值,通过桥式整流电路和滤波电路得到需要的直流电,给两节5号电池充电需要稳定的3V电压,通过在桥式整流电路中并联上一个稳压二极管就可以得到稳定的3V电压,通过电流串联负反馈电路使输出端的电流保持恒定,就可以给两节5号电池充电,为了能够让电池充满电能够自动断开电路,需要加上一个比较器电路和自动断电电路,当电池的电压超过3V就能够使得比较器的输出端得到高电平,使得继电器中的磁铁将开关吸上去,断开电路,同时高电平使得发光二极管发光,显示电路充满电。
这时两节5号电池放电让发光二极管发光,当电池的电压小于3V时,比较器的输出端输出低电平,二极管不亮,同时继电器中的的线圈没有电流通过,开关掉落,原电路导通,继续充电,依次循环下去。
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