电子技术应用电池充电器设计书

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1、电子技术应用电池充电器设计书电子技术应用电池充电器设计书 1 1 开关电源的工作原理开关电源的工作原理 1 11 1 开关电源的基本构成开关电源的基本构成 图 1 1 为开关电源电路的基本构成 它包括整流滤波电路 DC DC 控制器 开关占空 比控制器及取样比较电路等模块 整流滤波电子开关整流滤波 比较电路 占空比控 制 交流输入 Vs VoVo 取 样 比 较 Ve Vref DC DC变换器 图 1 1 开关电源的基本构成 2 2 开关电源变压器的设计开关电源变压器的设计 3 3 基于基于 UC3842UC3842 开关电源电路的设计与实现开关电源电路的设计与实现 3 13 1 UC384

2、2UC3842 芯片简介芯片简介 3 1 13 1 1 特点特点 主要由 5 0V 基准电压源 用来精确地控制占空比调定的振荡器 降压器 电流测定比较器 PWM 锁存 器 高增益 E A 误差放大器和适用于驱动功率 MOSFET 的大电流推挽输出电路等构成 端 1 为 COMP 端 端 2 为反馈端 端 3 为电流测定端 端 4 接 Rt Ct 确定锯齿波频率 端 5 接地 端 6 为推挽输出端 有拉 灌电流的能力 端 7 为集成块工作电源电压端 可以工作在 8 40V 端 8 为内部供外用的基准 电压 5V 带载能力 50mA 3 23 2 开关电源电路的设计开关电源电路的设计 3 2 13

3、 2 1 开关电源电路的总体简介开关电源电路的总体简介 输入整流滤波器将交流输入电压进行整流滤波 为变压器器提供直流电压 变压器 把直流电压变换成高频交流电压 并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用 输出整 流滤波器将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压 同时还防止高频 噪声对负载的干扰 控制电路检测输出直流电压 并将其与基准电压比较 进行放大 调制振荡器的脉冲宽度 从而控制变换器以保持输出电压的稳定 保护电路在开关电源 发生过电压或者过电流时 使开关电源停止工作以保护负载和电源本身 3 2 23 2 2 基于基于 uc3842uc3842 的开关电源流程图的开关电源流程图 整流

4、滤波开关电源变压器整流滤波 光耦反馈TEA1623 交流输入 Vs Vo 5V 15V 15V 取 样 比 较 Ve Vref TL431 5V 图 3 1 基于 uc3842 的开关电源方框图 3 2 33 2 3 各部分电路具体分析各部分电路具体分析 1 输入整流滤波电路 开关电源的输入整流部分采用的是一个全桥整流芯片 滤波部分采用的是电容滤波 滤除输出电压中的交流分量 使得整流出的直流电压尽量平滑 2 钳位保护电路 为抑制开关管关断瞬间变压器原边尖峰电压的冲击 采用瞬变二极管和快恢复二极管 组成钳位保护电路 对芯片内部的 MOS 管进行保护 3 反馈电路 电阻构成分压电路 若取样电压较小

5、 则取样电压与外部误差放大器内部的带隙基准 电压进行比较后 使得阴极流向阳极的电流下降 同理光耦合器内的光敏二极管工作电 流减小 使得光敏三极管电流下降 从而输入 TEA1623 芯片 Ureg 下降 令 TEA1623P 的 输出占空比增大 迫使输出端电压增高 4 输出滤波电路 滤波电路由两块组成 输出的两路高频电压首先经过一个二极管将负半边的电压滤除 使它变为单向的电压 然后再经过一个 LC 滤波单元滤除高频电压 这样就可以得到所要 的直流电压量 3 2 43 2 4 外围主要器件的选取外围主要器件的选取 1 输入端的滤波电容 滤波稳压电容 E1 可按照输出功率 1uF W 来选择 交流输

6、入电压的范围为 40V 250V 设整流桥导通时间 Tc 3ms 由式 4 2 可得电容耐压值 4 2 2 minmin 1 1 2 2 2 oc L AC Pt f UU C 式中 为系统效率 选择为 80 为交流电网频率 为系统输出总频率 L f o P 考虑到一定的裕量 最终取 E1 47uF 400V 2 快恢复二极管和瞬变二极管的选择 由于开关电源的每个开关周期内 MOS 管的关断将导致变压器产生尖峰电压 因此 可 通过设置 Z1 和 D1 构成箝位电路 以防高压对 TEA1623 芯片的损坏 Z1 和 D1 的选择由反 射电压 Uor 决定 Uor 取值为 135V Z1 的箝位电

7、压 U1 可由经验公式 U1 1 5Uor 得出 D1 的耐压值应大于最大直流输入电压值 这里 Z1 选择反向击穿电压为 200 V 的 P6KE200 D1 选择反向耐压为 600 V 的超快恢复二极管 BYV26C 3 输出整流滤波电路器件的选择 输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成 由于肖特基二极管导通时正向压降 较低 反向恢复时间短 因此 选用肖特基二极管作为整流二级管 对输出滤波电容 等 效串联阻抗 ESR 和纹波电流是两个重要参数 当电容两端电压小于 3 5V 时 ESR 只与 电容的体积有关 在保证控制回路带宽足够的前提下 应选择耐压值高 电容值低的滤波 电容器 这里选 E

8、5 E6 50 V 10 uF E3 E4 16 V 120 uF 4 反馈电路的参数 反馈回路依据输出电压精度而决定 本次采用 光耦和 TL431 相互配合 可使输出 精度控制在 1 以内 电压反馈信号经分压网络 R9 R10 引入 TL431 的 Ref 端 转换为 电流反馈信号 经过光耦隔离后输入到 TEA1623 控制端 光耦工作在线性状态 起隔离 作用 如果所选光耦的电流放大率 CRT 上限超过 200 容易造成 TEA1623 过压 相反 若 CRT 下限小于 40 占空比 D 将不能随反馈电流的增大而减小 从而导致过流 因此 应选择 CRT 范围接近 100 的光藕 本次设计选用

9、 PC 817B 型光藕 3 33 3 开关电源实物图开关电源实物图 图 3 2 开关电源实物图 3 4 指示电路模块 LED 被广泛用于种电子仪器和电子设备中 可作为电源指示灯 电平指示或微光源之用 红外发 光管常被用于电视机 录像机等的遥控器中 本设计中采用了以发光二极管为主的自动充电器的充电 显示电路 3 41 发光二极管的发光原理 图 3 3 发光二极管的构造图 发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片 在 p 型半导体和 n 型半导体之 间有一个过渡层 称为 p n 结 在某些半导体材料的 PN 结中 注入的少数载流子与多数载流子复合 时会把多余的能量以光的形

10、式释放出来 从而把电能直接转换为光能 这种利用注入式电致发光原理 制作的二极管叫发光二极管 通称 LED 当它处于正向工作状态时 即两端加上正向电压 电流从 LED 阳极流向阴极时 半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线 光的强弱与电流有关 3 4 2 数字电路控制 LED 灯指示电路工作过程 在自动充电器的电路运行中 当电池处于充电状态时 NE555 的 7 脚被悬空 发光二极管 P N 节导 通 VL 发光指示电路在充电 随着充电不断进行 充电电池 G 两端电压逐渐升高 当升至 5 6V 时 NE555 复位 它的 3 脚输出低电平 充电自动终止 同时 NE555 内部放电管导通 7

11、脚输出低电平 发 光二极管 P N 节自动截止 VL 熄灭表示充电结束 注 由于发光二极管的颜色 尺寸 形状 发光强度及透明情况等不同 所以使用发光二极管时 应根据实际需要进行恰当选择 由于发光二极管具有最大正向电流 IFm 最大反向电压 VRm 的限制 使用时 应保证不超过此值 为安全起见 实际电流 IF 应在 0 6IFm 以下 应让可能出现的反向电压 VR 0 6VRm 4 4 元器件分析元器件分析 4 14 1 电阻器与电位器电阻器与电位器 4 1 1 图形符号 图 4 1 电阻器电位器图形符号 电阻器的文字符号是 R 电位器是 RP 即在 R 的后面再加一个说明它有调节功能的字 符

12、P 符号详见图 4 1 所示 其中 a 表示一般的阻值固定的电阻器 b 表示半可调或微调电 阻器 c 表示电位器 d 表示带开关的电位器 在某些电路中 对电阻器的功率有一定要 求 可分别用图 1 中 e f g h 所示符号来表示 还有几种特殊电阻器的符号 第 1 种是热敏电阻符号 热敏电阻器的电阻值是随外界温度而变 化的 它的符号见图 i 第 2 种是光敏电阻器符号 见图 j 第 3 种是压敏电阻器的符号 符号见图 k 第 4 种特殊电阻器符号是表示新近出现的保险电阻 它的图形符号见图 4 1 1 4 1 2 基本单位 电阻的文字符号是 R 电阻大小的基本单位是欧姆 符号 还有较大的单位千欧

13、 K 和兆 欧 M 它们的换算关系是 1M 103K 1K 103 4 1 3 型号命名 表 4 1 电阻器电位器的型号命名 第一部分 主称第二部分 材料第三部分 特征 符号意义符号意义符号电阻器电位器 第四部分 序号 T 碳膜 1 普通普通 H 合成膜 2 普通普通 S 有机实芯 3 超高频 N 无机实芯 4 高阻 J 金属膜 5 高温 Y 氧化膜 6 精密精密 C 沉积膜 7 高压特殊函数 I 玻璃釉膜 8 特殊特殊 P 硼酸膜 9 高功率 U 硅酸膜 G 可调 X 线绕 T 微调 R W 电阻器 电位器 M 压敏 W 多圈 对主称 材料相同 仅性能指 标尺寸大 小有区别 但基本不 影响互

14、换 使用的产 品 给同 一序号 若性能指 标 尺寸 大小明显 G 光敏 D 温度补偿 用 B 温度测量 用 C 旁热式 P 稳压式 W 正温度系 数 Z R 热敏 影响互换 时 则在 序号后面 用大写字 母作为区 别代号 4 1 4 电阻器的主要参数有两个 1 标称阻值和允许误差 在电阻上标注的电阻数值叫作标称阻值 它的实际阻值允许有固定的误 差 叫允许误差 分为 级 5 级 10 级 20 2 额定功率 指电阻器正常工作时允许的最大功率 超过这个值 电阻器将过分发热而烧毁 4 1 5 电位器的主要参数 1 标称阻值 是电位器上面标注的阻值 2 额定功率 是指它在直流或交流电路中 当大气压为

15、87 107KPa 在规定的额定温度下 长期连 续负荷所允许消耗的最大功率 3 分辨率也称分辨力 是指电位器在电路工作中转动时输出的电压变动量与输出电压的比值为分辨 率 4 滑动噪声 是指当电位器在外加电压的作用下 其接触点在电阻上滑动时 产生的电噪声称为电 位器的动噪声 4 1 6 阻值和误差的标注方法 1 直标法 将电阻器的标称值用数字和文字符号直接标在电阻体上 其允许偏差则用百分数表示 末标偏差值的即为 20 的允许偏差 2 文字符号法 文字符号法是将电阻器的标称值和允许偏差值用数字和文字符号法按一定的规律 组合标志在电阻体上 允许偏差见表 4 2 所示 允许偏差 文字符号允许偏差 文字

16、符号 0 001Y 0 5D 0 002X 1F 0 005E 2G 0 01L 5J 0 02P 10K 0 05W 20M 0 1B 30N 0 25C 3 数码标注法 在产品和电路图上用三位数字来表示元件的标称值的方法称之为数码标志法 常 见于贴片电阻或进口器件上 4 色环标注法 色环标注法简称色标法 普通的电阻器一般用四色环表示 精密电阻用五色环表 示 紧靠电阻体一端头的色环为第一环 露着电阻体本色较多的另一端头为末环 4 24 2 电容原件 电容原件 电容器是组成电路的基本电子原件之一 在各种电子产品和电力设备中被广泛应用 4 2 1 图形符号 a b c d e 图 4 2 电容原件图形符号 如图所示 其中 a 表示容量固定的电容器 b 表示有极性电容器 例如各种电解电容 器 c 表示容量可调的可变电容器 d 表示微调电容器 e 表示一个双连可变电容器 4 2 2 基本单位 电容量的基本单位是法拉 用 F 表示 还有较小的单位微法 F 和皮法 PF 这三个单位的 换算关系是 1F 1xxx F 1 F 1xxxPF 4 2 3 型号命名 国产电容器的型号命名一般由 4 部分