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1、1综合成绩优秀（ ）良好（ ）中等（ ）及格（ ）不及格（ ）教师（签名）批改日期 2012 年 月 日电力电子应用课程设计报告院系 电子与电气工程学院 专业 电气及其自动化 班级 电气 1091 学号 1091205829 姓名 2012 年 3 月2电力电子应用课程设计调试记录班级： 电气 1091 学号： 1091205829 姓名： 选题名称 调试过程与结果（概要）简易安全充电器电路课题难易程度首先用万用表检查电源是否正常。在 G 位置两端加一可调电压，如 6V。用万用表监视 3 脚电位，调节 G 两端的可调电压由大到小，当其值大于 5.6V 时，测量 3 脚是否输出低电平，调节 G
2、两端电压之间减小，当该值小于 5.6V 后，按照原理电池开始充电测 3 脚是否输出高电平，2 脚是否输出低电平，且 7 脚此时输出高电平，LED 等亮显示充电进行中。教师检查调试情况 调试成功（ ） 调试基本成功（ ） 调试失败（ ）现场答辩情况 通过（ ） 未通过（ ）教师签名 日期3目 录前言 4第 1 章 设计方案 51.1 工作原理 51.2 工作原理图 6第 2 章 电路的三大模块功能 62.1 电源电路模块 62.2 电压比较器模块 102.3 指示电路模块 13第 3 章 集成块基本功能 133.1 有关 NE555 的原理及说明 133.2 三端集成稳压器 LM7809 15第
3、 4 章 自动充电器电路模块连接、系统调试和完善174.1 用 protel 软件设计 PCB 板 174.2 制作电路板 184.3 电路调试 19感想 19参考文献 194引 言从 18 世纪法拉第发现了电磁现象以来，人类社会便进入了电子时代。经过不断发展，电子产品越来越多的呈现在我们面前。由于电能的清洁高效、易于转变成其它形式的能源的特点，电子技术越来越被人们重视。充电器是伴随着充电电池的发展而发展的，早期出现的充电器多为镍镉电池充电器，随着消费者和产业的环保意识增强，碱性一次电池和含有有毒金属镉等二次电池使用日益受到限制，可充电电池得到了广泛的使用。镍镉电池作为一种便携式电源，具有体积
4、小、容量大、内阻小、输出电压平稳以及可反复充电等特点，正被越来越广泛地应用于计算机、电子测量仪表和各类通信设备中，由于其价格比普通的锌锰电池昂贵，因此科学合理地使用镍镉电池显得非常重要，而选择正确、可靠的充电方式是充分发挥镍镉电池效能和保证其寿命的关键。下面我们来介绍一种可以满足以上要求的全自动充电器。关键字 桥式整流 晶闸管 电容滤波51 设计方案1.1 工作原理电路电源由变压器 T 降压，二极管 VD1VD4 整流，三端稳压集成块 A1 稳压及电容 C1,C2 滤波后供给， 通电后可输出稳定的 9V 直流电压供给充电器使用。电压比较器由时基电路 A2 组成，在它的控制端 5 脚由一个稳压二
5、极管VS（稳定电压为 5.6V） ，所以将电路的复位电平定在 5.6V。发光二极管 VL 为充电指示器。1 节 5 号镍镉电池正常工作电压为 1.2V，充电终止电压为 1.4V 左右。G 为4 节待充的镍镉电池，所以充电终止电压为 41.4V=5.6V。将电池装入充电支架后，合上电源开关 S，便可开始充电。电路工作过程：由于电容 C3 两端电压不能突变，刚通电时，A2 的 2 脚为低电平，A2 被触发置位，3 脚输出高电平，此高电平经电位器 RP、二极管 VD5 向电池 G 充电，改变 RP 值可以调节充电电流的大小。此时 A2 的 7 脚被悬空，VL 发光指示电路在充电。随着充电不断进行，G
6、 两端电压逐渐升高，当升至 5.6V 时，A2 复位，3 脚输出低电平，充电自动终止，同时 A2 内部放电管导通，7 脚输出低电平，VL 熄灭表示充电结束。 1.2 电路原理图全自动镍镉电池充电器的电路如下图所示，充电器主要由电源电路、电压比较器及指示电路等组成。 6图 1-1电路原理图2 电路的三大模块功能2.1 电源电路模块稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。 如下图所示：把 220V交流变成低压直流的四个组成部分：降压整流滤波稳压。图 2-1稳压
7、电源工作原理图1、整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电，二极管在电路中起开关的作用。2、滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分，电容和电感起滤波的作用。73、稳压电路对整流后的直流电压采用技术进一步稳定直流电压。 三端稳压器是常用的稳压器件。2.1.1 电源变压器把输入 U1 的有效值 220V，频率 50HZ 的电网电压变换成所需要的电压 U1，一般情况下，直流电压的数值和电网电压有效值相差很大，因此需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。下面介绍一下变压器的工作原理变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或
8、磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流） 。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。图 2-2变压器原理图变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理（如上图）：当一次侧绕组上加上电压 1 时，流过电流 1，在铁芯中就产生交变磁通 1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势 1，2，感应电势公式为：E=4.44fNm式中：E-感应电势有效值f-频率N-匝数m-主磁通最大值由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势 E1 和 E2 大小也不同，当略去内阻抗压降后，电压
9、 1 和 2 大小也就不同。8当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（0） ，这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流 2 时，也在铁芯中产生磁通，力图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部分电流，一部分为激磁电流 0，一部分为用来平衡 2，所以这部分电流随着 2 变化而变化。当电流乘以匝数时，就是磁势。上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用，变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。2.1.2 桥式整流电路： 整流电路的目的是利用其具有单向导电性的整流元件，将正负交替的正弦交流电压 U1 整流成单方的脉动电压 U2。本设计中采用的是桥式整流电
10、路，如图 2-3：图 2-3 桥式整流原理图桥式整流电路，也可认为它是全波整流电路的一种，变压器绕组按图 3 方法接四只二极管。 D 1 D 4 为四只相同的整流二极管，接成电桥形式，故称桥式整流电路。利用二极管的导引作用，使在负半周时也能把次级输出引向负载。具体接法如图所示，从图中可以看到，在正半周时由 D1、D2 导引电流自上而下通过 RL，负半周时由 D3、D4 导引电流也是自上而下通过 RL ， 从而实现了全波整流。 在这种结构中，若输出同样的直流电压，变压器次级绕组与全波整流相比则只须一半绕组即可，但若要输出同样大小的电流，则绕组的线径要相应加粗。 至于脉动，和前面讲的全波整流电路完
11、全相同。由于整流电路的输出电压都含有较大的脉动成分。为了尽量压低脉动成分，另一方面还要尽量保留直流成分，使输出电压接近理想的直流，这种措施就是滤波。滤波通常是利用电容或电感的能量存储作用来实现的。2.1.3 滤波电路 9整流电路虽然可将交流电变成直流电，但其脉动成分较大，在一些要求直流电平滑的场合是不适用的，需加上滤波电路，以减小整流后直流电中的脉动成分。为了减小电压 U2 的脉动，需通过低通滤波使输出电压平滑，理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅有直流电压，然而，由于滤波电路为无源电路，所以，接入负载后势必会影响滤波效果，对电源电源稳定性要求不高的电子电路滤波，整流后的直
12、流电压 U3 可作为供电电源。下面介绍一下电容滤波的原理 。在小功率整流电路中主要采用电容滤波。电容滤波的电路图如下所示，当电刚接通时，U2 从正半周的零值开始增加，二极管 D1,D3 导通，导通电流一路向负载 RL 供电+另一路向电容充电，由于二极管的导通电阻很小，充电时间常数很小，电容两端电压 UC 几乎与 U2 同步增大。当 UC= U2 时，U2 开始下降，此时 U2 小于 UC。二极管收反向电压作用而截止，电容 C 向 RL 放电，由于放电常数很小，UC 按照指数规律缓慢下降当 UC=|U2|时，U2 的负半周使 D2,D4 正偏导通。电容 C 又充电，重复上述过程，得出图中（b ）
13、的波形显然比没有滤波时平滑的多。图 2-4单向桥式整流电容滤波电路10(a)电路图 (b)U2 Uc Uo 波形 (c)二极管电流 ID 波形2.1.4 稳压电路交流电压通过整流，滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但当电网波动或负载变化时，平均值也将随之变化。因此，稳压电路的功能是：使输出直流电压 U4 基本不受电网电压波动和负载变化影响，从而获得足够高的稳定性1、稳压电路概述 引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化，参见图 2-7。 负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化。 图 2-5 稳压电源方框图2、集成稳压器集成稳压器是指将不稳定的直流
14、电压变为稳定的直流电压的集成电路。由于集成稳压器具有稳压精度高、工作稳定可靠、外围电路简单、体积小、重量轻等显箸优点，在各种电源电路中得到了普遍的应用。 常用的集成稳压器有：金属圆形封装、金属菱形封装、塑料封装、带散热板塑封、扁平式封装、双列直插式封装等。在电子制用中应用较多的是三端固定输出稳压器。 78xx 系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器，输出电压有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V 等规格，最大输出电流为 1.5A。它的内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路，采用了噪声低、温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠。78xx 系列集成稳压器为三端器件：1 脚为输
15、入端，2 脚为接地端，3 脚为输出端，使用十分方便它的电路符号外形如图下所示。 要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器,它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。112.2 电压比较器模块2.2.1 电压比较器原理比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。图 2-6电压比较器原理图图 3-6(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压 VA 经分压器R2、R3 分压后接在同相端，VB 通过输入电阻 R1 接在反相端，RF 为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压 Vout 与 VA、
