简易充电器的设计

《简易充电器的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《简易充电器的设计（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1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4X1.4V=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

2、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。12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。图1-1IT- - TJ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

3、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：降压一整流一滤波一稳压图2-1稳压电源工作原理图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。3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, 般情况下，直流电压的数值和电网电压有效值相差很大，

4、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。如下图所示的原理图: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U1时，流过电流仃，在 铁芯中就产生交变磁通01,这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分 别感应电势E1，E2，感应电势公式为：E

5、=4.44fN0m式中：E-感应电势有效值f_-频率N-匝数0m-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U1和U2大小也就不同。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io, 部分为用来平衡i2,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

6、。2.12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 1D 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

7、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

8、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二柘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=I

9、U2I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 ） 的波形显然比没有滤波时平滑的多。电容滤波电路原理图如下所示：单向桥式整流电容滤波电路（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

10、使输入电压发生变化。聽压电路图2-5稳压电源方框图即2集成稳压器集成稳压器是指将不稳定的直流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

11、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。CW金属菱形封裝塑料封裝图2-678*系列78*系列电路符号外形图三端稳压器件;78xx/79xx系列三端稳压器件是最常用的线性降压型DC/DC转换器，目前也有大量先进的DC/DC转换器层出不穷，例如低压差线性稳压器 LDO 等，（例口，NSC 的 LM2940、LM2651、LM5020, MAXIAM的MAX1747等等）。78xx/7

12、9系列简单易用、价格低廉，直到今天还在大多电路中采用。女口 7805，78xxx，7809，7812，7815，7824，（79xx）o 以及三端可调稳压（LM317,337,338.） 78xx/79xx系列在降压电路中应注意以下 事项：（1）输入输出压差不能太大，太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏;（2）输出电流不能太大，1.5A是其极限值。大电流的输出，散热片的尺 寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿；（3）输入输出压差也不能太小,大小效率很差2.2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

13、应用较为广泛，所以开发出了专门的比较 器集成电路。图2-7电压比较器原理图图2-7(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、VB及4个电阻的关 系式为：Vout=(l+RF/R1)R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若 R1=R2，R3=RF，则 Vout=RF/Rl(VA-VB)，RF/R1 为放大器的增益。当 R1=R2=0(相当于 Rl、R2 短路)，R3=RF=s(相当于R3、RF开路)时，Vout=s。增益成为无穷大，其电 路图

14、就形成图2-7(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。 实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压, 它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。从图2-7中可以看出，比较器电路 就是一个运算放大器电路处于开环状态的差分放大器电路。2.2.2工作过程本设计中电压比较器由时基电路组成，在它的控制端接有一个稳压二极管VS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。下面我们来介绍一下时基电路的工作过程比腰盎人1比较料丸;t需nu -位W 6输V &十发M霍?.朗一-控了 2進rMi厂-Heid莅 一 一TnuTL出 输一7k4图2-8555时基

15、电路内部等效电路图8 电源 r 阈值Vth I RR 6 rH 5k位触发W2 &放电Q 7 -L_X地15kA】+R 5kI强制复位MR43Vo输出图2-9555时基电路等效功能电路图从NE555时基电路的内部等效电路图中可看到，VT1-VT4、VT5、VT7 组成上比较器Al, VT7的基极电位接在由三个5kQ电阻组成的分压器的上端, 电压为VDD； VT9-VT13组成下比较器A2, VT13的基极接分压器的下端， 参考电位为仏VDD。在电路设计时，要求组成分压器的三个5kQ电阻的阻值 严格相等，以便给出比较精确的两个参考电位仏VDD 和%VDDO VT14-VT17 与一个4.7kQ的正反馈电阻组合成一个双稳态触发电路。VT18-VT21组成一 个推挽式功率输出级，能输出约200mA的电流。VT8为复位放大级，VT6是 一个能承受50mA以上电流的放电晶体三极管。双稳态触发电路的工作状态 由比较器Al、A2的输出决定。555时基电路的工作过程如下：当2脚，即比较器A2的反相输入端加进 电位低于仏VDD的触发信号时，则VT9、VTll导通,给双稳态触