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1、摘 要随着电动车的普及，电动车充电器的使用也越来越广泛。充电器的种类很多，其原理大同小异。物美价廉使其得到广泛应用。本设计是基于对电动车充电，采用普通的电子元件、不用昂贵的专用集成电路，既便于制作又降低制作费用。本次电动车充电器的设计是将220V市电经整流、滤波、稳压输出44V对电池进行充电，同时本电路具有电压保护电路及灯光指示充电状态的功能。主电路主要分为电源电路、振荡电路、电压保护电路、充电状态指示电路四个单元电路。基准电路采用TL431精密基准稳压源输出2.5V电压以控制电压变化，LM324四运算放大器起到过流保护、稳定输出电压、控制充放电状态等作用。本次设计主要从总体方案设计、基本电路
2、介绍、单元电路设计等方面进行详细的介绍。关键词：充电器 电源 振荡 保护电路 目 录摘 要IABSTRACT（外语专业的需要）II目 录III第一章 绪论11.1课题研究的背景11.2课题研究的内容1第二章 系统总体的设计32.1系统实现功能及技术指标32.2系统实现结构图32.3 功能元器件的概述32.3.1 稳压二极管32.3.2变压器52.3.3场效应管62.3.4 光电耦合器82.3.5 四运放集成电路LM32492.3.6 精密基准稳压源TL43113第三章 充电器系统硬件电路的设计163.1电源电路的设计163.1.1单相整流电路163.1.2滤波电路203.2振荡电路的设计233
3、.2.1 振荡电路的振荡方式243.2.2 振荡电路的分类243.3 保护电路的设计263.3.1 过流保护电路的设计273.3.2输出回路的设计283.3.3基准电路的设计283.3.4电压比较电路的设计293.4充电状态指示电路的设计29第四章 整体调试314.1整体电路的连接及工作原理314.2调试及说明324.2调试注意事项32第五章 总结与展望34致 谢36参考文献37第一章 绪论1.1课题研究的背景（1） 充电器发展概况自从上世纪的六、七十年代以来，电子技术领域得到了飞速的发展，可谓是日新月异，不仅在理论上，而且越来越多地运用到我们的日常生活中，致使工业、农业、科技和国防等领域以及
4、人们的社会生活都发生着令人瞩目的变革。小到可以随身携带的电子产品，如MP3，USB存储器，大到电瓶车、电视、巨型计算机，在我们日常生活中越来越方便了我们的生活，在21世纪，电子技术在以更快的速度前进，新一代的电子产品更广泛地应用在我们生活的各个方面。电子产业的发展，也极大的推进了电力的利用。各种各样的充电式产品诞生并得到极大的发展，其高效、环保、便捷等优点正逐步渗入我们的生活。根据电动自行车铅酸蓄电池的特点，当其为36V/12AH时，采用限压恒流充电方式，初始充电电流最大不宜超过3A。也就是说，充电器输出最大达到44V/3A/130W，已经可满足。在充电过程中，充电电流还将逐渐降低。（2） 充
5、电器常见的几种充电模式1) 限流恒压充电模式2) 两阶段恒流充电模式3) 恒流脉冲充电模式此三种充电模式均为业界推荐采用，其各阶段充电电流间的转换，都分别受有温度补偿的转换电压Vmin（快充最低允许电压）、Vbik（快充终止电压）和Vflt（浮充电压）控制。1.2课题研究的内容本此设计的内容是将220V市电通过一系列的转换与控制输出稳定的电压44V对电动车进行充电。本文通过四部分电路的设计来实现充电器的功能，即电源电路、振荡电路、保护电路和充电状态指示电路。该电路能够实现电压的自动转换、充电过程的自动保护及充电状态的指示，克服了种种充电时的隐患。设计中主要以模拟器件为核心设计并制作了充电电路。
6、该电路能实现充电过程的自动控制，设计中用桥式整流、滤波将220V交流电转换成311V直流电，经变压器反馈振荡得到44V充电电压，充电过程中有保护电路控制电压的输出，同时指示电路反应充电的状态。其间用到了精密基准稳压源及四运放集成电路等重要元件。在设计过程方面，从总体方案、单元电路、元器件选择和设计到调试等同样进行了细致的介绍。本设计是利用普通常用的元器件实现电动车的充电功能。其性能可达到：可以产生44V电压充电，充电过程以指示灯为状态显示。采用整流稳压电路，以实现安全充电，其常用的器件在实现快速充电的同时又加以保护电路，以保证元器件的性能。采用LM324四运放器进行电压比较，可实现电路比较功能
7、。第二章 系统总体的设计2.1系统实现功能及技术指标（1） 充电保护：在充电过程中，能够自行调节输出电流及电压，保证充电电电压在44V左右。（2） 充电显示：通过LED灯的闪烁，能够显示当前的充电状态。（3） 电压参数：22V交流转换成44V直流。2.2系统实现结构图根据课题的要求和技术指标，能实现对充电过程的保护、充电状态显示等的方案可谓很多。但要对方案的性能、成本、体积、难易程度等进行分析与比较，本着以满足功能要求为前提，综合考虑，确定方案。本次充电器的设计包含四部分，即电源电路、振荡电路、保护电路及充电状态指示电路。结构图如图2.1.1所示。电源电路振荡电路电压保护保护电路充电状态指示电
8、路 图2.2.1根据图2.2.1，显然需要运算放大器、光电耦合器、场效应管等功能部件，其中的每一个功能部件又都有多种选择的余地，当我们对每一个功能部件进行分析、比较、选择和确定后，总体方案便确定下来了。下面将讲述设计中一些重要器件的应用特性及其选择原因。2.3 功能元器件的概述2.3.1 稳压二极管稳压二极管(又叫齐纳二极管)是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛应用于稳压电源与限幅电路之中。稳压二极管是根据击
9、穿电压来分档的。图2.3.1即为稳压管等效电路。图2.3.1(1) 稳压管工作原理稳压管也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。把这种类型的二极管称为稳压管，以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。如图2.3.2画出了稳压管的伏安特性及其符号。稳压管反向击穿后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小。利用这一特性，稳压管在电
10、路中能起稳压作用。因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。其伏安特性见稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。图2.3.2(2) 稳压管的主要参数1) 稳定电压Uz Uz就是PN结的击穿电压，它随工作电流和温度的不同而略有变化。对于同一型号的稳压管来说，稳压值有一定的离散性。2) 稳定电流Iz 稳压管工作时的参考电流值。它通常有一定的范围，即IzminIzmax。3) 动态电阻rz 它是稳压管两端电压变化与电流变化的比值，如上图所示，即这个数值随工作电流的不同而改变。通常工作电流越大，动态电阻越小，稳压性能越好。(3) 稳压二极管的选用稳压
11、二极管一般用在稳压电源中作为基准电压源或用在过电压保护电路中作为保护二极管。选用的稳压二极管，应满足应用电路中主要参数的要求。稳压二极管的稳定电压值应与应用电路的基准电压值相同，稳压二极管的最大稳定电流应高于应用电路的最大负载电流50%左右。由上述内容可知，稳压管具有稳定电压的作用，它能使输出电压在一定范围内变化，从而为负载电路提供稳定的电压。故选择稳压二极管维持电路的正常运行。2.3.2变压器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
12、电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。如图2.3.3所示。图2.3.3(1) 变压器的分类 按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。 按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。 按铁芯或线圈结构分类：芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器。 按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。 按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。 (2) 电源变压器的特性参数 1) 工作频率 变压器铁芯损耗与频率关系很大，
13、故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。 2) 额定功率 在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。 3) 额定电压 指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。 4) 电压比 指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。 5) 效率 指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。 设计中所采用的变压器由初线圈、上次级线圈、下次级线圈组成，如图2.2.4所示。通过变压器振荡频率的改变，输出电压改变，经负载电路的控制，输出可供充电的电压。2.3.3场效应管场效应晶体管（Field Effec
14、t Transistor缩写(FET)）简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件。(1) 场效应管的特点具有输入电阻高（100M1 000M）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽、热稳定性好等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。(2) 场效应管的作用场效应管可应用于放大.由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器。场效应管可以用作电子开关。场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换.常用于多级放大器的输入级作阻抗变换.场效应管可以用作可变电阻.场效应管可以方便地用作恒
15、流源。 (3) 场效应管的分类场效应管分结型、绝缘栅型(MOS)两大类；按沟道材料：结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种；按导电方式：耗尽型与增强型,结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。场效应晶体管可分为结型场效应晶体管和MOS场效应晶体管，而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型，P沟耗尽型和增强型四大类。下面将对场效应管的特性进行比较，如表2.1所示。表2.1 各种场效应管特性比较结构种类工作方式符号电压极性转移特性iD = f (vGS)输出特性N沟道MOSFET耗尽型-+增 强 型+P沟道MOSFET耗尽型+-增强型-P沟道JFET耗尽型+-(4)场效应管工作条件场效应管和三极
