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1、河南工业职业技术学院电气工程系2011届毕业生毕业设计题 目：充电机自动保护电路班 级：0805班姓 名：秦龙指导教师：郭素娜 摘 要便携式电子产品的快度发展，促使电池的品种增加及性能提高，并且使可充电电池的产量大增，同时对充电器的要求也趋于效果高、体积小、成本低、重量轻并且安全实用。本设计主要介绍用于镍镉可充电电池的全自动充电器。该充电电路用时基电路NE555接成施密特触发器构成的充电器具有电路结构简单，取材容易，使用外围原件少，易于操作，电池充满后自动停止的特点，适合对26节的镍镉电池充电，效果良好。关键词：电池：充电器：NE555设计任务书 一、设计题目充电机自动保护电路二、设计目的1）
2、学习电子电路设计方法。2）通过设计培养学生自学能力和分析问题、解决问题的能力。3）通过设计使学生具有一定的计算能力、制图能力以及查阅手册、使用国家技术标准的能力和一定的文字表达能力。三、设计依据1、设计充电机自动充电电路，充电电压可达24V，36V，48V；设计充电过流保护电路。四、设计内容1）复习课本，收集查阅资料，选定设计方案；2）绘制电气框图、电气原理图；3）对主要元器件进行计算选择，列写元器件的规格及明细表；4）设计总结及改进意见；5）参考资料；6）编写说明书，内容不少于4000字。五、参考文献1模拟电子技术 胡晏如主编 高等教育出版社2电子技术实验与课程设计 毕满清主编 机械工业出版
3、社3电类专业课程设计指导 张华主编 机械工业出版社目 录前 言51 设计方案61.1工作原理61.2 电路原理图62 电路的三大模块功能72.1电源电路模块72.2电压比较器模块142.3指示电路模块13 集成块基本功能213.1 NE555213.2 三端集成稳压器 LM7809234 元器件分析264.1 电阻器与电位器264.2 电容原件：304.3变压器334.4二极管元器件355自动充电器电路模块连接、系统调试和完善365.1用Protel DXP 软件设计PCB板365.2 制作电路板375.3 电路调试396 结束语416.1论文总结416.2工作展望41参考文献、资料索引43致
4、 谢4341 前 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
5、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。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41.4V=5.6V。将电
6、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。 图1-1电路原理图2 电路的三大模块功能2.1电源
7、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2
8、20V，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： 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，
9、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1和2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
10、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
11、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，
12、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
13、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 ）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：图2-4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
14、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。 图2-
