電子技術應用電池充電器設計書

1 電子技術應用電池充電器設計書 1 開關電源的工作原理 開關電源的基本構成 圖 1開關電源電路的基本構成，它包括整流濾波電路， 制器，開關占空比控制器及取樣比較電路等模塊。 整 流 濾 波 電 子 開 關 整 流 濾 波比 較 電 路占 空 比 控制交 流 輸 入V sV o V eV r e - D C 變 換 器圖 1關電源的基本構成 2 2 開關電源變壓器的設計 。 3 基于 關電源電路的設計與實現 片簡介 特點 主要由 準電壓源、用來精確 地控制占空比調定的振蕩器、降壓器、電流測定比較器、 存器、高增益 E/A 誤差放大器和適用于驅動功率 大電流推挽輸出電路等構成。端 1 為 2 為反饋端；端 3 為電流測定端；端 4 接 定鋸齒波頻率；端 5 接地；端 6 為推挽輸出端，有拉、灌電流的能力；端 7 為集成塊工作電源電壓端，可以工作在 8 40V；端 8 為內部供外用的基準電壓 5V，帶載能力 50 開關電源電路的設計 開關電源電路的總體簡介 輸入整流濾波器將 交流 輸入電壓進行整流濾波，為 變壓器 器提供直流電壓。 變壓 器 3 把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網隔離的作用。輸出整流濾波器將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時還防止高頻噪聲對負載的干擾?？刂齐娐窓z測輸出直流電壓，并將其與基準電壓比較，進行放大。調制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出 電壓的穩(wěn)定。保護電路 在 開關電源發(fā)生過電壓 或者 過電流時，使開關電源停止工作以保護負載和電源本身。 基于 開關電源流程圖 整 流 濾 波 開 關 電 源 變 壓 器 整 流 濾 波光 耦 反 饋T E A 1 6 2 3交 流 輸 入V sV o （ 5 V 、 1 5 V ）1 5 eV r e 4 3 15 于 框圖 各部分電路具體分析 （ 1） 輸入整流濾波電路 開關電源的輸入整流部分采用的是 一個全橋整流芯片。濾波部分采用的是電容濾波，濾除輸出電壓中的交流分量，使得整流出的直流電壓盡量平滑。 （ 2） 鉗位保護電路 為抑制開關管關斷瞬間 變壓器原邊尖峰電壓的沖擊，采用瞬變二極管和快恢復二極管組成鉗位保護電路，對芯片內部的 （ 3） 反饋電路 電阻構成分壓電路， 若取樣電壓較小，則取樣電壓與外部誤差放大器內部的帶隙基準電壓進行比較后，使得陰極流向陽極的電流下降，同理光耦合器內的光敏 二極管工作電流減小，使得光敏三極管電流下降，從而輸入 片 使輸出端電壓增高。 （ 4） 輸出濾波電路 4 濾波電路由兩塊組成：輸出的兩路高頻電壓首先經過一個二極管將負半邊的電壓濾除，使它變?yōu)閱蜗虻碾妷?，然后再經過一個 波單元濾除高頻電壓，這樣就可以得到所要的直流電壓量。 外圍主要器件的選取 （ 1）輸入端的濾波電容 濾波穩(wěn)壓電容 按照輸出功率 1 來選擇，交流輸入電壓的范圍為 40V250V，設整流橋導通時間 式 （ 4得電容耐壓值 2m i n m i )2( 2 ) （ 4 式中， 為系統(tǒng)效率，選擇為 80%， 交流電網頻率； 系統(tǒng)輸出總頻率； 考慮到一定的裕量，最終取 700V。 （ 2）快恢復二極管和瞬變二極管的選擇 由于開關電源的每個開關周期內 的關斷將導致變壓器產生尖峰電壓，因此，可通過設置 成箝位電路，以防高壓對 片的損壞， 選擇由反射電壓 定， 值為 135V， 箝位電壓 由經驗公式 出， 里 擇反向擊穿電壓為 200 V 的 00 V 的超快恢復二極管 （ 3）輸出整流濾波電路器件的選擇 輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構成。由于肖特基二極管導通時正向壓降較低、反向恢復時間短，因此，選用肖特基二極管作為整流二級管；對輸出濾波電容 ,等效串聯阻抗 (紋波電流是兩個重 要參數，當電容兩端電壓小于 3. 5V 時， 與電容的體積有關 ,在保證控制回路帶寬足夠的前提下，應選擇耐壓值高、電容值低的濾波電容器，這里選 6=50 V/10 3=6 V/120 （ 4）反饋電路的參數 反饋回路依據輸出電壓精度而決定 ,本次采用“光耦和 互配合，可使輸出精度控制在 1%以內。電壓反饋信號經分壓網絡 (入 ，轉換為電流反饋信號，經過光耦隔離后輸入到 耦工作在線性狀態(tài)，起隔離作用， 5 如果所選光耦的電 流放大率 (限超過 200%，容易造成 壓 ,相反 ,若 限小于 40%，占空比 D 將不能隨反饋電流的增大而減小，從而導致過流。因此，應選擇 00%的光藕。本次設計選用 17B 型光藕。 開關電源實物圖 圖 3關電源實物圖 示電路模塊 廣泛用于種電子儀器和電子設備中，可作為電源指示燈、電平指示或微光源之用。紅外發(fā)光管常被用于電視機、錄像機等的遙控器中 ,本設計中采用了以發(fā)光二極管為主的自動充電器的充電顯示電路。 光二極管的 發(fā)光原理 圖 3 光二極管的構造圖 發(fā)光二極管的核心部分是由 p 型半導體和 n 型半導體組成的晶片，在 p 型半導體和 n 型半導體之 6 間有一個過渡層，稱為 。在某些半導體材料的 中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱 當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從 導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。 字電路控制 指示電路工作過 程 在自動充電器的電路運行中，當電池處于充電狀態(tài)時 7 腳被懸空， 發(fā)光二極管 導通 光指示電路在充電。隨著充電不斷進行，充電電池 G 兩端電壓逐漸升高，當升至 ， 的 3 腳輸出低電平，充電自動終止，同時 部放電管導通， 7 腳輸出低電平，發(fā)光二極管 自動截止， 滅表示充電結束。 注： 由于發(fā)光二極管的顏色、尺寸、形狀、發(fā)光強度及透明情況等不同，所以使用發(fā)光二極管時應根據實際需要進行恰當選擇。由于發(fā)光二極管具有最大正向電流 大反向電壓 限制，使用時，應保證不超過此值。為安全起見，實際電流 在 下；應讓可能出現的反向電壓 。6 4 元器件分析 阻 器與電位器 形符號： 圖 4阻器電位器圖形符號 電阻 器的文字符號是 “ R ”，電位器是 “ ，即在 R 的后面再加一個說明它有調節(jié)功能的字符“ P ”。 7 符號詳見圖 4示，其中（ a ）表示一般的阻值固定的電阻器，（ b ）表示半可調或微調電阻器；（ c ）表示電位器； （ d ）表示帶開關的電位器。在某些電路中，對 電阻器 的功率有一定要求，可分別用圖 1 中（ e ）、（ f ）、（ g ）、（ h ）所示符號來表示。 還有幾種特殊電阻器的符號，第 1 種是熱敏電阻符號，熱敏電阻器的電阻值是隨外界溫度而變化的。它的符號見圖（ i ），第 2 種是光敏電阻器符號，見圖 （ j ），第 3 種是壓敏電阻器的符號。符號見圖（ k ），第 4 種特殊電阻器符號是表示新近出現的保險電阻，它的圖形符號見圖 4 1 ） . 本單位： 電阻的文字符號是 R。電阻大小的基本 單位是歐姆（符號），還有較大的單位千歐（ 和兆歐（ 它們的換算關系是： 1103 1103 號命名 表 4阻器電位器的型號命名： 第一部分：主稱 第二部分：材料 第三部分：特征 第四部分：序號 符號 意義 符號 意義 符號 電阻器 電位器 R W 電阻器 電位器 T 碳膜 1 普通 普通 對主稱、材料相同，僅性能指標尺寸大小有區(qū)別，但基本不影響互換使用的產品，給同一序號；若性能指標、尺寸大小明顯影響互換時，則在序H 合成膜 2 普通 普通 S 有機實芯 3 超高頻 N 無機實芯 4 高阻 J 金屬膜 5 高溫 Y 氧化膜 6 精密 精密 C 沉積膜 7 高壓 特殊函數 I 玻璃釉膜 8 特殊 特殊 P 硼酸膜 9 高功率 U 硅酸膜 G 可調 X 線繞 T 微調 M 壓敏 W 多圈 G 光敏 D 溫度補償用 8 R 熱敏 B 溫度測量用 號后面用大寫字 母作為區(qū)別代號。 C 旁熱式 P 穩(wěn)壓式 W 正溫度系數 Z 阻器的主要參數有兩個： 1 標稱阻值和允許誤差 在電阻上標注的電阻數值叫作標稱阻值。它的實際阻值允許有固定的誤差，叫允許誤差，分為級（ 5），級（ 10），級（ 20）。 2 額定功率 指電阻器正常工作時允許的最大功率。超過這個值，電阻器將過分發(fā)熱而燒毀。 位器的主要參數 1 標稱阻值 是電位器上面標注的阻值 . 2 額 定功率 是指它在直流或交流電路中，當大氣壓為 87規(guī)定的額定溫度下，長期連續(xù)負荷所允許消耗的最大功率 3 分辨率也稱分辨力 是指電位器在電路工作中轉動時輸出的電壓變動量與輸出電壓的比值為分辨率。 4 滑動噪聲 是指當電位器在外加電壓的作用下，其接觸點在電阻上滑動時，產生的電噪聲稱為電位器的動噪聲。 值和誤差的標注方法 1 直標法 ： 將電阻器的標稱值用數字和文字符號直接標在電阻體上，其允許偏差則用百分數表示，末標偏差值的即為 20%的允許偏差。 2 文字符號法 ： 文字符號法是將電阻器的 標稱值和允許偏差值用數字和文字符號法按一定的規(guī)律組合標志在電阻體上。 允許偏差見表 4示 允許偏差（ %） 文字符號 允許偏差（ %） 文字符號 9 1 F 2 G 5 J 10 K 20 M 30 N 數碼標注法 ： 在產品和電路圖上用三位數字來表示元件的標稱值的方法稱之為數碼標志法。常見于貼片電阻或進口器件上。 4 色環(huán)標注法 ： 色環(huán)標注法簡稱色標法，普通的電阻器一般用四色環(huán)表示，精密電阻用五色環(huán)表示。緊靠電阻體一端頭的色環(huán)為第一環(huán)，露著電阻體本色較多的另一端頭為末環(huán)。 電容原件： 電容器是組成電路的基本電子原件之一，在各種電子產品和電力設備中被廣泛應用。 形符號 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) ( e ) 圖 4容原件圖形符號 如圖所示， 其中（ a ）表示容量固定的電容器，（ b ）表示有極性電容器，例如各種電解電容器，（ c ）表示容量可調的可變電容器。（ d ）表示微調電容器，（ e ）表示一個雙連可變電容器。 本單位 電容量的基本單位是法拉（用 F 表示），還有較小的單位微法（ F）和皮法（ 這三個單位的換算關系是： 1F 1 1 F 110 號命名 國產電容器的型號命名一般由 4 部分構成（不適合于壓敏，可變，真空電容）依次分別代表名稱，材料，分類和序號。 第一部分 ：名稱，用字母表示，電容器用 C 第二部分：材料，用字母表示 第三部分：分類，一般用數字表示，個別用字母表示。 第四部分：序號，用數字表示。 用字母表示的材料： 容器的主要參數有兩個： 1 標稱電容量和允許誤差，標稱電容量指電容器上標注的電容量。允許誤差分三級，同于電阻器誤差的表示方法。微調電容器和可變電容器標 出了它的電容量的最小值和最大值， 2 耐壓，指電容器正常工作時，允許加在電容器上的最高電壓值。不能超過，否則將損壞電容器。 容器主要技術參數的標注方法 1 直標法 指在電容器的表面直接用數字和單位符號或字母標注出標稱容量和耐壓等。 2 數字加字母標注法 指用數字和字母有規(guī)律的組合來表示容量，字母既表示小數點，又表示后綴單位。 3 數碼標注法 數碼標注法多用于非電解電容器的標注，它采用三位數標注和四位數標注： 1) 三位數標注法 采用三位數標注的電容器，前兩位數字表示標稱值的有效數字，第三 位表示有效數字后綴零的個數，它們的單位是 種標注法中有一個特殊的，就是當第三位數字是時，它表示有效數字乘以 2) 四位數標注法 采用四位數標注的電容器不標注單位。這種標注方法是用 14 位數字表示電容量，其容量單位是 用 ，其單位為 F。 4 電容器容量允許誤差的標注方法 電容器容量允許誤差的標注方法主要有三種： 1）用字母表誤差 。 2）直接標出誤差的值 。 11 3）直接用數字表示百分比的誤差 。 壓器 形符號 圖 4壓器圖形符號 變壓器的圖形符號見圖 4中（ a ）是空芯變壓器，（ b ）是滋芯或鐵芯變壓器，（ c ）是繞組間有屏蔽層的鐵芯變壓器，（ d ）是次級有中心抽頭的變壓器，（ e ）是耦合可變的變壓器，（ f ）是自耦變壓器，（ g ）是帶可調磁芯的變壓器，（ h ）中的小圓點是變壓器極性的標記。 類 按冷卻方式分類：干式變壓器、油浸變壓器、氟化物變壓器。 按防潮方式分類：開放式變壓器、灌封式變壓器、密封式變壓器。 按鐵芯或線圈結構 分類：芯式變壓器、環(huán)型變壓器、金屬箔變壓器。 按電源相數分類：單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。 按用途分類：電源變壓器、調壓變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器。 源變壓器的特性參數 1 工作頻率 變壓器鐵芯損耗與頻率關系很大，故應根據使用頻率來設計和使用，這種頻率稱工作頻率。 2 額定功率 在規(guī)定的頻率和電壓下，變壓器能長期工作，而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。 3 額定電壓 指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓，工作時不得大于規(guī)定值。 4 電壓比 指變壓器初級電壓和次級電壓的比值，有空載電壓比和負載電壓比的區(qū)別。 5 空載電流 變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流。空載電流由磁 12 化電流（產生磁通）和鐵損電流（由鐵芯損耗引起）組成。 6 空載損耗 指變壓器次級開路時，在初級測得功率損耗。主要損耗是鐵芯損耗，其次是空載電流在初級線圈銅阻上產生的損耗（銅損），這部分損耗很小。 7 效率 指次級功率 初級功率 值的百分比。通常變壓器的額定功率愈大，效率就愈高。 8 絕緣電阻 表示變壓器各線 圈之間、各線圈與鐵芯之間的絕緣性能。絕緣電阻的高低與所使用的絕緣材料的性能、溫度高低和潮濕程度有關。 極管元器件 形符號 圖 4極管圖形符號 半導體二極管在電路圖中的圖形符號見圖 4中（ a ）為一段二極管的符號，圖（ b ）是穩(wěn)壓二極管符號 ， 圖（ c ）是變容二極管符號 ， 圖（ d ）是熱敏二極管符號 ， 圖（ e ）是發(fā)光二極管符號，圖（ f ）是磁敏二極管符號 。 號命名 國際電子聯合會半導體器件的型號命名分 四部分組成 ： 第一部分用字母表示半導體器件的材料。 第二部分用字母表示半導體器件的類別。 第三部分用數字或字母與數字混合表示序號 第四部分用字母表示器件的規(guī)格號 13 5 自動充電器電路模塊連接、系統(tǒng)調試和完善 作電路板 器件的引腳識別及元器件使用中應注意的問題 1 元器件引腳識別 安裝之前一定要對元器件進行測試，參數性能指標應滿足設計要求，要準確識別元器件的引腳，以免造成人為故障甚至損壞元器件。 （ 1）集成電路 雙列直插式集成電路一般是頂視圖，集成電路上有小孔標記，它是用來表示管教 1的位 置的，本設計中所用的集成電路引腳見論文第三部分。 （ 2）二極管，穩(wěn)壓管，電容器等原件的識別方法見論文第四部分 2 原件使用中應注意的問題： （ 1）電容器 電容器在使用前要先檢查是否引線開路或內部短路，可用萬用表的電阻擋測，檢查電解電容時，因為容量大，可將萬用表置于 R*1K 擋當表筆在電容兩端測量時，點半指針很快擺到小電阻位置后逐漸擺到大電阻位置，并達到無窮時，表明有容量且漏電。若退布到無窮位置說明漏電。表筆根本不動說明電容開路。 （ 2）電阻及電位器 電阻的功率，阻值，精度滿足設計要求，而且要逐一經過測 試，測量電阻時不要把人體電阻并人測量 電位器是以個可變電阻，它是由電阻材料制成的電阻軌道和電刷組成，要保證兩者的良好接觸才能使電位器正常的發(fā)揮作用。 照電路圖進行安裝，焊接 1 安裝 依照 圖進行各元器件的安裝，連接， 2 焊接 依照焊接的三個步驟首先凈化金屬表面，然后將被焊金屬的表面加熱到焊錫融化的溫度，加焊料使其形成合金層。焊接時注意：溫度小于 280焊接時間要少于 3 秒，避免電路板的損壞；使用恒溫焊錫；重復焊接少于 3 次，間隔大于 5 分鐘。盡量 使焊接達到一下幾點： （ 1）金屬表面焊錫充足，焊盤大小適中。 14 （ 2）焊點表面光亮，光滑。 （ 3）焊錫均薄，隱約可見導線的輪廓。 （ 4）焊點干凈，無裂紋或針孔。 路調試 試前檢查 1 不通電檢查 （ 1）檢查連線 電路安裝完畢之后布急于通電，先認真檢查接先是否正確，包括錯線，少線和多線。把電路圖上的連線按一定順序在安裝好的線路中注意對應檢查 （ 2）直觀檢查電源，地線，信號線，元件引腳之間有無短路。二極管，電容引腳有無錯接，集成電路是否插對等。 2 通電檢查 把經過準確測量的電源電壓加入電 路，信號源暫不接入，電源接通后觀察有無異樣，如冒煙，異常氣味等。然后測量各元件引腳的電源電壓。 統(tǒng)調試 組裝完畢經檢查無誤后，即可進行調試。首先用萬用表檢查電源是否正常。在 G 位置兩端加一可調電壓，如 6V。 用萬用表監(jiān)視 3 腳電位，調節(jié) G 兩端的可調電壓由大到小，當其值大于 ，測量 3 腳是否輸出低電平，調節(jié) G 兩端電壓之間減小，當該值小于 ，按照原理電池開始充電測 3 腳是否輸出高電平， 2 腳是否輸出低電平，且 7 腳此時輸出高電平， 亮顯示充電進行中。 在調試過程中出現了幾次故障：第一次 測試時，在連接好電源和引腳后，觀察到按下開關鍵， 是斷開電源，對電路板進行更嚴密的檢查，發(fā)現有個地方接地漏接了，接上后，發(fā)光二極管還是不亮。進行第二次測試 , 用萬用表從電源部分開始測起，當測到電容時，發(fā)現電容兩端的電壓不正確，再測集成塊的管腳電壓，發(fā)現根本沒有電壓。這時候再次檢查整個電路，對照電路圖看是否有連接錯誤的地方。發(fā)現原有的一根導線接錯了位置，把導線弄好后，發(fā)現發(fā)光二極管還是不亮。電路的連接并沒有問題，我們又檢查了各元件的腿腳的焊接狀況，看是否有焊接不良的情況，當我們檢查到插在插座上的集 成塊的各腿腳時，發(fā)現它的安裝有松動的情況，當把元器件重新插緊固定后，此時，燈泡亮了 注：將鎳鎘電池在充電之前進行放電，放掉鎳鎘電池的剩余電量或消除鎳鎘電池的“記憶效應”。然后再對鎳鎘電池進行充電，來確保電池好的性能和容量，減少電池充電次數，可以有效的延長電池的使用壽命。 15 件選擇 擇 三端穩(wěn)壓集成塊，應為其加裝鋁質散熱片。 用 硅整流二極管。 用 1/2W 穩(wěn)壓二極管，如 等。 用普通紅色發(fā)光二極管。用 2W 線繞電位器， 選用 1/8W 碳膜電阻器。 用 鋁電解電容， 3 為 鋁電解電容。 S 選用普通 1 1 電源小開關。 T 選用 220V/12V、 5型優(yōu)質電源變壓強 收獲 通過 一 個星期的學習，我覺得自己在以下幾個方面與 有收獲： (1)、對電子工藝的理論有了初步的系統(tǒng)了解。我們了解到了焊普通元件與電路元件的技巧、收音機的工作原理與組成元件的作用等。這些知識不僅在課堂上有效，對以