电子技术 2.docx

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电子技术2

课程设计（论文）

题目名称12V铅酸电池充电器的设计

课程名称电子技术课程设计

学生姓名莫贤超

学号1141203035

系、专业电气系测控技术与仪器

指导教师聂俊飞

2013年12月5日

邵阳学院课程设计（论文）任务书

年级专业

2011级测控技术与仪器

学生姓名

莫贤超

学号

1141203035

题目名称

12V铅酸电池充电器的设计

设计时间

2013．11.25

2013．12．6

课程名称

电子技术课程设计

课程编号

121202306

设计地点

电工电子实验分室

408、409室

一、课程设计（论文）目的

通过课程设计，使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比较，以及单元电路设计计算等环节，及系统电路的构成。

进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。

锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。

二、已知技术参数和条件

用中小规模集成芯片设计并制作12V铅酸电池充电器

1、具有检测12V铅酸电路定压自动充电。

2、充电电流可以通过电位器调节。

3、充电时红色指示灯亮、充电完成后红色灯灭。

4、当检测到铅酸电池电压为14.7V自动断完成电充。

三、任务和要求

1.按学校规定的格式编写设计论文。

2.论文主要内容有：

①课题名称。

②设计任务和要求。

③方案选择与论证。

④方案的原理框图，系统电路图，以及运行说明；单元电路设计与计算说明；元器件选择和电路参数计算的说明等。

⑤用protuse或其它仿真软件对设计电路仿真调试。

对调试中出现的问题进行分析，并说明解决的措施；测试、记录、整理与结果分析。

⑥收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。

注：

1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；

2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）

胡宴如主编.《模拟电子技术基础》.高等教育出版社.2011年

张克农主编.《数字电子技术.高教出版社出版.第一版.2010年

彭介华主编.《电子技术课程设计指导》.高教出版社出版.第一版.2002年

《电子电工实验指导书》

电子电工实验室可以提供的主要仪器设备：

示波器　型号规格VP-5220、电子学习机　型号规格WL-V、万用表　MF10；以及分立元件、或中规模集成芯片。

五、进度安排

2013年11月25日--26日：

收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求

2013年11月27日：

总体方案设计，方案比较，选定方案；

2013年11月28日-12月2日：

单元电路设计，参数计算，元器件选择，电路图；

2013年12月3日-4日：

系统调试改进

2013年12月5日5：

整理撰写设计论文；

2013年12月6日：

答辩

六、教研室审批意见

设计目的明确，要求合理，难度适中，符合课程设计教学要求。

教研室主任（签字）：

2013年12月5日

七|、主管教学主任意见

符合课程设计要求

主管主任（签字）：

2013年12月5日

八、备注

指导教师（签字）：

学生（签字）：

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名莫贤超学号1147203035

系电气工程系专业班级测控技术与仪器2011级

题目名称12V铅酸电池充电器的设计课程名称电子技术课程设计

一、学生自我总结

刚开始拿到课程计划的时候觉得它很简单，应该很容易就会做出来。

但是动手做了之后我才知道困难，完全不知道该怎么下手做。

心里一下子就没底了，跟着也焦急了起来。

后来，找到了小组成员在一起商量，一起找资料。

网上的，图书馆的，书本的……。

最后，在大家的努力下，终于完成了。

经历了这次课程设计，我懂得了团队合作的重要性，也认识到了做任何事都不能有轻视的心理。

通过这次课程设计让我更加熟悉了书本上的知识，比如PROTEUS软件的使用，同时也使我掌握了更多的课外知识。

学生签名：

年月日

二、指导教师评定

评分项目

平时成绩

论文

答辩

综合成绩

权重

30

40

30

单项成绩

指导教师评语：

指导教师（签名）：

年月日

注：

1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；

2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

摘要

UC3906是密封铅酸蓄电池充电器专用芯片，它具有密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能。

它能使充电器各种转换电压随电池电压的温度系数的变化而变化，从而使密封铅酸蓄电池在很宽的温度范围内都能达到最佳充电状态。

本课程设计介绍一种用UC3906芯片的密封铅酸电池充电器的设计原理，给出了确定充电参数的方法和基本公式。

同时给出了一种简单实用、工作稳定且性能可靠的12V密封铅酸电池双电平浮充充电器的实际应用电路。

关键词：

铅酸蓄电池；充电器；UC3906；电平浮充

目录

摘要·······························1

第一章充电器的基本介绍····················3

2.1充电器的简介·······················3

2.2充电器的分类························5

2.2.1充电器按能源使用方式分类················5

2.2.1充电器按使用产品种类分类·················5

2.2.3充电器按使用方式分类···················5

2.3常规充电方式·························6

第二章电路工作原理······················7

第三章硬件电路的设计·····················7

3.1UC3906的结构原理······················8

3.2应用电路的设计························10

第四章仿真图及分析·······················11

总结································12

参考文献·····························13

第一章充电器的基本介绍

1.1充电器的简介

充电器通常指的是一种将交流电转换为低压直流电的设备。

充电器在各个领域用途广泛，特别是在生活领域被广泛用于手机、相机等等常见电器。

充电器是采用电力电子半导体器件将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置。

在以蓄电池为工作电源或备用电源的用电场合，充电器具有广泛的应用前景。

充电器有很多，如铅酸蓄电池充电器、镉镍电池充电器、镍氢电池电器、锂离子电池充电器、便携式电子设备锂离子电池充电器、锂离子电池保护电路多功能充电器、、车充电器等。

1.2充电器的分类

1.2.1.充电器按能源使用方式分类

普通充电器：

用普通家庭用电等通过变压器提供能源。

太阳能充电器：

太阳能充电器是将太阳能转换为电能以后存储在蓄电池里面，蓄电池可以为任何形式的蓄电装置，主要为铅酸电池、锂电池、镍氢电池，负载可以是手机等数码产品，负载是多样性的。

无线充电器：

无线充电器是指利用电磁波感应原理进行充电的设备，原理类似于变压器。

在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈连接有线电源产生电磁信号，接收端线圈感应发送端的电磁信号从而产生电流给电池充电

手摇充电器：

摇充电器通常指的是一种利用了摇动时产生的动能，使其内部微型精密了电机高速运转产生电能，依据人工优化程序产生的12-8毫秒可变时间深度负脉冲保持着电池内极板处于最佳电能转化学能状态的充电器。

1.2.2.充电器按使用产品的种类分类

手机充电器、笔记本充电器、电动车充电器、大型充电机等、相机充电器、电动玩具充电器。

1.2.3.充电器按使用方式分类

高级商务充：

商务旅行充电器，充电速度快而且十分安全，价格较一般充电器稍高。

座式充电器：

外型独特、新颖美观、携带方便，适充容量200-3000mAH的锂离子（LI-ION）镍氢（NI-Mh）手机电池充电，内置智能识别电路，能自动转换充电器输出极性以适用电池正负极，充电效果极佳，是家居旅行时手机的理想伴侣。

USB充电器：

带USB输出接口，保给MP3/4、数码相机等充电。

线式充电器：

一般手机的直充。

1.3常规充电方式

铅酸蓄电池的常规充电方式有两种:

浮充（又称恒压充电）和循环充电。

浮充时要严格掌握充电电压，如额定电压为12V的蓄电池，其充电电压应在13.5～13.8V之间。

浮充电压过低，蓄电池会充不满，过高则会造成过量充电。

电压的调定，应以初期充电电流不超过0.3C（C为蓄电池的额定容量）为原则。

循环充电，其初期充电电流也不宜超过0.3C，充电的安培小时数要略大于放电安培小时数。

也可先以0.1C的充电速率恒流充电数小时，当充电安培小时数达到放电安培小时数的90%时，再改用浮充电压充电，直至充满。

以上为目前常用的铅酸蓄电池充电方式，但这两种方式存在着一些不足之处。

在充电过程中，电池电压逐渐增高，充电电流逐渐降低。

由于恒压充电不管电池电压的实际状态，充电电压总是恒定的，充电电流刚开始比较大，然后按指数规律下降;采用快速充电可能使蓄电池过量充电，易导致电池损坏。

对于循环充电而言，采用较小电流充电，充电效果较好。

但对于大容量的蓄电池，充电时间就会拖得很长，时效低，造成诸多不便。

第二章电路工作原理

本方案所要实现的是12V铅酸电池充电器，并利用数字电路对充电器进行控制，将UC3906通过电路切换用在充电电路里，作为蓄电池充电的控制管，通过变换UC3906的外电路使其具有“恒压”和“恒流”两种功能，在本电路中当电池电压低于14.7V时，UC3906恒流输出，当电池电压充到14.7V电压时，UC3906自动变为恒压输出。

从而能很好地完成整个的设电过程。

如图1、图2所示，为12V密封铅酸电池双电平浮充充电器充电模式。

此模式下整个充电过程可以依序分成四个阶段:

（1）涓流充电（tricklecharge）：

电压供给充电器后，充电器第11脚位输出一微小恒定电流IT,此做法可避免因蓄电池反接而造成回路短路。

（2）大电流冲电（bulkcharge）：

充电器电压上升至VT时，则进入此状态，大电流Imax由外部电晶体导通输出至电池，蓄电池主要的电量亦在此阶段回冲。

（3）过充电（overcharge）：

在完成大电流充电时，电池电压达到过充电电压Voc的95％时，即进入过充电状态，充电电流逐渐下降，当充电器的电压达到Voc后，充电电流亦从大容量充电电流Imax下降至过充电终止电流Ioct,充电器将进入浮动充电状态。

（4）浮动充电（floatcharge）：

此阶段充电电压由Voc下降，并维持在VF，电池充电程序近乎完成；当电池接上负载而放电后，充电器将直接提供电源输出，而电池电压也势必下降，当电压下降至V41（V41=0.9VF）时，则充电模式重新设定回涓流充电阶段，重新执行新的充电循环程序。

浮动充电程序对于延长蓄电池的寿命是有必要的，当蓄电池充电完成后，若移除充电器，则蓄电池又会立即自行放电，因此必须对电池施加一个适当电压以及微小的电流以避免放电，因此浮动充电状态又可称为待机充电状态。

图1为UC3906充电循环示意图

图2为UC3906充电状态示意图

双电平浮充电路的充电参数设定中主要为：

浮充电压（VF），过冲电压（Voc），最大充电电流（Imax），以及过充电终止电流（Ioct），首先必须选择一个适当的分流值，通常在50µA至100µA之间，其中电阻值与各项参数的设定关系如下：

Rc=2.3V/I

RA+RB=RSUM（VF-2.3V）/ID

RD=2.3V*RSUM/（VOC-VF）

RA=（RSUM+RX）（1-2.3V/VT）

RX=RCRD/（RC+RD）

RS=0.25V/IMAX

RT=（VD-VT-2.5V）/IT

R23=0.95VOC

R41=0.9VF

IOCT=IMAX/10

第三章硬件电路的设计

本课程设计采用UC3906芯片作为电路主要核心部分来设计充电器，因此在首先介绍下其优点和结构原理。

3.1UC3906的结构原理

密封铅酸蓄电池由于具有密封好、无泄漏、无污染等优点，近年来在国内外得到广泛应用。

但由于充电技术不能适应免维护电池的特殊要求及充电方法不正确而使其很难达到规定的循环寿命。

UC3906是密封铅酸蓄电池充电专用芯片，它具有密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能，因此常用该芯片设计铅酸电池的充电器。

UC3906的内部结构如图3所示。

该芯片内含独立的电压控制回路和限流放大器，它可控制芯片内的驱动器。

驱动器提供的输出电流达25mA，可直接驱动外部串联调整管，以调整充电器的输出电压和电流。

电压和电流检测比较器可用于检测蓄电池的充电状态，同时还可以用来控制充电状态逻辑电路的输入信号。

当电池电压或温度过低时，充电使能比较器可控制充电器进入涓流充电状态。

当驱动器截止时，该比较器还能输出25mA涓流充电电流。

这样，当电池短路或反接时，充电器只能以小电流充电，从而避免了因充电电流过大而损坏电池。

UC3906的一个非常重要的特性就是其内部的精确基准电压随环境温度的变化规律与铅酸电池电压的温度特性完全一致。

同时，该芯片只需1.7mA的输入电流就可工作，因而可减小芯片的功耗，实现对工作环境温度的准确检测，保证电池既充足电又不会严重过充电。

除此之外，UC3906芯片内部还包括一个输入欠压检测电路以对充电周期进行初始化，并可驱动一个逻辑输出。

当加上输入电源后，器件的7脚还可以指示电源状态。

图3UC3906内部结构

设计所需元件表如下：

硬件名称

型号

数量

功率管

TIP42C

1个

稳压二极管

IN4001

2个

三极管

G19013

1个

电压比较器

LM393

1个

发光二极管

DPCO/T7NS5D1

2个

电阻

11个

芯片

UC3906

1个

3.2应用电路的设计

图4为一个12V电池的应用电路，当VREF（基准电压）在25℃为2.3V时；

过冲电压：

VOC=VREF[1+（R3+R4）/R6+（R3+R4）/R7]=15V

浮充电压：

VF=VREF[1+（R3+R4）/R6]=14.5V

过冲转换电压：

V12=0.95VOC=14.7V

浮充转换电压：

V13=0.9VF=11.7V

电最大充电流：

IMAX=0.25/R1=1000mA

过冲终止电流：

IOC=0.025/R1=100mA

充电电流Imax为0.5A，过充电压为15V，浮充电压为13.8V，各参数设定如下：

Rs=0.5Ω，RD=1.2KΩ,R1=68.1KΩ,R2=22.6KΩ,R3=47KΩ,R4=348KΩ,R5=82KΩ,R6=1KΩ,R7=1KΩ,C1=C2=0.1µF.

图412V密封铅酸电池双电平浮充充电器电路

其中：

电池额定电压为12V,容量为7AH,VIN=18V,VF=13.8V,VOC=15V,Imax=500mAIO，CT=50mA。

由于充电器始终接在蓄电池上，为防止蓄电池的输出电流流入充电器，应在串联调整管与输出端之间串入一只二极管（IN4001）。

同时为了避免输入电源中断后蓄电池通过分压电阻R3放电，设计时将R3通过电源指示晶体管（7脚）连接到地。

18V输入电压加入后，串联的功率管TIP42C导通，开始大电流恒流充电，充电电流为100mA，这时充电电流保持不变，电池电压逐渐升高。

当电池电压达到过充电压Voc的95％（即14.25V）时，电池转入过充电状态，此时充电电压维持在过充电电压，充电电流开始下降。

当充电电流降到过充电终止电流（Ioct）时，UC3906的10脚输出高电平，比较器LM339输出低电平，蓄电池自动转入浮充状态。

同时充足电指示发光管发光，指示蓄电池已充足电。

需要注意的是，一般常见密开式铅酸蓄电池，建议的浮充电压约在2.26V/cell至2.3V/cell之间，因此常见的12V铅酸蓄电池浮充电压设定约为13.8V左右；此外，充电时应避免使用过大的电流，通常采用0.1A，避免造成电池的经常性过冲电压而减损电池寿命。

第四章仿真图及分析

如图5所示，为12V密封铅酸电池双电平浮充充电器仿真电路图

图512V密封铅酸电池双电平浮充充电器仿真电路图

电路分析：

当上图左输入端接到电源，右输入端接到电池上时，图中的D1灯亮，D2灯不亮，表示此时电池在充电；当图中D2灯亮，D1灯不亮时，说明电池充电完成。

总结

通过这次的课程设计，我学会使用protes仿真软件，对直流稳压电源有了更深刻的认识，巩固了模电知识，对电路的原理有了进一步的理解，对各元器件功能，特性的有了更熟悉的认识，当然在设计的过程中，我们也遇到了很多困难，做电源充电器时，对如何实现充满电后自动断电这一块很是迷茫，于是到图书馆电子资源里查了相关文献，在网上也搜了些类似电路的设计的资料，加以改进，变成自己的东西。

通过仿真软件，对各个模块进行仿真，不断的调试改进，最终设计了一个理论上可行的电路，这个过程是最困难的过程，也是我收获最大的过程，使自己的实验理论与实践相结合的能力有了进一步的提高。

总之，这次设计使我受益匪浅。

参考文献：

[1]周志敏，周纪海，纪爱华.充电器电路设计与应用（第1版）.北京：

人民邮电出版社,2005.10

[2]王德志.蓄电池原理及应用（第1版）.北京:

中国铁道出版社,1991.5

[3]周志敏，周纪海.UC3906实用技术——应用与维护（第2版）.北京:

中国电力出版社,2003.6

[4]陈有卿,刘海平.新颖集成电路实用手册.北京:

人民邮电出版社,1997.5

[5]刘全盛.数字电子技术（第1版）.北京:

机械工业出版社,2002.10

[6]杨帮文.实用电池充电器与保护电路集锦.北京:

电子工业出版社,2001.9

[7]王海麟,钱建立,周晓军.快速充电器设计与制作.北京:

科学出版社,1998.7

[8]余爱民.快速镍镉/镍氢蓄电池充电电源研发.华中科技大学,2003.4.10

[9]丁杰.一种新型充电控制电路的研究.电子科技大学,2006.4