快速充电器1.docx
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快速充电器1
广西工学院
生产实习设计论文
题目：
快速充电器
系别：
电子信息与控制工程系
专业班级：
测控技术与仪器081班
姓名：
张文（200800304040）
指导教师：
劳有兰
摘要
本设计是基于HEF4017BP、NE555P和LM324充电器电路设计。
设计中采用NE555P和HEF4017BP构成控制信号产生电路，分别产生充放电信号以及电池电压检测信号。
利用LM324、稳压管、发光二级管等构成电池电压检测电路和冲饱指示电路，采用B772P、D882P三级管等元件构成充电控制电路。
可以实现对电池的充电、电源指示、充电指示、冲饱指示以及充电饱和基准电压调节等功能。
具有一定的实际运用价值。
关键字：
HEF4017BP，充电器，检测，基准电压
Abstract
ThedesignisbasedonHEF4017BP,NE555PandLM324chargercircuitdesign.UsedinthedesignNE555PandHEF4017BPconstitutecontrolsignalgenerationcircuit,respectively,generatethesignalandbatterychargeanddischargevoltagedetectionsignal.TheuseofLM324,voltageregulatortube,lightemittingdiode,etc.constitutethebatteryvoltagedetectioncircuitandredsaturationindicatingcircuit,theuseofB772P,D882Pthreetubesandothercomponents,thechargecontrolcircuit.Canchargethebattery,powerindicator,chargingindicator,redindicatingfullchargesaturationvoltagereferenceandregulatorfunctions.Hassomepracticalapplicationvalue.
KEYWORD:
HEF4017BP,charger,testing,referencevoltage
目录
摘要2
Abstract3
1系统设计4
1.1设计要求4
1.2总体设计方案4
1.2.1设计思路4
1.2.2系统组成5
2硬件设计5
2.1电路组成模块5
2.2电源电路模块6
2.3供电开关控制电路6
2.4电池电压检测电路7
2.5控制信号产生电路8
2.6充放电控制电路8
2.6.1充电期间9
2.6.2电压检测期间9
2.6.3电压检测期间9
3调试及结果分析9
3.1测试条件9
3.1.1测试环境条件9
3.1.2测试硬件条件10
3.2测试项目10
3.3测试步骤10
3.4测试结果10
4心得体会11
5附录12
附录1充电器电路原理图12
附录2充电器PCB版图12
1系统设计
1.1设计要求
本题目要求设计一个实用充电器电路。
充电器设计要求能够对5号充电电池进行充电，具有电源指示功能，充电指示功能以及冲饱指示功能。
充电器还要求具有可调的冲饱阈值电压的设置功能。
外部可直接接入AC220V交流电，具有短路保护等功能。
1.2总体设计方案
1.2.1设计思路
本题要求设计一个实用充电器电路。
充电器具有对5号充电电池充电、指示、短路保护等功能。
首先，通过电池电压检测电路对电池电压进行检测，再与基准阈值电压比较以确定是否要继续充电，以及产生冲饱指示信号。
当需要继续充电时，则给控制电路供电，产生充放电控制信号继续充电。
采用方波信号与控制三极管的导通与截止来形成充放电电路。
具体应包含下列几个模块：
电源模块、电池电压检测模块、指示模块、控制信号产生模块、控制电路模块等。
1.2.2系统组成
经过系统分析设计，最终确定系统的组成框图如图1.1所示。
系统由电源模块、电池电压检测模块、指示模块、控制信号产生模块、控制电路模块组成。
其中，电源模块主要为系统正常工作提供能量；电池电压检测模块实现对电池电压的检测，以决定是否要继续镜进行充电；指示电路主要是要用于电源指示、充电指示、冲饱指示等以实现人机的交互。
控制信号产生电路主要是产生充放电控制信号以控制对电池的充放电。
控制电路模块实现充放电路的通断控制以实现对电池的真正充电。
图1.1系统组成框图
2硬件设计
2.1电路组成模块
充电器电路主要包括电源部分、充电主电路、控制信号产生电路、控制电路、电源通断控制电路、电池电压检测电路六大部分组成。
下面将结合原理图2.1进行分析，如图2.1所示。
图2.1充电器电路原理图
2.2电源电路模块
电源电路由降压部分、整流部分、滤波部分、稳压部分等构成，如图2.2所示。
降压部分采用变压器降压，将AC220V降压为AC6V原副边电压匝数分别为U1，U2，N1，N2。
则，由变压器原理得：
U1/U2=N1/N2
整流部分采用桥式整流电路，通过4个二级管相互连接构成桥式整流电路。
该电路属于全波整流电路，将正弦波负半周翻折到正半轴，该电路具有效率高、输出电压高等特点。
滤波电路采用C2电容进行滤波，将半波信号滤成直流信号。
稳压电路采用集成稳压器LM7805进行稳压，以输出稳定的+5V直流电压充电器电路工作。
图2.2电源电路原理图
2.3供电开关控制电路
供电控制电路由两个三极管VT1和VT2构成，如图2.3所示。
由于控制信号作用与VT2的基极b2，当控制信号为高电平时，VT2导通，其集电极相当于接地为低电平，也就是VT1的基极b1为低电平，此时VT1导通，故，接电源电压的VT1发射极e1流到其集电极c1，给后级电路供电。
图2.3电源电路原理图
2.4电池电压检测电路
电池电压检测电路主要由电压基准源和两个放大器构成，如图2.4所示。
电池电压检测信号从放大器1的反相端输入，与同相端的电压基准比较后，输出电源供电开关控制信号，控制供电开关（三极管）。
另一方面，输出的信号用于输入2放大器的反相端，与放大器2的同相端的0.4V电压进行比较后，输出充电饱和灯和控制信号，指示充电是否饱和。
图2.4电池电压检测电路
其中，电压基准源由一个150欧的电阻和3.3V稳压二级管串联组成。
在稳压器两端并联一个20K电位器，用于调节基准源，基准源调节范围可从0~3.3V。
现假设将基准源调节为2.8V，当电池电压检测为2.7伏，则放大器1输出高电平，控制闭合供电开关，充电器继续充电。
输出的高电平与放大器2的同相端的0.4V电压进行比较，后输出0V低电平电压，使得冲饱指示灯不亮，表示还未冲满电。
当检测到电池的电压为稍大于2.8V时，放大器1输出0V电压低电平，与放大器同相端的0.4V电压，比较后放大器2输出高电平，并使冲饱指示灯亮，表示电池已经冲满电。
2.5控制信号产生电路
控制信号产生电路主要由NE555P和HEF4017构成，如图2.5所示。
NE555P主要用于产生时钟信号,其信号周期与占空比如下：
时钟周期:
T=（R1+2R2）C5ln2=0.21ms，
占空比:
q=（R1+R2）/（R1+2R2）=2/3
HEF4017主要用于产生电池充电和放电控制信号，HEF4017主要工作原理如下，当CP0输入一个脉冲时，O0输出一个时钟信号后变为低电平，接着CP0输入第二个时钟信号，此时O1输出一个脉冲，其他输出口均保持低电平，依次轮流下去直到下一个循环。
其中O0~O4通过二极管连接后作为电池充电控制信号，而O8做为电池放电控制信号。
在O5-O8之间的时间用于电池电压检测。
由此可见O0~O4的输出的5个脉冲时间内用于电池充电，在O8这1个脉冲的时间上才是对电池放电，因此，充电时间是放电时间的5倍，总的来说是充电大于放电，故对电池来说达到充电的效果。
图2.5控制信号产生电路
2.6充放电控制电路
充放电控制电路主要由Q3~Q6三极管构成，如图2.6所示。
首先若电池检测电压为2.7V，由放大器1的反相端2输入，与稳压管的分压基准源2.8V比较后放大器1输出高电平，控制供电开关Q2、Q1，使Q2、Q1导通，电源从供电开关的左端流过Q1管子到达右端，给控制信号产生电路提供电源。
此时控制信号产生电路开始工作，HEF4017的输出端Q0~Q9依次输出高脉冲。
2.6.1充电期间
在前5个高脉冲期间控制Q4管导通，因此，Q4集电极相当于接地，即Q3基极为低电平，故Q3导通。
此时，HEF4017的O8输出端为低电平，即Q5和Q6的基极都为低电平，故Q5、Q6均截止。
此时，电源按照红线充电路径流动，对电池充电。
2.6.2电压检测期间
在随后的3个高脉冲期间O0~O4和Q8都保持低电平，此时，Q3~Q6都截止，电池电压通过R12给放大器1的2端输入，与基准电压2.8V比较，从而输出电源供电开关控制信号，从而实现对电池电压的检测。
2.6.3电压检测期间
在O8输出高脉冲的期间，HEF4017的其他Q输出口，输出低电平，此时Q3、Q4、Q6截止，Q5导通，电池按照绿线的放电路径开始放电一个脉冲的时间。
接着在进过一个脉冲信号后，回到第二个周期的充电阶段依次下去……
图2.6冲放电控制电路
3调试及结果分析
3.1测试条件
3.1.1测试环境条件
（1）测试温度：
15.2℃由于现在冬天，室内温度为15.2℃。
（2）测试电源：
采用6V直流电源作为电路板稳压器LM7805的输入提供电源。
（3）充电电池：
采用新华牌旧电池两节，串联电压共2.7V。
3.1.2测试硬件条件
（1）计算机1台、示波器1台、DT9208A数字万用表1台。
（2）+5V和0~+12V电源、充电器电路板、若干根杜邦线。
（3）螺丝刀、镊子、小刀、斜口钳、吸焊器、两节旧电池。
（4）电烙铁1把（AC220V50Hz35W）、焊锡、松香。
3.2测试项目
（1）电源指示灯、充电指示灯、冲饱指示灯的测试。
（2）电池电压的检测电路的测试。
（3）电源供电开关电路的测试。
（4）控制信号发生电路的测试。
（5）充放电控制电路的测试。
3.3测试步骤
步骤：
1、首先用短暂的供电一下，触摸各个芯片及各器件，看看是否发热。
保证不发热后开始正常供电。
2、用螺丝刀调节稳压器上的可调电位器，使其输出电压为2.8V，用示波器测量1、2放大器的输入输出端，观察指示灯指示的情况是否正确。
断电接上旧电池后重新观察指示灯指示得是否正确，并做相应的修改。
3、用示波器显示电池检测到的电压与电池的电压是否一致。
4、在充电期间用数字万用表测量控制信号产生电路各芯片是否得电。
并用示波器观察NE555pP输出的时钟信号、HEF4017输出的控制信号是否正确。
5、用示波器观察个各种控制管子（三级管）各端子的信号波形是否正确，同时观察电池正端的波形是否是脉冲波形，以确认是否有能对电池充电。
3.4测试结果
经测试表明，该充电器电路电池电压检测正常、指示正确、电源供电开关工作正常、控制信号产生正确、电池正端由有脉冲信号，对电池有充电作用。
该充电器系统完全满足系统的设计要求。
以上测试要求全部通过，测试结果如表3-1。
表3-1测试主要结果
测试项目
条件
预期结果
实际结果
电源指示
供电/不供电
红灯亮/红灯暗
红灯亮/红灯暗
充电指示
充电时
绿灯亮
绿灯不够亮
冲饱指示
冲饱/不冲饱
黄灯亮/黄灯暗
黄灯亮/黄灯暗
NE555P检测
充电时
输出矩形波信号
输出矩形波信号
HEF4017检测
充电时
输出矩形波信号
输出矩形波信号
电池正端波形
充电时
电池正极有脉冲信号
快速停止
供电开关控制
冲满电时
信号产生电路的电源电压为0V
信号产生电路的电源电压为0V
4心得体会
通过为期两周的课程设计，我们都觉得对模拟电子技术以及数字电子技术的应用有了更进一步的了解，通过翻阅资料，上网搜索等，我们对各电路器件及原理有了更深一层次的认识，我们都认为这是一个很好的将课本所学理论与实践结合起来的机会，在进行电路制作的过程中，我认为我们的动手能力得到了很大程度的提升，从一开始时我对其原理也不甚了解，到后来通过对所学知识更深入的了解和同学的讲解和帮助后，我们克服了难关，并做出了设计。
两周的锻炼,我们有过对知识掌握不足时的迷茫，也有过思路不清时的懊恼,但一路走来，却收获了知识，收获了希望和努力后的成果。
在此我们要感谢老师的谆谆教导和同学们的帮助，相信这十几天的不懈努力会给我们未来的学习带来很多的启发,我们会在以后的工作生活中更好的理论联系实际,证明我们自己的能力。
5附录
附录1充电器电路原理图
附录2充电器PCB版图
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