简易五号电池恒流充电器.docx
《简易五号电池恒流充电器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《简易五号电池恒流充电器.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
简易五号电池恒流充电器
1设计目的
（1）掌握个芯片的逻辑功能及使用方法
（2）了解电路结构及其接线方法
（3）了解元器件的工作原理
（4）熟悉简易5号电池恒流充电器的设计制作
2简易5号电池恒流充电器的功能
（1）要求电路能够以恒定的电流对两节5号电池进行充电
（2）要求电路能够在电池充满时自动切断电源
（3）要求电路能够显示电池是否充满
3设计原理及方案
3.1设计思路总体框图
如图3--1所示的简易电池自动恒流充电电路的总体框图：
它是由电
图3--1简易电池充电器总体框图
源电路、变压整流电路、恒流生成电路、自动断电电路、显示电路和5部分组成。
通过电源电路可以将电网中的220V电压转变成为两节5号电池所需要的3V电压，经过桥式整流电路将交流电变成直流电，再通过滤波电路、D1稳压电路，来后就可以出来稳定的直流电，为电路提供稳定的3V直流电。
经过变压、整流、滤波、稳压出来的稳定3V直流电进入恒流生成电路，利用运算放大器构成的电流负反馈放大电路起到稳定输出电流的作用，为电路产生恒定的充电电流。
从运放出来的电流经过了一组电阻、发光二极管正反接的显示电路进入自动断电电路，当电池是在充电的状态下，则电流经过R1和D1，放光二极管D1放光，显示充电状态；当电池电量充满后，由于三极管导通电源电流通过T1流过，电池会放电经过D2和R2，则发光二极管D2放光显示电已充满。
当电充满后R3分压达到0.7伏，三极管导通，电源对电池不再充电，电源电流经过三极管流到运放的反向输入端形成负反馈，则电源切断，从而形成了自动断电电路。
3.1.1桥式整流电路
如图3-2所示，桥式整流电路电路具有将双向的交变电压变换为单向的脉动电压的功能，可以将从电路中输入的交流电变成直流电，是使用最多的一种整流电路。
这种电路，只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。
以上满足了我们提高变压器利用率并降低整流管最大反向电压的要求，实现了二极管整流输出的最佳性能。
需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。
。
如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。
"另外，在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。
图3-2桥式整流电路
3.1.2滤波稳压电路
交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。
这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。
要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。
换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。
3.1.3电容滤波
如图3-3所示，电容器是一个储存电能的仓库。
在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。
充电的时候，电容器两端图3-3滤波电路的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。
电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。
这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。
3.1.4稳压管
如图3-4所示，电网电压升高，整流电路的输出电压Usr也随之升高，引起负载电压Usc升高。
由于稳压管DW与负载Rfz并联，Usc只要有一点增长，就会使流过稳压管的电流急剧增加，使得I1也增大，限流电阻R1上的电压降增大，从而抵消了Usr的升高，保持负载电压Usc基本不变。
反之，若电网电压降低，引起Usr下降，造成Usc也下降，则稳压管中的电流急剧减小，使得I1减小，R1上的压降也减小，抵消了Usr的下降，保持负载电压Usc基本不变。
图3-4稳压管电路
3.1.5发光二极管
如图3-5所示，光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。
其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子－空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。
按光输出的位置不同，发光二极管可分为面发射型和边发射型。
图3-5发光二极管
发光二极管具有可靠性较高，室温下连续工作时间长、光功率－电流线性度好等显著优点，而且由于此项技术已经发展得比较成熟，所以其价格非常便宜。
因此在一些简易的光纤传感器的设计中，如果LED能够胜任，选用它作为光源即可大大降低整个传感器的成本。
然而LED的发光机理决定了它存在着很多的不足，如输出功率小、发射角大、谱线宽、响应速度低等。
因此，在一些需要功率高、调制速率快、单色性好的光源的传感器设计中，就不得不以提高成本为代价，选用其它更高性能的光源。
3.1.6LM317构成的电源电路
如图3-6所示，LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。
此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。
其主要性能参数如下。
输出电压：
1.25-37VDC；输出电流：
5mA-1.5A；芯片内部具有过热、过流、短路保护电路；最大输入-输出电压差：
40VDC，最小输入-输出电压差：
3VDC；使用环境温度：
-10-+85℃。
由于输出端（2脚）与调节输入端（3脚）图3-6电源电路
之间的电压保持在1.25V，调整接在输出端与地之间的分压电阻R1和R2来
改变ADJ端的电位，可以达到调节输出电压的目的，如图2所示，原理如下：
R1两端的1.25V恒定电压产生的恒定电流流过R1和R2，在R2上产生的电压加到ADJ端。
此时，输出电压Vo取决于R1和R2的比值，当R2阻值增大时，输出电压升高，即：
Vo=1.25[（R1+R2）/R2]。
V1和V2的作用是：
当输出短路时，C2上的电压被V2泄放掉，从而达到反偏保护的目的。
此外，当输入短路时，C3等元件上储存的电压会通过V1泄放，用于防止内部调整管反偏。
C2用以提高IC的纹波抑制能力。
C3用以改善IC的瞬态响应。
C1用于输入整流滤波。
在大电流输出时，IC会因温升过高而截止，必须加适当面积的散热器。
R2应选用线性的电位器。
开始时V1饱和导通，Vout最低（约1.5V）。
随着C2上的电压升高，V1逐渐退出饱和并趋于截止，Vout逐渐升高至额定电压。
改变R1、C2的常数可改变软启动的时间。
D1用于关机后使C2上的电荷快速泄放。
改变R2的值，可调整输出电压Vout的值，图示参数输出电压为15V。
图中V1可用9012替换。
当外来的TTL控制信号使V1截止时，输出电压为5V。
同样，改变R2使的值可获得不同的电压输出。
V1可用9013等NPN管替换。
3.2各主要单元原理电路图
图3.-7总电路
3-8自动断电电路
3-9显示电路
3-10电源电路
4集成电路简介
lm317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。
LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。
317系列稳压块的型号很多：
例如LM317HVH、W317L等。
电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。
稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。
仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。
然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。
首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo＝1.25V—37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo＝1.25V—45V），所以R2/R1的比值范围只能是0—28.6。
其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。
最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。
由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。
当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。
当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。
如果用317稳压块制作稳压电源时（如图所示），没有注意317稳压块的最小稳定工作电流，那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：
稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。
在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。
如图4中几种封装的引脚识别图:
图4-1引脚识别
要解决317稳压块最小稳定工作电流的问题，可以通过设定R1和R2阻值的大小，而使317稳压块空载时输出的电流大于或等于其最小稳定工作电流，从而保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。
此时，只要保证Vo/（R1＋R2）≥1.5mA，就可以保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。
上式中的1.5mA为317稳压块的最小稳定工作电流。
当然，只要能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作，Vo/（R1＋R2）的值也可以设定为大于1.5mA的任意值。
经计算可知R1的最大取值为R1≈0.83KΩ。
又因为R2/R1的最大值为28.6。
所以R2的最大取值为R2≈23.74KΩ。
在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时，必须保证R1≤0.83KΩ，R2≤23.74KΩ两个不等式同时成立，才能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。
当然在317稳压块的输出端并联泄流电阻R（如图所示），也可以为317稳压块提供最小稳定工作电流。
但是，由于并联的泄流电阻不能随输出电压的变化而变化，如果要保证317稳压块在输出电压为1.25V时，其输出电流大于其最小稳定工作电流，则在317稳压块的输出电压为37V时，流过泄流电阻的电流就太大了，这样不仅浪费了电能，而且增加了317稳压块的负担，不是一种妥当的办法。
5.元器件清单
符号
类别
数目
R2,R4
10千欧
2
R5,R3
470欧
2
R5
3.04欧
1
D1,D2
LED
2
C1
0.1uF
2
C2,C3
10uF
1
T
TRANS1
1
D
BRIDGE1
1
U1
LM317
1
R2
4.7K
1
致谢
这次课程设计用了将近一周的时间，通过这一个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。
。
刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制原理图，进行仿真实验，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。
在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。
而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
通过本次课程设计,在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
本次设计的恒流充电器比较简单而且是只能为两节五号电池充电，由于时间有限，不能更加仔细的考虑，任然有一些地方存在不足，这是本次设计所存在的一个遗憾！
参考文献
[1]李银华，电子线路设计指导[M]，北京航空航天大学出版社2005年6月
[2]王澄非，电路与数字逻辑设计实践[M]，东南大学出版社，1999年10月
[3]姚福安，电子电路设计与实践[M]，山东科学技术出版社，2001年10月
[4]何宇艇，电子系统设计[M]，浙江大学出版社，2001年6月
[5]康华光，电子技术基础[M]，高教出版社，2003年
[6]朱正伟，数字电路逻辑设计[M]，清华大学出版社，2006年3月
升级会员 