【正文】 充電電池充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，實(shí)現(xiàn)向負(fù)荷供電，伴隨吸熱過程。 恒壓充電電壓：它是比恒流充電電流重要得多的參數(shù)，因?yàn)樗荒芟窈懔鞒潆婋娏髂菢?，在較寬范圍內(nèi)調(diào)整，確定這個(gè)參數(shù)首先需要兼顧被充電池的以下情況：電池在充電時(shí)，正極上的析氧速率與施加的充電電壓成正比，當(dāng)氧的析出大于還原時(shí)，產(chǎn)生水化；當(dāng)用戶使用中不能及時(shí)充電，會(huì)導(dǎo)致電池硫酸鹽化。因此從涓流充電開始定時(shí)，延時(shí)一定時(shí)間后停止涓流充電，以在保證電池充滿的前提下，從根本上杜絕電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生。首先，以恒電流充電至預(yù)定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。自適應(yīng)充電器遵循各類電池的充、放電規(guī)律進(jìn)行充、放電。 而國(guó)外市場(chǎng)大部分充電器均采用 Wa、 WaWo、 Uamp。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求要實(shí)現(xiàn)快速安全的充電。而可以反復(fù)使用的電池，它又稱為可充電電池或蓄電池。而智能充電器具有操作簡(jiǎn)單、可靠性高和通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是充電器家族中一個(gè)重要的組成部分，也是未來充電器發(fā)展的主要方向。能為充電電池充電的電源有許多種。輸出特性關(guān)系如圖 21(b)所示： 恒功率源往往沒有類似的缺點(diǎn)，它即可看作恒壓源的電流，又可看作恒流源的電壓。理想的電池充電特件最好具有矩形特性，如圖 22 所示。第一個(gè)方向是對(duì)開關(guān)電源的核心單元 —— 控制電路實(shí)現(xiàn)集成化；第二個(gè)方向則是對(duì)中、小功率開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)單片集成化。輸出采樣電路（ R R2）檢測(cè)輸出電壓變化，與基準(zhǔn)電壓Ur 比較，誤差電壓放大及脈寬調(diào)制（ PWM），再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路控制功率器件的占空比，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓大小的目的。調(diào)高開關(guān)頻率的同時(shí)，由于反饋放大器的頻率特性得到改善，開關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)問題也能得到改善。充電器 控制原理方框圖如圖 31所 示 圖 31 充電器控制原理方框圖 電源電路 檢測(cè)控制電路 充電狀態(tài)指示電路 輸出整流濾波與隔離電路 電池 14 硬件電路的設(shè)計(jì) 電源電路 電源電路是由 EMI 抑制電路、橋式整流及濾波電路組成（圖 31）。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器 C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器 L，以及 由電感、電容組合而成的各種復(fù)式濾波電路。實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的 EMC 設(shè)計(jì)技術(shù)措施主要基于兩點(diǎn)： (1)盡量減小電源本身所產(chǎn)生的干擾源，利用抑制干擾的方法或產(chǎn)生干擾較小的元器件和電路，并進(jìn)行合理布局。功率開關(guān)管工作在 OnOff 快速循環(huán)轉(zhuǎn)換的狀態(tài)， dv/dt 和di/dt 都在急劇變換，因此，功率開關(guān)管既是電場(chǎng)耦合的主要干擾源，也是磁場(chǎng)耦合的主要干擾源。整流二極管的 EMI 來源集個(gè)體現(xiàn)在反向恢復(fù)特性上。 從 EMl 產(chǎn)生的機(jī)理來分析，僅僅是簡(jiǎn)單地將電容從電路個(gè)移除或減小其數(shù)值一般情況不太可行，因?yàn)檫@樣做會(huì)顯著增加 EMI。盡管在變壓器繞線層之間使用帶狀物增加線層間距離可以減小層間電容，但單獨(dú)使用這一方法只能很有限地減小EMI 電流。所以在交流輸入端采用適當(dāng)?shù)臑V波器，可以很有效的抑制干擾。 16 圖 32 EMI 抑制電路圖 單相整流電路 (1) 單相橋式整流電路 1) 工作原理 單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖 33（ a）所示。 在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。脈動(dòng)系數(shù) S 定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。 根據(jù)圖 35 可知，輸出電壓在一個(gè)工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。 式（ 311） 通過對(duì)比可知， 單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過。 20 濾波電路 濾波電路中整流 電路輸出的直流電壓脈動(dòng)大，僅適用于對(duì)直流電壓要求不高的場(chǎng)合，如電鍍、電解等設(shè)備。電容濾波電路如圖 37 所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容 C。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容 C 就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載 Ｒ L 放電。 在超過后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來越快，當(dāng)剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。顯然。 圖 39 電容濾波的效果圖 3) 電容濾波電路參數(shù)的計(jì)算 濾波電容 C 的大小取決于放電回路的時(shí)間常數(shù)， RLC 愈大，輸出電壓脈動(dòng)就愈小，通常取 RLC 為脈動(dòng)電壓中最低次諧波周期的 35 倍，即 式（ 312） 式中 T 為交流電源電壓的周期。 此外，對(duì) 濾波電容器的選擇除電容量外，還有耐壓值。電感濾波的波形圖如圖 312 所示。 圖 311 電感濾波電路圖 23 圖 312 電感濾波電路波形圖 通過對(duì)比可知，電容濾波的特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、輸出電壓高、脈動(dòng)小。 圖 313 單相橋式整流電路及濾波電路圖 輸出電壓電流檢測(cè)控制電路 輸出電壓電流檢測(cè)控制電路是以 UC3843 為核心的電路（圖 314）。在輸出短路時(shí)，輔助繞組電壓將會(huì)跌落， UC3843 將會(huì)周期性進(jìn)入啟動(dòng)模式。光電耦合器一般制成管式或雙列直插式結(jié)構(gòu)，由于發(fā)光器件和光敏器被相互絕緣地分置于輸入和輸出回路，故可實(shí)現(xiàn)兩路間的電氣隔離。 光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。開關(guān)電源中常用的光耦是線性光耦。由于它具有隔離控制作用，故能夠有效的保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管，控制充電過程中電壓的變化。其它的保護(hù)特性包括輸入和參考欠壓鎖定，各有滯后、可編程輸出靜區(qū)時(shí)間和單個(gè)脈沖測(cè)量鎖存。其管教功能說明如表 31 所示 表 31 UC3843 管腳功能說明 27 通過以上的理解，本設(shè)計(jì)采用 8腳的 UC3843。理由如下：當(dāng)電源滿載 (額定負(fù)載 .最低輸入電壓 )，二極管的電流為零 (光耦的晶體管部分也為零）。 (3) 場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)晶體管簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管 .由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電 ,也稱為單極型晶體管 .它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。場(chǎng)效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換 .常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換 .場(chǎng)效應(yīng)管可以用作可變電阻 .場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。 29 本次設(shè)計(jì)選擇 N 溝道場(chǎng)耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管。 根據(jù)輸入條件，我們可以計(jì)算： DC 輸入電壓： Uin(min)=Uin(min)AC=90=127VDC Uin(max)=Uin(max)AC=264=374VDC 式（ 317） 輸入最大平均電流： Iinav(max)=Pout/(ηUin(min))=80W/(127V)= 式（ 318） 所以 開關(guān)管 V1 用雪崩電壓為 600V 的 MOSFET。振鈴由 RCD 網(wǎng)路來抑制。根據(jù)上面的敘述，我們可以得到一個(gè)適當(dāng)?shù)姆醇る妷?： Uflbk=UmosUin(max)100V=600V373V100V=127V 式（ 319） 因?yàn)檫@個(gè)值非常接近最小輸入電壓，考慮電路計(jì)算的方便，這里令它們相等 ： Uflbk=Uin(min)=127V 反激電壓值的占空比約為： Dmax=Uflbk/(Uflbk+Uin(min))=127V/(127V+127V)= 式（ 320） 最大輸入峰值電流： Ippk=2Iinav(max)/Dmax=（ 321） 所以 為 EMI 考慮最大工作頻率為 70KHz。由電池的充電特性可知，在電池充電的初期，提供一 個(gè)較大的充電電流．使電池的極板能被快速的激化，之后用小電流慢充。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)線圈。 因電源的外形尺寸較小，特別是高度較低。 穩(wěn)壓二極管是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管。 穩(wěn)壓管也是一種晶體二極管，它是利用 PN 結(jié)的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來工作的。這樣，當(dāng)把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電壓變動(dòng)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓將基本保持不變 。因?yàn)檫@種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或 32 電壓基準(zhǔn)元件使用。 因?yàn)榉€(wěn)壓管具 有穩(wěn)定電壓的作用，它能使輸出電壓在一定范圍內(nèi)變化，從而為負(fù)載電路提供穩(wěn)定的電壓。因?yàn)閾碛休^低的寄生電感和較低的等效電阻，所以并聯(lián)較單個(gè)電容效果 好，能有效減小紋波電壓。 因?yàn)?芯片誤差運(yùn)算放大器的功能 是 由二次的 TL431 經(jīng)過光耦 (PC817C)來實(shí)現(xiàn) (控制調(diào)節(jié)）光耦集電結(jié)的電壓來控制每個(gè)周期通過開關(guān)電源 (MOSFET)的峰值電 流 。 式（ 329） R19+20= ????? KRU r efU o u t )(21)1)4 3 1(( 式（ 330） 為調(diào) 節(jié)方便， R1 R20 選用兩個(gè)電阻串聯(lián)， R19＝ 75K?0， R20＝ 3K?。此時(shí) 2腳電壓大于 3 腳．因此 1 腳輸出高電平，由 R32給 v2 提供基極驅(qū)動(dòng)電流，因此 V2 導(dǎo)通， LED1(紅色 )被點(diǎn)亮，表示電池正處于充電狀態(tài)。因此IC2 組成的比較電路可根據(jù)電池的充電電流與端電壓自動(dòng)調(diào)整合適的電壓值。 IC1 的 7 腳啟動(dòng)電壓由電阻 R R4 從交流側(cè)供給 IC1內(nèi)部啟動(dòng)塊。 R5可以使 Ucc 更穩(wěn)定和抵抗噪聲。輸出電壓的信息通過電阻 R1 R R21 提供結(jié) TL C1 R18 為反饋回路提供頻率補(bǔ)償。當(dāng)電池電壓未充滿時(shí)， R15 上的電壓高，該高電壓由 R33 送到 IC2A 的反相輸入端 3 腳，而同相輸人端則由 R2 R2 R24 組成的分壓電路提供比較電壓。此電壓與原 R端的取樣電壓疊加來控制輸出電壓。 開始是搜集資料。 （ 1） EMI 抑制電路在電路中的 作用是濾除由電網(wǎng) 進(jìn)來的各種干擾信號(hào)，防止電源開關(guān)電路形成的高頻擾竄電網(wǎng)，或?qū)υO(shè)備和應(yīng)用環(huán)境造成干擾。這次的設(shè)計(jì)對(duì)以后的工作學(xué)習(xí)都有很大的幫助。初步預(yù)算成本大概需要 20 元?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的電子產(chǎn)品繁多，從而致使可充電電池需要大量的充電器配用。 39 致謝 時(shí)光冉冉，大學(xué)時(shí)光即將結(jié)束。一路走來有我的母校陪我一起成長(zhǎng)，感謝我的母校，祝我的母校越來越好。使我更為深刻的感受到大學(xué)本科階段的學(xué)習(xí) 積累與實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系。 40 參考文獻(xiàn) １趙繼文，何玉彬 .傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計(jì) . 北京 :科學(xué)出版社 .20xx 2丁鎮(zhèn)生 .傳感器及傳感技術(shù)應(yīng)用 .北京 :電子工業(yè)出版社 .1997 3 陳鳴，謝希仁 .計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件接口技術(shù) .南京 :南京大學(xué)出版社 .1994 4趙雅君 .家用電器中的自動(dòng)控制系統(tǒng) .北京 :中國(guó)輕工業(yè)出版社 .1996 5 顧瑞龍 .控制理論及電液控制系統(tǒng) . 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 .1987 6 楊恒 .開關(guān)電源典型設(shè)計(jì)實(shí)例精選 .北京 :中國(guó)電力出版社 .20xx 41 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作所取得的成果。 學(xué)位論文作者（本人簽名）： 年 月 日 學(xué)位論文出版授權(quán)書 本 人及導(dǎo)師完全同意《中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程》、《中國(guó)優(yōu)秀 碩士學(xué)位論文全文數(shù)。對(duì)本 文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了一定的基礎(chǔ)，為今后從事本專業(yè)相關(guān)的事業(yè)墊定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。并在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給我指出了不少缺點(diǎn)，提出了多條有益的建議。大學(xué)生活和學(xué)習(xí)讓我不斷的成長(zhǎng)，變的成熟。從預(yù)測(cè)的成本來看，預(yù)測(cè)成本與目標(biāo)成本利潤(rùn)基本一致，預(yù)算經(jīng)濟(jì)指標(biāo)完全可以達(dá)到的，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上是可行的。 （ 4）產(chǎn)品前景預(yù)測(cè) 本設(shè)計(jì)的成本主要來源于原材料的購(gòu)買以及必要的資料 獲取費(fèi)用。 LED 組成顯示電路，能直觀的反映出電池的工作狀態(tài)，便于使用者操作。通過對(duì)電壓的比 較來控制電路中 LED 燈的閃爍顯示出電池充電狀態(tài)。在設(shè)計(jì)課題過程中我查閱了大量的資料和進(jìn)行理論知識(shí)的復(fù)習(xí)，查找和畢業(yè)設(shè)計(jì)課題有關(guān)的內(nèi)容，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，通過指導(dǎo)老師的多次修改，最終把設(shè)計(jì)方案確定下來了。而當(dāng)電池電壓充滿時(shí)，則在 R15 上的電壓降低 (或?yàn)榱?)，因此 IC2A 的 1腳輸出高電平． Ic2B 7 腳輸出低電平，因此 V3 導(dǎo)通， LED2(綠色 )被點(diǎn)亮，表示電池電壓被充滿。因此 1 腳輸出高電平，由 R32 給 V2 提供基極驅(qū)動(dòng)電流，因此