【正文】 ...............................................14 輸出電壓電流檢測控制電路 ....................................................................23 輸出整流濾波與隔離電路的設(shè)計 .............................................................29 電池電壓狀態(tài)顯示電路 ...........................................................................33 總體電路的設(shè)計及工作原理 ....................................................................34 4 總結(jié) ..........................................................................................................................36 5 技術(shù)經(jīng)濟分析報告 .....................................................................................................37 致謝 ................................................................................................................................39 參考文獻 .........................................................................................................................40 6 1 緒論 課題背景及意義 充電器概念和國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 充電器通常指的是一種將交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電的設(shè)備。 充電器有很多，如鉛酸蓄電池充電器、閥控密封鉛酸蓄電池的測試與監(jiān)測、鎘鎳電池充電器、鎳氫電池充電器、鋰離子電池充電器、便攜式電子設(shè)備鋰離子電池充電器、鋰離子電池保護電路多功能充電器、電動車蓄電池充電器等。 充電器的特點 如今，隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能，小尺寸，重量輕的電池充電器的需求也越來越大。目前各種電器使用的充電電池主要有鎳鎘電池，鎳氫電池，鋰電池和密封鉛酸電池四種類型。 7 所以針對這些電池的特點，以單片機為控制芯片，結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)行的各種充電技術(shù)和充電器設(shè)計方案，設(shè)計一款基于單片機控制的智能充電器，以達(dá)到最佳的充電效果，使智能充電器具有良好的性能指標(biāo)，電路簡單可靠。提高充電電壓是解決硫酸鹽化的常用方法，但較大提高充電電壓又會產(chǎn)生失水。 本課題是在以上三種充電方式的基礎(chǔ)上加以改進，結(jié)合這三種充電方式的特點，是在充電過程中不同階 段采取不同充電方式的充電模式。一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓。并且具有溫度補償功能。U 等充電曲線方式，充電方式更科 學(xué)、合理，從而大大提高了蓄電池的使用壽命，大大降低了使用和維護成本，簡化了充電過程，解放了操作人員的勞動強度，市場前景非常廣闊。因此需要對充電過程進行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時間，達(dá)到最大的電池 9 容量，并且防止電池?fù)p耗。當(dāng)對充電電池充電時，電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，實現(xiàn)向負(fù)荷 供電，伴隨吸熱過程。因此，對充電器智能化的研究與應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義。通常可充電式電池有三種常用的方法：①恒壓源；②恒流源；③恒功率源 . 恒壓源的主要缺點在于當(dāng)電池電壓處于耗盡時開始充電時瞬間會產(chǎn)生一個大的沖擊電流，充電電流只流過內(nèi)部的阻抗。輸出特性關(guān)系如圖 21(c)所示。給電池充電最好的方式是使用高效率的開關(guān)電源架構(gòu)，開關(guān)電源具有體積小，動態(tài)響應(yīng)快，轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點。開關(guān)電源具有體積小、效率高等一系列優(yōu)點，在各類電子產(chǎn)品 中得到廣泛應(yīng)用。 開關(guān)電源的核心部分 DC/DC 變換器有多種電路形式，常用的工作波形為方波的 PWM 變換器以及工作 波形為準(zhǔn)正弦波的諧振型變換器。負(fù)載變化瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端 LC 濾波器特性決定，所以可以利用調(diào)高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器 LC 體積的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。該電路是將市電 220V由輸入端輸入，經(jīng) D1D4 橋式整流變成脈動直流，再經(jīng) C2濾波將脈動直流轉(zhuǎn)換成直流電壓。 15 (2)通過接地、濾波、屏蔽等技術(shù)抑制電源的 EMI 以及提高電源的 EMS。 (2)高頻變壓器。反向恢復(fù)電流的斷續(xù)點會在電感 (引線電感、雜散電感等 )產(chǎn)生高 dv/dt．從而導(dǎo)致強電磁干擾。而在電路中增加共模扼流圈或其他濾波元件又會增加成本。長期以來也在工頻變壓器中一直應(yīng)用屏蔽繞組來降低噪聲與耦合，在開關(guān)變壓器中這一方法同樣有效。本設(shè)計由C CY CY R R2 和 L1 組成輸入回路 EMI 抑制電路 (圖 34111)。 在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運用，具有單向?qū)щ娦浴蜗鄻蚴秸麟娐返牟ㄐ螆D見圖 33（ b）。 式（ 34） 式（ 35） 3) 單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線 18 單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系 該曲線如圖 34 所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。負(fù)載上輸出平均電壓為 : 式（ 36） 流過負(fù)載和二極管的平均電流為 : 式（ 37） (a)電路圖 (b)波形圖 圖 35 單相半波整流電路圖 二極管所承受的最大反向電壓 (3) 單相全波整流電路 單相全波整流電路如圖 36(a)所示，波形圖如圖 36(b)所示。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣功率容量條件下，體積可以小一些。而在有些設(shè)備中，如電子儀、自動控制裝備等，則要求直流電壓非常穩(wěn)定。 圖 37 電容濾波電路圖 2) 電容濾波電路工作 原理 若 v2 處于正半周，二極管 D D3 導(dǎo)通，變壓器次端電壓 v2 給電容器 C 充電。指數(shù)放電起始點的放電速率很大。所以在 t2 到 t3 時刻，二極管導(dǎo)電， Ｃ 充電， Vi=Vo 按正弦規(guī)律變化；t1 到 t2 時刻二極管關(guān)斷， Vi=Vo 按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為 RLC。當(dāng) ＲL 很小，即 IL 很大時，電容濾波的效果不好，見圖 39 濾波曲線中的 2。 電容濾波電路的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。一般耐壓值取（ ）V2.。當(dāng) v2 正半周時， D D3 導(dǎo)電，電感中的電流將滯后 v2。在接通電源的瞬間，將產(chǎn)生強大的充電電流，這種電流稱為“浪涌電流”；同時，因負(fù)載電流太大，電容器放電的速度加快，會使負(fù)載電壓變得不夠平穩(wěn)，所以電容濾波電路適用于負(fù)載電流較小的場合。當(dāng) 電源首次接到高壓時，電阻 R R4 給電容 C5充電，當(dāng) C5 電容的充電電壓 Ucc 達(dá)到某個值時， ICl(UC3843)將啟功工作。 圖 314 輸出電壓電流檢測控制電路圖 以上電路主要用到光耦和 UC3843，所以我們將對主要元器件進行選型 。光電耦合器既可用來傳遞模擬信號，也可作為開關(guān)器件使用，也就是它具有變壓器和繼電器的功能。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于開關(guān)信號的傳輸，不適合于傳輸模擬量。如果使用非線性光 25 耦，有可能使振蕩波形變壞，嚴(yán)重時出現(xiàn)寄生振蕩，使數(shù)千赫的振蕩頻率被數(shù)十到數(shù)百赫的低頻振蕩依次為號調(diào)制。 （ 2） UC3843 UC3843 是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流變換器應(yīng)用而設(shè)計，為設(shè)計人員提供只需要最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。 UC3843 方框圖和管腳連接圖如圖 315 和圖 316 所示 。 因為 UC3843 的 3 腳過流保護動作電壓是 1V，因此電流檢測電阻 R9 可按下式計算： R9=1V/Ippk=（ 315） 考慮到電路在冷啟動時可能存在的沖擊電流，因此選用 。電壓調(diào)整 器 TL1（ TL431）的陰極需要頤一個電流（最小為 1mA）來維持自身內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)。 它具有輸入電阻高（ 100MΩ～ 1 000MΩ）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)?、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。 場效應(yīng)晶體管可分為結(jié)型場效應(yīng)晶體管和 MOS 場效應(yīng)晶體管，而 MOS 場效應(yīng)晶體管又分為 N 溝耗盡型和增強型， P溝耗盡型和 增強型四大類。不同于增強型場效應(yīng)管的是它在制造時，就在二氧化硅絕緣層中加入大量正離子，因正離子的作用，柵－源極間電壓 VGS=0 時，耗盡型 MOS 管中的漏－源極間已有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生，而增強型 MOS管 要在 VGS≥ VT 時才出現(xiàn)導(dǎo)電溝道。開關(guān)管的開關(guān)電壓由輸入電壓和變壓器一次線圈的反激電壓組成。即使有抑制，振鈴的第一個半波也是很危險的。 輸出整流濾波與隔離電路的設(shè)計 輸出整流濾波與隔離電路有 T VD Cl C1 C1 L R1 R19 和VD9 組成（圖 317）。FU2 是正溫度熔絲，在電池充電初期阻值很小，提供大的充電電電流。變壓器是利用 電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵心（磁芯）。從磁心廠商了解的信息，決定用 CUT3019 磁心。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓設(shè)備和一些電子電路中獲得廣泛的應(yīng)用。穩(wěn)壓管的伏安特性如圖 318。其伏安特性見穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。故選擇穩(wěn)壓二極管維持電路的正常運行。輸出電流檢測電阻 R15 是直接串聯(lián)在輸出回路中，因此阻值不能選的太大，否則影響效率。 這個腳 (集電結(jié) )連接到 UC3843 的 1 腳誤差放大器輸出端。 電池電壓狀態(tài)顯示電路 電池電壓狀態(tài)顯示電路由 IC2A、 V LED R2 R2 R2 R3 R3 R33組成（圖 319）。同時 1腳輸出電平又送到 IC2B 的反相輸入端。而當(dāng)電池電壓充滿時，則在 R15 上的電壓降低 (或為零 )，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 )被點亮，表示電池電壓被充滿。一次電流回路的關(guān)閉是由變壓器一次線圈、開 關(guān) (V1)、電流檢測電阻 R10 來實現(xiàn)。 C7是基準(zhǔn)電壓的退耦電容。 R16限制通過 PCl、 TLl 的電流 (限流 )。此時2 腳電壓大于 3 腳。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調(diào)整合適的電壓值。在指導(dǎo)老師的指點下，通過各種渠道開始準(zhǔn)備工作，通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館搜集相關(guān)學(xué)術(shù)論文、核心期刊、書籍等。 其中的單相橋式整流電路能把市電的交流電壓整流為脈動直流，而脈動直流經(jīng)過濾波電路轉(zhuǎn)換為直流電壓； （ 2） 電壓經(jīng)過 輸出整流濾波與隔離電路，整流成π型濾波，而隔離電路起著當(dāng)電池充滿后防止電壓倒回電路的作用； （ 3） 電路中輸出電壓電流檢測控制電路的作用是通過檢測輸出電壓是否工作在設(shè)計值來進行控制，同時保證了電路在短路時的安全性以及減少了功耗； （ 4） 電池電壓狀態(tài)顯示電路的設(shè)計是由 2 個 LM393 組成的上下限電壓比較器和 LED 燈等元件組成。 37 5 技術(shù)經(jīng)濟分析報告 該設(shè)計是采用 UC383 組成的 80W 充電器， 能達(dá)到的技術(shù)性能如下：輸入電壓為 90~264V，輸出電壓為 44V/，具有恒壓恒流特性，同時具有體積小、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點。 （ 3）利潤計算 目標(biāo)利潤：單位產(chǎn)品目標(biāo)利潤 =單位產(chǎn)品售價 成本 稅金 計算原則根據(jù)本產(chǎn)品在制造過程中所需成本（ 20元）、售價（ 25元），除去稅金計算得單位產(chǎn)品目標(biāo)利潤為 3∽ 5元。所以該充電器市場反映良好，并且 38 精度也比較高，具有較高的轉(zhuǎn)換效率和較快的充電時間。感謝景德鎮(zhèn)陶 瓷學(xué)院給了我安靜舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境，是它陪伴我度過了美好的大學(xué)時代，讓我深深的感受到了學(xué)習(xí)的重要性。 衷心的感謝李蔓華老師在畢業(yè)設(shè)計過程中給予了耐心細(xì)致地指導(dǎo)，讓我在畢業(yè)設(shè)計過程中有明確的思路，使我真正的了解了畢業(yè)設(shè)計的規(guī)范和應(yīng)用。 同時也要感謝各位任課老師四年來對我的細(xì)心教導(dǎo)，任課期間教會我了很多專業(yè)知識。盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果