【正文】 總結(jié)與展望 35 致 謝 在論文完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的 指導(dǎo)老 師 張金美老師 表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！ 在論文工作中， 遇到了 許多麻煩。 一篇優(yōu)秀的論文不是寫出來的，而是修改出來的，這需要的是耐心，還要用心。 （ 3）對于變壓器來說，由于是自己纏繞，可能造成與理論上設(shè)計的變壓器產(chǎn)生誤差，影響了充電電流和對外直流輸出電壓。對于比較器 U2DLM324，正極輸入電壓此時一直大于負(fù)極輸入電壓輸出為高，而 U2CLM324 也輸出高電平，光耦合器 U1PC817 一直有輸入電壓，因此 Q2 一直處于工作狀態(tài)， 300V 電壓直接經(jīng)過 R3 流入地。由于 VEE 電壓在不斷變化，因此輸入比較器負(fù)端的電壓也發(fā)生變化。 圖 整體電路圖 如圖 的左半部所示，當(dāng)插座 JP1 接上 220V 交流電，且 JP2 與電瓶蓄電池相連接時，有兩種狀態(tài)，一是充電過程，二是充電結(jié)束。 充電狀態(tài) 指示電路的設(shè)計 該電路主要是 由 LM324 和雙色發(fā)光管 LED2 構(gòu)成 。由于需要穩(wěn)定的輸出電壓，所以該穩(wěn)壓源提供的是一基準(zhǔn)電壓。 當(dāng)因某種原因使場效應(yīng)管 Q1 的漏極電流增大并即 將達(dá)到極限時，其源極電流勢必也增大（漏、源電流是相等的），則 R1 上的電壓增大，如果到達(dá) 時，則三極管 Q2 飽和導(dǎo)通，實現(xiàn)限制了 Q1 柵極電位，使 Q1 進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)，從而有效保護(hù)了相關(guān)元件的安全，提高了整機(jī)電路得可靠性。 振蕩電路的 分類 常見的振蕩電路 為 變壓器 反饋式振蕩電路和三點式振蕩電路。以后，將周而復(fù)始的這樣繼續(xù)運行第二個、第三個???相同的振蕩周期。當(dāng)負(fù)半周時，電感中的電流將更換經(jīng)由 D D4 提供。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱，一般常采用以下近似估算法： 一種是用鋸齒波近似表示，即 另一種是在 RLC=（ ）的條件下，近似認(rèn)為 VO=。電容濾波過程見圖 。此時 C 相當(dāng)于并聯(lián)在 v2 上，所以輸出波形同 v2 ，是正弦波。為了獲得平滑的直流電壓，可采用濾波電路，濾除脈動直流典雅中的交流部分，濾波電路常由電容和電感組成。 (a)電路圖 (b)波形圖 圖 單相全波整流電路 根據(jù)圖 （ b）可知，全波整流電路的輸出電壓與橋式整流電路的輸出相同。 2) 參數(shù)計算 根據(jù)圖 （ b）可知，輸出電壓是單相脈動電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。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。本章將講述該設(shè)計的具體實現(xiàn)方案。 圖 (2)恒壓電路應(yīng)用 前面提到 TL431的內(nèi)部含有一個 ，所以當(dāng)在 REF端引入輸出反饋時，器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。該器件的典型動態(tài)阻抗為 ，在很多應(yīng)用中用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運放電路，可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等。顯然，提高U1 或增大 R C1 的數(shù)值，都會使單穩(wěn)延時時間增長，反之則縮 短。 若選擇 U2 U1，則當(dāng)輸入電壓在 [U2， U1]區(qū)間范圍時， LED 點亮，這是一個 “窗口 ”電壓指示器。 此電路亦可使用單電源，只需將運放正輸入端偏置在 1/2V+并將電阻 R2 下端接到運放正輸入端既可。因運放 Ai 輸入電阻高，運放 A1A4 均把輸出端直接接到負(fù)輸入端，信號輸入至正輸入端，相當(dāng)于同相放大狀態(tài)時 Rf=0 的情況，故各放大器電 壓放大倍數(shù)均為 1 ，與分立元件組成的射極跟隨器作用相同。 系統(tǒng) 總體 的設(shè)計 11 圖 2) 同相交流放大器 電路見圖 。電路無需調(diào)試。 四運放集成電路 LM324 (1) LM324 的基本結(jié)構(gòu) LM324 是四運放集成電路，它采用 14 腳雙 列直插塑料封裝，外形如圖 。 (2)光耦的作用 由于光耦 種類繁多，結(jié)構(gòu)獨特，優(yōu)點突出，因而其應(yīng)用十分廣泛，主要應(yīng)用以下場合： 1) 在邏輯電路上的應(yīng)用 光電耦合器可以構(gòu)成各種邏輯電路，由于光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構(gòu)成的邏輯電路更可靠。與變壓器相比，工作頻率范圍寬，耦合電容小，輸入輸出之間絕緣電阻高，并能實現(xiàn)信號的單方向傳遞。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。 (3) 場效應(yīng)管的分類 場效應(yīng)管分結(jié)型、 絕緣柵型 (MOS)兩大類 ； 按溝道材料 ： 結(jié)型和絕緣柵型各分 N 溝道和 P 溝道兩種 ； 按導(dǎo)電方式 ： 耗盡型與增強型 ,結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型 ， 絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型的 ， 也有增強型的。通常變壓器的額定功率愈大，效率就愈高。 按鐵芯或線圈結(jié)構(gòu)分類：芯式變壓器（插片鐵芯、 C 型鐵芯、鐵氧體鐵芯）、殼式變壓器（插片鐵芯、 C 型鐵芯、鐵氧體鐵芯）、環(huán)型變壓器、 金屬箔變壓器。穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓值應(yīng)與應(yīng)用電路的基準(zhǔn)電壓值相同，穩(wěn)壓二極管的最大穩(wěn)定電流應(yīng)高于應(yīng)用電路的最大負(fù)載電流 50%左右。 圖 (2) 穩(wěn)壓管的主要參數(shù) 1) 穩(wěn)定電壓 Uz Uz就是 PN 結(jié)的擊穿電壓，它隨工作電流和溫度的不同而略有變化。把這種類型的二極管稱為穩(wěn)壓管，以區(qū)別用在整流、檢波和其他單向?qū)щ妶龊系亩O管。 下面將講述設(shè)計中一些重要器件的應(yīng)用特性及其選擇原因。 系統(tǒng) 總體 的設(shè)計 3 第 二 章 系統(tǒng)總體的設(shè)計 系統(tǒng)實現(xiàn)功能及技術(shù)指標(biāo) （ 1） 充電保護(hù)： 在充電過程中，能夠 自行調(diào)節(jié)輸出電流及電壓，保證充電電電壓在 44V 左右。 設(shè)計中主要以模擬器件為核心設(shè)計并制作了充電電路。各 種各樣的充電式產(chǎn)品誕生并得到極大的發(fā)展，其高效、環(huán)保、便捷等優(yōu)點正逐步滲入我們的生活。本設(shè)計是基于對電動車充電，采用普通的電子元件、不用昂貴的專用集成電路，既便于制作又降低制作費用。 本次電動車充電器的設(shè)計 是將 220V 市電經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓輸出 44V 對電池進(jìn)行充電，同時 本電路具有電壓保護(hù)電路及燈光指示 充電狀態(tài)的功能。根據(jù)電動自行車鉛酸蓄電池的特點，當(dāng)其為 36V/12AH 時，采用限壓恒流充電方式，初始充電電流最大不宜超過 3A。該電路能實現(xiàn)充電過程的自動控制，設(shè)計中用橋式整流、濾波將 220V 交流電轉(zhuǎn)換成 311V 直流電，經(jīng)變壓器反 饋振蕩 得到 44V 充電電壓，充電過程中有保護(hù)電路控制電壓的輸出，同時指示電路反應(yīng)充電的狀態(tài)。 （ 2） 充電顯示：通過 LED 燈的閃爍，能夠顯示當(dāng)前的充電狀態(tài)。 功能元器件 的 概述 穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管 (又叫齊納二極管 )是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡稱穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓二極管的特點就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。對于同一型號的穩(wěn)壓管來說，穩(wěn)壓值有一定的離散性。 由 上述內(nèi)容可知，穩(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。 按電源相數(shù)分類：單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。 設(shè)計中所采用的變壓器由初線圈、上次級線圈、下次級線圈組成，如圖 所示。 系統(tǒng) 總體 的設(shè)計 7 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 。 故 只要加上正向電壓 vDS，就有電流 iD。 (1)光耦的分類 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。 2) 作為固體開關(guān)應(yīng)用 在開關(guān)電路中，往往要求控制電路和開關(guān)之間要有很好的電隔離，對于一般的電子開關(guān)來說是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實現(xiàn)。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨 立。放大器采用單電源供電，由 R R2 組成 1/2V+偏置， C1 是消振電容。同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。 R R2 組成 1/2V+偏置，靜態(tài)時 A1 輸出端電壓為 1/2V+，故運放 A2A4 輸出端亦為 1/2V+，通過輸入輸出電容的隔直作用，取出交流信號。 圖 5) 比較器 如圖 示， 當(dāng) 去掉運放的反饋電阻時 ,或者說反饋電阻趨于無窮大時 (即開環(huán)狀態(tài) ),理論上認(rèn)為運放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大 (實際上是很大 ,如 LM324運放開環(huán)放大倍 數(shù)為 100dB，既 10 萬倍 )。 此電路與 各類傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測、短路、斷路報警等。 如果將二極管 D1 去掉，則此電路具有加電延時功能。 圖 圖 是該器件的符號。如圖 所示的電路，當(dāng) R1和 R2的阻值確定時，兩者對 Vo的分壓引入反饋，若 V o增大，反饋量增大， TL431的分流也就增加，從而又導(dǎo)致 Vo下降。本次設(shè)計主要分為四個模塊，即電源電路、振蕩電路、電壓保護(hù)電路及燈光指示電路。 該電路是將市電 220V 由 JP1 輸入，經(jīng) D1D4 橋式整流變成脈動直流，再經(jīng)E1 濾波將脈動直流轉(zhuǎn)換成約 311V 的直流電壓。 （ a）橋式整流電路 （ b）波形圖 圖 單相橋式整流電路 流過負(fù)載的平均電流為 流過二極管的平均電流為 充電器系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 19 二極管所承受的最大反向電壓 流過負(fù)載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析，此時諧波分量中的二次諧波幅度最大。輸出平均電壓為 流過負(fù)載的平均電流為 充電器系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 21 二極管所承受的最大反向電壓 單相全波整流電路的脈動系數(shù) S 與單相橋式整流電路相同。 濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。 當(dāng) v2 到達(dá) 時，開始下降。 圖 電容濾波電路波形 需要指出的是，當(dāng)放電時間常數(shù) RLC 增加時， t1 點要右移， t2 點要左移，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減小；反之， RLC 減少時，導(dǎo)通角增加。 4) 電容濾波電路的 外特性 圖 電容濾波外特性曲線 整流 濾波電路中，輸出直流電壓 VO隨負(fù)載電流 IO的變化關(guān)系曲線如圖 所示。因橋式電路的對稱性和電感中電流的連續(xù)性，四個二極管 D D3； D D4 的導(dǎo)電角都是 180176。由此可見這是一自激式電路。 (1) 反 饋式振蕩電路 圖 （ a)為變壓器反饋振蕩電路，其正反饋過程是：若輸入 Ui 為上正下負(fù)，對于振蕩頻率，回路諧振的并聯(lián)阻抗為電阻性，所以輸出電壓 Uo 與 Ui反相，即 Uo 為上負(fù)下正，由于同名端決定了 Uf 為上正下負(fù)， Uf正好與 Ui同 相，只要 26 晶體管的β足夠大和變壓器的匝數(shù)比合適，電路一定能夠振蕩，還可以證明電路的起振條件和振蕩頻率分別為： β≥ rbeRC/M f≈ 1/2π 式中： rbe 為基極與射極度之間的交流等效電阻， R 為次級折算到初級的等效電阻， M 為互感系數(shù)。 圖 28 輸出回路的設(shè)計 輸出回路是向負(fù)載供電的回路和電路中控制部分需要供電的供電回路，見圖 所示。由輔助控制 回路用電壓經(jīng) Z2 穩(wěn)壓，進(jìn)一步由 Z1 進(jìn)行能隙電