【正文】 后，變壓器的工作出現(xiàn)兩種狀態(tài)，即 MOS 場效應(yīng)管Q14N90C 的導(dǎo)通與閉合。二極管 D12 負(fù)端高，正 端低，處于截止?fàn)顟B(tài)，同時， U2ALM324 狀態(tài)相反，輸出低電平，二極管 D11 導(dǎo)通，因此電流流向發(fā)光二極管 LED2，二極管發(fā)出綠光。 調(diào)試及說明 在調(diào)試過程中，將充電器的接 220V 電壓的兩條導(dǎo)線與插頭接好，注意用膠布將接口出包好，以防導(dǎo)線裸露出接觸造成短路，連接完后用萬用表測量插頭兩端是否短路，檢查完畢后將充電電池放入事先購買好的充電插槽中，接入 220V電源，發(fā)光二極管亮，電池兩端產(chǎn)生電壓，則充電開始，經(jīng)過一端時間后檢查電池兩端電壓是否發(fā)生變化，放電電路的檢查也和充電電路的檢查差不多。 在論文寫作以及電路設(shè)計(jì)的過程中，有時感覺很辛苦，有時還會產(chǎn)生放棄的念頭，但 是最終堅(jiān)持了下來，出色的完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，為了自己的目標(biāo)，更為了自己的選擇。越是不懂的東西才要去學(xué)，在學(xué)習(xí)的過程中你會收獲很多，其中一點(diǎn)就是互相學(xué)習(xí)是最好的學(xué)習(xí)途徑，在學(xué)習(xí)之后你會感覺到很有成就感，這也是我在完成設(shè)計(jì)之后體會到的。張 老師 以其淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘 。鍛煉了自己的細(xì)心和設(shè)計(jì)思路，動手能力得到很大的提高。根據(jù)取其精華，去其糟粕的原則，我撰寫了初稿，并加入了自己新穎的見解，在此期間，我多次與指導(dǎo)老師通過電話或短信以及利 用 Email 進(jìn)行溝通，聽取老師好的建議，積極采納。這樣有利于問題的分析和解決，不會造成問題的積累，而且不會因?yàn)橐粋€小問題而進(jìn)行整體電路的檢查，從而可以節(jié)約大量的調(diào)試時間。而當(dāng) VEE 未達(dá)到最大反向電壓時， U2CLM324 負(fù)端輸入小于 0，比較器輸出高電平， D15 處于導(dǎo)通狀態(tài)，光耦合器 U1PC817 有輸入電壓，處于工作狀態(tài)，因此 Q2 基極有電壓，處于導(dǎo)通狀態(tài)， 300V 電壓經(jīng) R3 流入地，場效應(yīng)管無電壓供給，處于斷開狀態(tài)。 4U =15V 電壓供給右半部分的指示燈控 制部分，而 5U = 電壓則供給右半部分 U2ALM324 和 U2BLM324 兩個比較器使用。電路設(shè)計(jì)如圖 。 U2C 的工作原理為：當(dāng)輸出電流達(dá)到 ， VEE 為 * =，經(jīng)過 R1 R22 的分壓，使得分壓點(diǎn)電位為低于 0V（ R22 的另一端電位為 ），送到 U2C 的反向輸入端，與其同相輸入端的 0V 比較，使得 U2C 輸出為趨向于增大，經(jīng) D1 R10 送到 PC817 光電耦合器，其發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)內(nèi)部三極管易于導(dǎo)通， Q2 趨于飽和， Q1 柵極電位降低，漏源之間趨向斷開，從而使輸出電壓降低，輸出的電流負(fù)載下降，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)的作用。另外， D E7 整流濾波后的電壓用于系統(tǒng)中各相關(guān)元件的供電，稱輔助控制回路用電壓。 保護(hù)電路設(shè)計(jì)如圖 所示，主要包括過流保護(hù)電路、輸出回路、基準(zhǔn)電路及電壓比較電路。負(fù)載繞組在提供電能的同時，也肩負(fù)起 穩(wěn)定電壓的能力，其原理是在電壓輸出電路接一個電壓取樣裝置，監(jiān)測輸出電壓的變化情況，及時反饋給振蕩電路調(diào)整振蕩頻率，從而達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的 。 該 311V 直流電壓加到開關(guān)變壓器的初級線圈的上端，經(jīng)下端接到場效應(yīng)管Q1 的漏極，同時 311V 還經(jīng) R R4 兩個 電阻串聯(lián)接到場效應(yīng)管柵極，設(shè)初始時 Q1 處于關(guān)斷狀態(tài)，由于 R R4 阻值較大， 300V 經(jīng)過 R R4 到 Q1 柵極只能使得場效應(yīng)管處于由關(guān)斷到微導(dǎo)通的過度過程，則初級產(chǎn)生上正下負(fù)的電勢，并感應(yīng)到下次級線圈，下 次級線圈產(chǎn)生下正上負(fù)的電勢，經(jīng) C5 使 Q1 進(jìn)一步導(dǎo)通，到一定程度后，初級電勢不再升高 ,下次級原感應(yīng)的電勢也消失， Q1 退出導(dǎo)通狀態(tài)復(fù)又進(jìn)入微導(dǎo)通狀態(tài)，此時初級產(chǎn)生下正上負(fù)的電勢，下次級感應(yīng)出上正下負(fù)的電勢，則負(fù)電壓通過 C5 加到柵極，使 Q1 迅速關(guān)斷。電感濾波的波形圖如 圖 所示。 圖 電容濾波的效果 充電器系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 23 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間常數(shù)， RLC 愈大，輸出電壓脈動就愈小，通常取 RLC 為脈動電壓中最低次諧波周期的 35 倍，即 式中 T 為交流電源電壓的周期。在超過 后的某個點(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，二極管關(guān)斷。電容濾波電路如圖 所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容 C。 濾波電路 整流電路輸出的直流電壓脈動大，僅適用于對直流電壓要求不高的場合，如電鍍、電解等設(shè)備。 根據(jù)圖 可知，輸出電壓在一個工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個正弦波。 在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔茫虼硕O管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。因此，在設(shè)計(jì)中它起到控制主回路的輸出電壓的作用。當(dāng)然，該圖絕不是 TL431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不能簡單地用這種組合來代替它。 精密基準(zhǔn)穩(wěn)壓源 TL431 (1) TL431 的簡介 TL431 是德州儀器公司（ TI ）生產(chǎn)的一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。當(dāng)輸入電壓 Ui 變?yōu)榈碗娖綍r，二極管 D1 導(dǎo)通，電容 C1 通過 D1 迅速放電，使U2 突然 降至地電平，此時因?yàn)?U1U2，故運(yùn)放 A1 輸出低電平。運(yùn)放 A A2 只要有一個輸出高電平，晶體管 BG1 就會導(dǎo)通，發(fā)光二極管 LED 就會點(diǎn)亮。上式中，當(dāng) fo=1KHz 時， C 取 。此電路可將輸入交流信號分成三路輸出，三路信號可分別用作指示、控制、分析等用途。一般情況下先取 Ri 與信號源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定 Rf。 圖 圖 (2) LM324 的應(yīng)用 1) 反相交流放大器 電路見 圖 。 本次設(shè)計(jì)選用的光耦即為 PC817A— C 系列 。 開關(guān)電源中常用的光耦是線性光耦。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。 目前應(yīng)用比較廣泛的是 N 溝道場效應(yīng)管，就像三極管 NPN 型應(yīng)用比較多一樣。 場效應(yīng)管可以用作電子開關(guān) 。 4) 電壓比 指變壓器初級電壓和次級電壓的比 值，有空載電壓比和負(fù)載電壓比的區(qū)別。 圖 (1) 變壓器的分類 按冷卻方式分類：干式（自冷）變壓器、油浸（自冷）變壓器、氟化物（蒸發(fā)冷卻）變壓器。 (3) 穩(wěn)壓二極管的選用 穩(wěn)壓二極管一般用在穩(wěn)壓電源中作為基準(zhǔn)電壓源或用在過電壓保護(hù)電路中作為保護(hù)二極管。因?yàn)檫@種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用。 圖 (1) 穩(wěn)壓管工作原理 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。 結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 ② 采用整流穩(wěn)壓電路， 2 以實(shí)現(xiàn)安全充電，其常用的器件在實(shí)現(xiàn)快速充電的同時又加以保護(hù)電路，以保證元器件的性能。本文通過四部分電路的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)充電器的功能，即電源電路、振蕩電路、保護(hù)電路和充電狀態(tài)指示電路。小到可以隨身攜帶的電子產(chǎn)品，如 MP3， USB 存儲器，大到電瓶車、電視、巨型計(jì)算機(jī)，在我們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓椒奖懔宋覀兊纳睿?21 世紀(jì)，電子技術(shù)在以更快的速度前進(jìn)，新一代的電子產(chǎn)品更廣泛地應(yīng)用在我們生活的各個方面。 充電器的種類很多，其原理大同小異?；鶞?zhǔn)電路采用 TL431 精密基準(zhǔn)穩(wěn)壓源輸出 電壓以控制電壓變化 ， LM324 四運(yùn)算放大器起到過流保護(hù)、穩(wěn)定輸出電壓、控制充放電狀態(tài)等作用。在充電過程中，充電電流還將逐漸降低。在設(shè)計(jì)過程方面， 從總體方案、單元電路、元器件選擇和設(shè)計(jì)到調(diào)試等同樣進(jìn)行了細(xì)致的介紹。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)課題的要求和技術(shù)指標(biāo)，能實(shí)現(xiàn)對 充電過程的保護(hù)、充電狀態(tài)顯示 等的方案可謂很多。穩(wěn)壓管在反向擊穿時，在一定的電流范圍內(nèi)（或者說在一定功率損耗范圍內(nèi)）， 電源電路 振蕩電路 電壓保護(hù)保護(hù)電路 充電狀態(tài)指示電路 4 端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛應(yīng)用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。如圖 畫出了穩(wěn)壓管的 伏安特性及其 符號。它通常有一定的范圍，即 Izmin—— Izmax。 變壓器 變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級線圈中通有交流電流時，鐵芯 （或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。 6 (2) 電源變壓器的特性參數(shù) 1) 工作頻率 變壓器鐵芯損耗與頻率關(guān)系很大，故應(yīng)根據(jù)使用頻率來設(shè)計(jì)和使用，這種頻率稱工作頻率。 場效應(yīng)管 場效應(yīng)晶體管（ Field Effect Transistor 縮寫 (FET)）簡稱場效應(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 。 表 各種場效應(yīng)管特性比較 結(jié)構(gòu)種類 工作方式 符號 電壓極性 轉(zhuǎn)移特性 iD = f (vGS) 輸出特性 N 溝道 MOSFET 耗盡型 + 增 強(qiáng) 型 + + P 溝道 MOSFET 耗盡型 + 增強(qiáng)型 8 P 溝道 JFET 耗盡型 + (4)場效應(yīng)管工作條件 場效應(yīng)管和三極管的功能、作用一樣，可以用于放大、振蕩、開關(guān)電路。 光電耦合器 把發(fā)光器件和光敏器件按適當(dāng)方式組合，就可以實(shí)現(xiàn)以光信號為媒介的電信號變換。 常用的 4N 系列光耦屬于非線性光耦 。 4) 在脈沖放大 電路中的應(yīng)用 光電耦合器應(yīng)用于數(shù)字電路，可以將脈沖信號進(jìn)行放大。兩個信號輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的位相反； 10 Vi+（ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號與 該輸入端的相位相同。負(fù)號表示輸出信號與輸入信號相位相反。電路的電壓放大倍數(shù) Av也僅由外接電阻決定： Av=1+Rf/R4，電路輸入電阻為 R3。 如圖 。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓 時，運(yùn)放輸出低電平。此電路可用在一些自動控制系統(tǒng)中。參考圖 。 TL431 的具體功能可以用如圖 的功能模塊示意。選擇不同的 R1和 R2的值可以得到從 36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng) R1=R2時，Vo=5V。下面將具體介紹這四大模塊的電路設(shè)計(jì)。 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(yùn)用，具有單向?qū)щ娦浴? 3) 單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線 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 所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。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。電感器 L 對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此 L 應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。當(dāng) ＲL 很小，即 IL 很大時，電容濾波的效果不好，見圖 濾波曲線中的 2。一般耐壓值?。?）V2.。在接通電源的瞬間，將產(chǎn)生強(qiáng)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，回事負(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。自 激式是無須外加信號源能自行振蕩，自激式完全可以把它看作是一個變壓器反饋式振蕩電路，而它激式則完全依賴于外部維持振蕩，在實(shí)際應(yīng)用中自激式應(yīng)用比較廣泛。 本設(shè)計(jì)選用的是變壓器反饋式振蕩電路，它能夠 將電路工作時所產(chǎn)生的電流電壓通過相關(guān)器件自行反饋，從而改變振蕩頻率維持充電狀態(tài)的穩(wěn)定性。電路中 R12 的作用在與檢測負(fù)載中電流的大小以便后續(xù)電路進(jìn)行對輸出電流的 控制。