【文章內(nèi)容簡介】 （限流）、整流電路。由于電容的內(nèi)阻很大，則輸出近似為恒流，經(jīng)二極管 VD5－VD7 給電池充電，并在 VD5－VD7 上產(chǎn)生約 的電壓降使發(fā)光二極管發(fā)光（綠色），作為充電指示。三極管 VT 和電位器 RP 組成自動(dòng)保護(hù)電路。當(dāng)電池充滿后，VT 飽和導(dǎo)通，自動(dòng)切斷充電電流。同時(shí) A 點(diǎn)電位下降至 左右，這時(shí)，VB＞VA，使紅色發(fā)光二極管發(fā)光，表示充電結(jié)束。從上面的分析可能得出：該電路具有良好的充電狀態(tài)指示和充滿電量后自動(dòng)切斷充電電路的功能?？梢詽M足本文所要求的進(jìn)入第三階段的能力（在下一章論述） ，電路結(jié)構(gòu)也比較簡單，但是電路的充電效率較低，因?yàn)樵陔姵乜梢越邮芎懔鞔箅娏鞒潆姇r(shí)，電路VA VB江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9卻仍然以小電流在工作，這是該電路的一個(gè)弱點(diǎn)。此外，充電電壓易受市電電壓波動(dòng)的影響。 多功能充電器多功能充電器電路 32 所示。 LED LED LED LED R11 R12 R13 R146v V10 Vmul 30 30 30 302 LM317 3 R3 R21 R22 R23 R24AD0 1 120 10 10 10 10 C T1 T2 T3 T4 1000UF R4 9014 9014 9014 9014480 VE VE VE VE圖 32 多功能充電器電路圖 32 所示的充電電路可同時(shí)對(duì) 1 到 4 節(jié)鎳氫電池分別充電，采取智能充電方式，充滿電量后自動(dòng)停止。充電前先調(diào)節(jié) R4，使三端可調(diào)穩(wěn)壓管 LM317 的輸出電壓為預(yù)定值Vo，預(yù)定值 Vo 由所充電的電池電壓決定，即：Vo=Ve+Vbe。充電過程中，電池電壓 Ve 逐漸上升，Vo 保持恒定不變，當(dāng)電池電壓 Ve 上升到（VoVbe）時(shí)，BJT 截止，充電終止。充電電流由 R11～R14 控制。在充電狀態(tài)顯示方面，BJT導(dǎo)通，相應(yīng)的充電指示燈 LED 點(diǎn)亮。充電電流減小時(shí)，變?yōu)楹銐盒‰娏鞒潆?LED 的亮度減弱，直到電池充滿電，BJT 截止，相應(yīng)的指示燈熄滅。對(duì)于過充問題，當(dāng)電池充電結(jié)束后，即使不切斷電源，由于 BJT 近乎截止，充電電流很小，電池電壓不會(huì)再升高，這樣長時(shí)間充電對(duì)電池也不會(huì)有損害。為保護(hù)充電電池，電路中設(shè)置了 R11～R14 的限流電阻。分析該電路，不難理解該電路較上面兩個(gè)電路性能優(yōu)異，在電路結(jié)構(gòu)方面也比較合理，是本設(shè)計(jì)參考的重要電路。充電電壓穩(wěn)定，抗擊市電電壓波動(dòng)的能力較強(qiáng)。仔細(xì)分析電路的結(jié)構(gòu)和功能，發(fā)現(xiàn)它并不理想。表現(xiàn)在充電器電路并不能跟蹤電池的狀態(tài)以確定最佳的充電電流；它是一個(gè)限壓充電電路（電壓由 LM317 及其外圍電路限制） ，即充電電壓限制為一個(gè)定值，這樣充電電流就由三極管 T1～T4 和電阻 R11～R14 控制。隨著電池電壓的上升，充電電流不是一個(gè)恒定值而是一個(gè)逐漸減小的值，對(duì)于高效來說這個(gè)設(shè)計(jì)還欠佳。江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 智能充電器典型電路充電電路（MAX846A）如圖 33 所示。圖 33 智能充電器芯片典型應(yīng)用電路該充電器電路是以智能充電芯片 MAX846A 為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的，由于 MAX846A 使得外圍電路更簡單，但是這個(gè)芯片價(jià)格較貴，對(duì)于以后充電器電路的擴(kuò)展不利，同時(shí)對(duì)于充電器的應(yīng)用范圍擴(kuò)展也不利。因此，本設(shè)計(jì)也不采用這種設(shè)計(jì)思路。 本設(shè)計(jì)采用的充電器設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)將以上述的設(shè)計(jì)電路為參考并在分析電池充電狀態(tài)變化的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)智能充電器電路。使其具有充電高效，保護(hù)電池，狀態(tài)指示，自動(dòng)跟蹤電池狀態(tài)并切換電路的能力。在功能上進(jìn)行了一定的調(diào)整以適應(yīng)市場(chǎng)的需要。在系統(tǒng)功能的規(guī)劃中考慮到硬件實(shí)現(xiàn)的成本和可能性，所以本設(shè)計(jì)把功能適用、價(jià)格低廉、電路簡化作為設(shè)計(jì)的目標(biāo)。系統(tǒng)功能劃分方框圖在第四章將詳細(xì)說明。充電器設(shè)計(jì)方案中采用了第一節(jié)所述電路的限壓和狀態(tài)顯示部分（本設(shè)計(jì)的過流保護(hù)單元采用） ，第三節(jié)所述的限流部分的電路，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些智能化的功能劃分和電路設(shè)計(jì)（電路狀態(tài)切換） 。本設(shè)計(jì)最突出的思路是將軟件部分也采用硬件來完成，例如電壓窗口范圍的檢測(cè)、電流輸出的控制以及限壓部分的電路。按照智能充電器設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求，本文所述的智能充電器功能劃分方框圖如圖 34 所示。江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11市電輸入220V（110V）電壓變送單元控制單元電壓檢測(cè)單元市電輸入保護(hù)單元電流輸出控制單元顯示單元可充電電池圖 34 充電器系統(tǒng)方框圖江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 124 硬件電路設(shè)計(jì)本文參考了如上一章中的所述的市售充電器的電路和國內(nèi)外的設(shè)計(jì)方案，認(rèn)為充電電池的使用壽命和電池電量在使用中不斷減小的原因，除了一些制造工藝上的問題外，最值得引起注意的應(yīng)是充電器問題。市售充電器的充電電路粗糙，沒有給充電電池提供足夠的保護(hù)，沒有按照上文所述的充電電池的特性而改變充電器的工作方式。用戶只能根據(jù)市售充電器說明書上的充電時(shí)間來對(duì)電池進(jìn)行充電管理，這給用戶帶來了很大的不便。過充或欠充根本就無法區(qū)分。這些缺陷使得電池的壽命嚴(yán)重縮短，影響用戶的正常使用。因此，本設(shè)計(jì)要克服以上缺陷，試制一款智能型鎳氫電池充電器。 系統(tǒng)功能模塊分析充電器系統(tǒng)方框圖如圖 34 所示。在這里需要說明的是，在本設(shè)計(jì)硬件電路的實(shí)現(xiàn)中有些硬件電路具有兩個(gè)以上的子模塊功能。例如電流輸出控制單元和控制單元都是窗口檢測(cè)電路和非門協(xié)同工作時(shí)所具有的功能。系統(tǒng)功能在邏輯上的劃分為硬件電路的實(shí)現(xiàn)提供參考，同時(shí)硬件電路的設(shè)計(jì)可以將系統(tǒng)所劃分出的邏輯功能綜合實(shí)現(xiàn)。 (1) 市電輸入保護(hù)單元市電輸入保護(hù)單元的任務(wù)是保護(hù)充電系統(tǒng)免于市電電涌，雷擊，脈沖沖擊和高壓的危害并在出現(xiàn)這些情況時(shí)能夠讓充電電路及時(shí)脫離市電電網(wǎng)，從而防止這些不利因素對(duì)充電電路的損害。實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)證明具有一定電流容忍度的電熔絲就可以滿足這個(gè)要求，因而不必設(shè)計(jì)復(fù)雜的電路實(shí)現(xiàn)。 (2) 電壓變送單元電壓變送單元的功能是變換市電電壓（交流 220V）以提供合適的電壓送往電流輸出控制單元轉(zhuǎn)換成電流。這部分電路的要求是電壓穩(wěn)定性比較高，輸出電壓不會(huì)因負(fù)載的變化而改變的太多。(3) 電壓檢測(cè)單元檢測(cè)可充電電池電壓，分析電壓值，決定輸出電平以控制電流輸出控制單元工作。這部分電路只需要一個(gè)反向器就可滿足該單元的功能要求。 (4) 電流輸出控制 單元控制單元的功能是控制充電電流的大小，完成狀態(tài)的切換。它的輸入信號(hào)是通過窗口檢測(cè)電路接收并分析電壓檢測(cè)單元的輸入電壓值后并決定其輸出的電平。通過這個(gè)邏輯電平來開啟或關(guān)閉該單元，完成系統(tǒng)劃分的任務(wù)。江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13(5) 顯示單元顯示單元應(yīng)當(dāng)最簡化，最好只用 LED 完成功能和狀態(tài)指示。在本設(shè)計(jì)中，采用了兩個(gè) LED，一個(gè)為綠色，另一個(gè)為紅色。紅色指示電源是否開通，而綠色則指示是處于充電狀態(tài)還是已經(jīng)充滿電。 充電器工作原理本智能型鎳氫電池充電器能夠根據(jù)鎳氫電池的狀態(tài)自動(dòng)切換工作方式，以不同的充電電流灌注電池。從預(yù)充電狀態(tài)開始經(jīng)過快速充電階段最終在充電即將結(jié)束時(shí)，維持電池電壓不變或不超過限制電壓，從而進(jìn)入維護(hù)充電狀態(tài)。到此一個(gè)完整的鎳氫充電電池的充電過程結(jié)束。總的工作過程可概括為：當(dāng)電池電壓低于 時(shí)，進(jìn)行恒流小電流預(yù)充電，大小約 100mA；在電池電壓在 ～ 時(shí)，進(jìn)行恒流大電流充電，大小約1100mA；電池電壓達(dá)到 ～ 時(shí)，進(jìn)入維護(hù)充電狀態(tài)。此時(shí)，電路保證電池電壓不會(huì)超過 的限制。以上的工作方式切換由充電電路自動(dòng)完成，不受人為干預(yù)。本設(shè)計(jì)為了降低成本，滿足用戶需要，避免使用昂貴的專用集成電路芯片（例如MAX846A、MAX712E、PS171PS1719 等）而盡量使用價(jià)格低廉的分立元器件組成。 硬件電路實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)中主要采用的分立元器件有 L7805CV（三端固定穩(wěn)壓集成電路） 、LM324N、PNP 型三極管 S901NPN 型三極管 S901電位器、二極管 1N4007。所需元器件的數(shù)量、規(guī)格、封裝見附表 1 所示。L7805 是日本三洋公司生產(chǎn)的三端固定穩(wěn)壓集成電路，廣泛應(yīng)用于各種電器的電源電路中。在電路的硬件實(shí)現(xiàn)中，主要的電路有市電輸入保護(hù)電路，穩(wěn)壓電路，恒流源電路，開關(guān)電路，限壓電路，窗口檢測(cè)電路，非門電路、過流保護(hù)電路。(1) 市電輸入保護(hù)電路市電輸入保護(hù)電路由具有一定電壓容忍限度的電熔絲構(gòu)成，電路如圖 41 所示。它本身就具有在高壓脈沖條件下（例如雷擊、電網(wǎng)波動(dòng)沖擊）自動(dòng)切斷電路的能力，過流圖 41 市電輸入保護(hù)單元也會(huì)使其在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)熔斷，可以對(duì)充電電路起到保護(hù)的作用。因此，不需要也沒有必要設(shè)計(jì)一個(gè)專門的保護(hù)電路。江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14(2) 穩(wěn)壓電路本設(shè)計(jì)中的穩(wěn)壓電路采用 L7805CV 和一些必要的外圍電路實(shí)現(xiàn)，典型應(yīng)用電路如圖42 所示。圖 42 L7805CV 典型應(yīng)用電路外圍電路主要是兩個(gè)電容，并聯(lián)在輸入端的電容是為了防止脈沖電壓進(jìn)入 L7805CV，并聯(lián)在輸出端的電容是起著頻率補(bǔ)償?shù)淖饔靡苑乐狗€(wěn)壓電路發(fā)生振蕩。數(shù)據(jù)手冊(cè)說明L7805CV 輸出腳的最大輸出電流約為 1000mA，本設(shè)計(jì)中要求最大輸出電流為恒流1100mA，因此在電路中并聯(lián)了三個(gè) PNP 型三極管 S9015 作為電流輔助通道以增大穩(wěn)壓電路的輸出電流，電路如圖 43 所示，輸入端接直流電源輸入。Q1輸入 S9015 Q2 S9015 Q3 C4 D5 V