【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 組成自動保護電路。當電池充滿后，VT 飽和導通，自動切斷充電電流。同時 A 點電位下降至 左右，這時，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切斷充電電路的功能?？梢詽M足本文所要求的進入第三階段的能力（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，因為在電池可以接受恒流大電流充電時，電路VA VB江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文） 9卻仍然以小電流在工作，這是該電路的一個弱點。此外，充電電壓易受市電電壓波動的影響。 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對 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 的輸出電壓為預定值Vo，預定值 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，當電池電壓 Ve 上升到（VoVbe）時，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導通，相應的充電指示燈 LED 點亮。充電電流減小時，變?yōu)楹銐盒‰娏鞒潆?LED 的亮度減弱，直到電池充滿電，BJT 截止，相應的指示燈熄滅。對于過充問題，當電池充電結(jié)束后，即使不切斷電源，由于 BJT 近乎截止，充電電流很小，電池電壓不會再升高，這樣長時間充電對電池也不會有損害。為保護充電電池，電路中設置了 R11～R14 的限流電阻。分析該電路，不難理解該電路較上面兩個電路性能優(yōu)異，在電路結(jié)構(gòu)方面也比較合理，是本設計參考的重要電路。充電電壓穩(wěn)定，抗擊市電電壓波動的能力較強。仔細分析電路的結(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，充電電流不是一個恒定值而是一個逐漸減小的值，對于高效來說這個設計還欠佳。江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（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用電路該充電器電路是以智能充電芯片 MAX846A 為基礎(chǔ)設計的，由于 MAX846A 使得外圍電路更簡單，但是這個芯片價格較貴，對于以后充電器電路的擴展不利，同時對于充電器的應用范圍擴展也不利。因此，本設計也不采用這種設計思路。 本設計采用的充電器設計方案本設計將以上述的設計電路為參考并在分析電池充電狀態(tài)變化的基礎(chǔ)上重新設計智能充電器電路。使其具有充電高效，保護電池，狀態(tài)指示，自動跟蹤電池狀態(tài)并切換電路的能力。在功能上進行了一定的調(diào)整以適應市場的需要。在系統(tǒng)功能的規(guī)劃中考慮到硬件實現(xiàn)的成本和可能性，所以本設計把功能適用、價格低廉、電路簡化作為設計的目標。系統(tǒng)功能劃分方框圖在第四章將詳細說明。充電器設計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（本設計的過流保護單元采用） ，第三節(jié)所述的限流部分的電路，并在此基礎(chǔ)上進行了一些智能化的功能劃分和電路設計（電路狀態(tài)切換） 。本設計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、電流輸出的控制以及限壓部分的電路。按照智能充電器設計的目標和要求，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)學院畢業(yè)設計（論文） 11市電輸入220V（110V）電壓變送單元控制單元電壓檢測單元市電輸入保護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)學院畢業(yè)設計（論文） 124 硬件電路設計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)外的設計方案，認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，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間來對電池進行充電管理，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重縮短，影響用戶的正常使用。因此，本設計要克服以上缺陷，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，在本設計硬件電路的實現(xiàn)中有些硬件電路具有兩個以上的子模塊功能。例如電流輸出控制單元和控制單元都是窗口檢測電路和非門協(xié)同工作時所具有的功能。系統(tǒng)功能在邏輯上的劃分為硬件電路的實現(xiàn)提供參考，同時硬件電路的設計可以將系統(tǒng)所劃分出的邏輯功能綜合實現(xiàn)。 (1) 市電輸入保護單元市電輸入保護單元的任務是保護充電系統(tǒng)免于市電電涌，雷擊，脈沖沖擊和高壓的危害并在出現(xiàn)這些情況時能夠讓充電電路及時脫離市電電網(wǎng)，從而防止這些不利因素對充電電路的損害。實驗和經(jīng)驗證明具有一定電流容忍度的電熔絲就可以滿足這個要求，因而不必設計復雜的電路實現(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，輸出電壓不會因負載的變化而改變的太多。(3) 電壓檢測單元檢測可充電電池電壓，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。它的輸入信號是通過窗口檢測電路接收并分析電壓檢測單元的輸入電壓值后并決定其輸出的電平。通過這個邏輯電平來開啟或關(guān)閉該單元，完成系統(tǒng)劃分的任務。江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文） 13(5) 顯示單元顯示單元應當最簡化，最好只用 LED 完成功能和狀態(tài)指示。在本設計中，采用了兩個 LED，一個為綠色，另一個為紅色。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)自動切換工作方式，以不同的充電電流灌注電池。從預充電狀態(tài)開始經(jīng)過快速充電階段最終在充電即將結(jié)束時，維持電池電壓不變或不超過限制電壓，從而進入維護充電狀態(tài)。到此一個完整的鎳氫充電電池的充電過程結(jié)束?？偟墓ぷ鬟^程可概括為：當電池電壓低于 時，進行恒流小電流預充電，大小約 100mA；在電池電壓在 ～ 時，進行恒流大電流充電，大小約1100mA；電池電壓達到 ～ 時，進入維護充電狀態(tài)。此時，電路保證電池電壓不會超過 的限制。以上的工作方式切換由充電電路自動完成，不受人為干預。本設計為了降低成本，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）而盡量使用價格低廉的分立元器件組成。 硬件電路實現(xiàn)本設計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，廣泛應用于各種電器的電源電路中。在電路的硬件實現(xiàn)中，主要的電路有市電輸入保護電路，穩(wěn)壓電路，恒流源電路，開關(guān)電路，限壓電路，窗口檢測電路，非門電路、過流保護電路。(1) 市電輸入保護電路市電輸入保護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)波動沖擊）自動切斷電路的能力，過流圖 41 市電輸入保護單元也會使其在短時間內(nèi)自動熔斷，可以對充電電路起到保護的作用。因此，不需要也沒有必要設計一個專門的保護電路。江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文） 14(2) 穩(wěn)壓電路本設計中的穩(wěn)壓電路采用 L7805CV 和一些必要的外圍電路實現(xiàn)，典型應用電路如圖42 所示。圖 42 L7805CV 典型應用電路外圍電路主要是兩個電容，并聯(lián)在輸入端的電容是為了防止脈沖電壓進入 L7805CV，并聯(lián)在輸出端的電容是起著頻率補償?shù)淖饔靡苑乐狗€(wěn)壓電路發(fā)生振蕩。數(shù)據(jù)手冊說明L7805CV 輸出腳的最大輸出電流約為 1000mA，本設計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 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