【正文】 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)活動(dòng)，本設(shè)計(jì)人對(duì)電子元器件有了較深的認(rèn)識(shí)、掌握了各種電路板制板軟件的使用、走過了整個(gè)設(shè)計(jì)的過程。 本設(shè)計(jì)避免使用昂貴的專用集成電路芯片（如 MAX712～ 713， MAX864A 等），而選擇使用分立元器件構(gòu)成充電器電路，這樣可 以使得成本低廉。在這些電路圖出現(xiàn)之前，本文設(shè)想了很多的電路，但是最終不是因?yàn)殡娐返膶?shí)現(xiàn)太因難就是因?yàn)槌杀咎叨艞墶Ｒ粋€(gè)紅色 LED，指示電源是否斷電，另一個(gè)為綠色 LED，顯示鎳氫電池的充電狀態(tài)，燈滅表示正在充電 ，燈亮表示充滿電，可以取用了。設(shè)置二極管的目的是為了在充電的過程中鎳氫電池不會(huì)因市電斷電而放電既而白白損耗電池電量。在這一電壓段范圍內(nèi)，鎳氫電池可以接受大電流充電，這就是在窗口檢測(cè)電路中設(shè)置 和 的原因。根 據(jù)大量的數(shù)據(jù)手冊(cè)和用戶反應(yīng)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，鎳氫電池的充電終止電壓約為 ，可以認(rèn)為是 ，放電終止電壓為 ，經(jīng)驗(yàn)值可以為 。 過 流 保護(hù)和顯示 電路 過壓保護(hù)和顯示單元的實(shí)現(xiàn)電路如圖 47 所示。它實(shí)際上是一個(gè)直流反向器而且只工作在電壓反向狀態(tài)。本設(shè)計(jì)中對(duì)控制電路的設(shè)置保證了通道在高電平（ ）時(shí)能夠?qū)ǎ碗娖剑?）時(shí)關(guān)閉其通道，能夠被非門輸出的邏輯電平所控制。 Q6 與 R5 和 R7 組成如 所示的非門電路， Q4 和 Q5組成充電器電路的電流通道開關(guān)?，F(xiàn)重述這一工作過程：當(dāng)電壓窗口檢測(cè)電路的輸出為高電平（ ）時(shí)，大于表 提供的驅(qū)動(dòng)電壓值（ ），非門接收到這個(gè)電壓信號(hào)后，輸出為低電平（ ），這樣低的電壓不足以開啟電流通道（至少需要大于 才能開啟）。非門的輸入信號(hào)是電壓窗口檢測(cè)電路輸出的負(fù)邏輯電平，輸出信號(hào)（邏輯電平）則用于控制電流通道工作。選用集成的非門電路顯得太浪費(fèi)，故本設(shè)計(jì)采用一個(gè)三極管 S9014 和兩個(gè)電阻構(gòu)成非門。 實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)如表 52 所示（窗口上門限為 ，下門限為 ）。最終的輸出電平仍為高電平，表示輸入待檢測(cè)的電壓不在這個(gè)范圍內(nèi)。電路中設(shè)定 VCC 為 ，在分壓電阻的作用下分別取得兩個(gè)電壓比較點(diǎn)： 和 。通過對(duì)分壓電阻值的設(shè)定可以改變窗口檢測(cè)電路的窗口范圍。本設(shè)計(jì)中要用其中的三個(gè)，如有特別需要，第四個(gè)用作溫度檢測(cè)電路備用。 LM324N 簡(jiǎn)介 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 LM324N 的外部引腳如圖 57 所示 。在本設(shè)計(jì)中為了增強(qiáng)充電器電路的抗擊市電電壓波動(dòng)能力，將輸入的直流電壓設(shè)置為 。 S9013 的開通偏置電壓為 ，其開通與否由電壓檢測(cè)單元輸出電壓信號(hào)經(jīng)窗口檢測(cè)電路分析后提供一個(gè)輸出邏輯電平控制。 S9015 可以允許通過的最大電流是 ，三個(gè)并聯(lián)使用可以為輸出增加 的電流。當(dāng)充電電路的主通道中流過的電流（即流過 L7805CV）達(dá)到 ～ 時(shí)，電阻 R2 上有約 的壓降。 本文在設(shè)計(jì)中需改進(jìn)這個(gè)典型的應(yīng)用電路 (如圖 42 所示 )，以適應(yīng)充電器電路的功能要求。 L7805CV 典型應(yīng)用電路如 圖 32所示。本設(shè)計(jì)采用集成穩(wěn)壓電路 L7805CV，在決定使用這個(gè)集成電路之間，本設(shè)計(jì)也做了一個(gè)用三極管和外圍電阻組成的穩(wěn)壓電路，電路圖如圖 56 所示。經(jīng)過這種變換，可以得到直流 的電壓輸出。由于在這個(gè)電路中充電速度快而放電速度慢。經(jīng)過測(cè)試證明輸出電壓的波形比較接近直流（波形是一條常數(shù)直線）。隨后輸入變壓器，變壓器的輸出電壓范圍在交流 16V 到 24V。制造電熔絲的材料是一種在大電流時(shí)會(huì)瞬時(shí)發(fā)熱使自身熔化的鉛錫合金，它的熔化速度很快，充電器電路在這段時(shí)間內(nèi)可以容忍一下。 智能充電器硬件參數(shù)分析 市電輸入保護(hù) 電路 市電輸入保護(hù)單元電路如圖 41所示。C ，這是可充電電池的正常工作溫度范圍。這時(shí)，單節(jié)電池的電壓被電路限制在 ，直到達(dá)到 時(shí)，顯示單元點(diǎn)亮指示燈，表示充電過程結(jié)束，可取用電池了。這個(gè)輸出電平用于控制 1000mA 的電流通道的開閉，從而控制充電電路的輸出電流。 (8) 電壓檢測(cè)電路 電壓檢測(cè)電路本質(zhì)上就是一個(gè)反向器，電路如圖 48 所示。它的作用是實(shí)現(xiàn)窗口檢測(cè)電路與開關(guān)電路的邏輯電平 匹 配。當(dāng)輸入電壓在此范圍內(nèi)，檢測(cè)電路輸出為低電平，反之輸入電壓低于 或高于 ，檢測(cè)電路的輸出為高電平。 與 S9015 一樣，其開通電壓也是 ，允許最大電流是 500mA。這很容易實(shí)現(xiàn)，只要電路的電壓不變江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 則輸出電流不會(huì)變。 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。 (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。 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 S901 NPN 型三極管 S901電位器、二極管 1N4007。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 ～ ，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)。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。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。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 。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)。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。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。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）。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。 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 。充電電壓穩(wěn)定，抗擊市電電壓波動(dòng)的能力較強(qiáng)。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。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。可以滿足本文所要求的進(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(jiǎn)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)。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，保護(hù)電路自動(dòng)切斷充電電流，從而防止過充電。 最普通的 充電器電路 充電器電路如圖 31所示 。 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 3 智能充電 器 設(shè)計(jì)方案分析 本章分析幾個(gè)國(guó)內(nèi)外比較典型的充電器電路，他們的設(shè)計(jì)思想值得本設(shè)計(jì)借鑒。電壓維 持在標(biāo)稱狀態(tài)。電池電壓緩慢從預(yù)充電電壓上升到標(biāo)稱電壓。 鎳 鎘 鎳 氫 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 鎳氫電池的充電狀態(tài) 通過分析鎳氫電池的充放電特性曲線將充電狀態(tài)（階段）分為三個(gè)，以利于充電器功能的規(guī)化。這是由于電 池內(nèi)部基本沒有存貯電量，活性化學(xué)物質(zhì)會(huì)大面積的快速激活，電壓也隨之快速上升。C 。如果電池電壓低于放電終止電壓時(shí)繼續(xù)放電，電池電壓迅速下降，形成深度放電，則再進(jìn)行充電時(shí)，電池極板上的活性物質(zhì)就不易再恢復(fù)，嚴(yán)重影響電池的壽命。隔膜采用多孔維尼綸無紡布或尼龍無紡布等。過量充電時(shí)的電化學(xué)反應(yīng)如下式所示。電解液采用 30%的 KOH 溶液。這些數(shù)據(jù)可以為充電器電路的設(shè)計(jì)提供參考。 充電器的技術(shù)設(shè)計(jì)要求：可對(duì) 2 節(jié)鎳氫電池充電；具有過流、過壓保護(hù)功能；充電方式根據(jù)電池狀態(tài)自動(dòng)切換；具有短路保護(hù)功能；具有狀態(tài)顯示功能。 充電電池的普及對(duì)充電器的技術(shù)要求越來越高。不可充電電池，（特別是含有重金屬汞的電池），由于對(duì)環(huán)境的污染而遭到普遍的批評(píng)，各電池生產(chǎn)廠商把業(yè)務(wù)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到可充電電池上 ,隨著技術(shù)的日趨成熟，可充電電池正以迅雷不及掩耳之勢(shì)取代了不可充電電池的市場(chǎng)。當(dāng)充電電流下降到生產(chǎn)商設(shè)定的最小電流時(shí)就要停止充電。 NiMH 電池的自放電率大概為 20%/ 月。 鎳氫電池 (NiMH) 在輕重量的手持設(shè)備中如手機(jī)、手持?jǐn)z象機(jī)，等等鎳氫電池是使用最廣 的。在電池包里第一個(gè)被完全放電的單元會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。 鎳鎘電池 (NiCd) NiCd 電池目前使用得很普遍。 現(xiàn)代消費(fèi)類電器主要使用如下四種電池： ? 密封鉛酸電池 (SLA) ? 鎳鎘電池 (NiCd) ? 鎳氫電池 (NiMH) ? 鋰電池 (LiIon) 在正確選擇電池和充電算法時(shí)需要了解這些電池的背景知識(shí)。一些電能轉(zhuǎn)化成了熱能，對(duì)電池起了加熱的作用。若涓流充電時(shí)電流為 C/40，則充電電流即為電池容量除以 40。 充電方法 SLA 電池和鋰電池的充電方法為恒定電壓法要限流； NiCd 電池和 NiMH 電池的充電方法為恒定電流法，且具有幾個(gè)不同的停止 充電的判斷方法。這類充電器與鋰離子電池一起工作，具有充滿電后自動(dòng)停止充電，溫度檢測(cè)的功能，但是這種充電器一般比較昂貴且通用性不強(qiáng)。按照智能化的要求，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。 左右。例如，對(duì)鎳氫電池（充電終止電壓為R 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 ）充電的充電器的輸出電壓不是 而是 ～ 。電解電容的作用是為了濾波，使輸出波形平滑。市售充電器電路如圖 11所示。因此需要對(duì)充電過程進(jìn)行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時(shí)間、達(dá)到最大的電池容量，并防止電池?fù)p壞。本文充分考慮了國(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)方案，在設(shè)計(jì)中針對(duì)市場(chǎng)需求，在功能上進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，以滿足用戶對(duì)高性價(jià)比的需要。 摘 要 隨著便攜式電子設(shè)備的普及和充電電池的廣泛應(yīng)用，充電器的使用也越來越廣泛，但其性能卻跟不上電池的發(fā)展要求，其電路設(shè)計(jì)存在較大的缺陷。功能適用、價(jià)格低廉、電路簡(jiǎn)化是本設(shè)計(jì)的重 點(diǎn)。 以前，老式的 充電器具有先天的技術(shù)設(shè)計(jì) 缺陷，在電池充足電量后不能自動(dòng)切斷直流充電通路；不能根據(jù)電池所處的狀態(tài)自動(dòng)切換充電器的工作方式；不能有效保護(hù)電池和充電器自身；充電效率低下，充電時(shí)間太