【正文】 對各種設(shè)計方案可以進行比較客觀的分析和驗證。 本論文在最后一章中闡述了整機測試的過程，檢測了各個（功能子模塊）子電路的工作狀態(tài)，以數(shù)據(jù)或圖形的形式 說明了智能充電器的工作特性，證明了該充電器符合系統(tǒng)方框圖的功能要求。為了使電路工作正常，本人專門查詢了所有要使用的器件的數(shù)據(jù)手冊，精心計算了并且通過試驗驗證了相關(guān)器件的工作特性，從而確保了方案規(guī)劃和電路設(shè)計的正確合理性。 在方案確定之后，本文先介紹了智能 充電器電路的工作對象 ???鎳氫電池的化學特性和在充電過程中的狀態(tài)變化過程，這是本文確定系統(tǒng)功能框圖的依據(jù)，然后在正文中重點按功能模塊劃分順序敘述各個系統(tǒng)子模塊的功能及硬件電路的實現(xiàn)過程，并且分析了相關(guān)參數(shù)，說明參數(shù)設(shè)置的合理性，最后在闡述充電器原理和整機測試中介紹各功能模塊電路是如何配合協(xié)調(diào)工作，跟蹤充電電池的狀態(tài)而自動切換電路的工作方式以保護電池安全、提高充電效率、節(jié)省充電的時間。本設(shè)計一開始目標就確立在面向市場的，成本是首先考慮的問題，高性價比是本設(shè)計的宗旨。在這個電路的設(shè)計過程中，可謂一波三折。 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 總 結(jié) 智能充電器的電路圖全圖如附錄 1 所示。 顯示單元由兩個 LED 組成。至于電池倒置安裝問題，本設(shè)計中充分考慮多方面因素，決定將在硬件的機械部分給予控制。這樣一來還有一個優(yōu)點就是可以調(diào)整整個充電電路的充電電壓和檢測窗口的窗口范圍，以適應(yīng)多方面的需要。在測試的時候用的是色環(huán)電阻，它本身就有一定的誤 差。兩節(jié)鎳氫電池加上二極管 1N4007 管壓降一起算在內(nèi)，故安全值范圍在～ 。故一節(jié)鎳氫電池電壓的安全值允許在 ～ 內(nèi)，這樣可以通過充電重新激活電池內(nèi)的活性物質(zhì)使電池恢復電量?？梢韵拗齐姵仉妷翰粫^ （兩節(jié)鎳氫電池），從而保護電池不會過充。當充電電池的電壓加上二極管的管壓降一起超過約 時，在分壓電阻 R12 的作用下， R12 下半部上的壓降可達到開通三極管 Q7 所要求的約 。這個正向電壓作為電壓窗口檢測電路的輸入可以被窗口檢測江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 電路正確識別，輸出控制信號控制非門電路的導通和截止，最終控制電流通道的開通和關(guān)閉。由于在電路的設(shè)計中已經(jīng)固定了一定的結(jié)構(gòu)，電路的輸入電壓總是一個負電壓，它的絕對值就是充電電池電壓。 電壓檢測 電路 電壓檢測單元電路如圖 48 所示。 另外，值得注意的是窗口檢測電路中的分壓電阻要適當大些。兩個 NPN 型三極管 S9013 并聯(lián)運行可提供 1000mA的輸出電流。當此通道開通時，充電電路的輸出電流為 ，當關(guān)閉時，充電電路的輸出電流為 100mA。 電流通道開關(guān) 電流通道開關(guān)如圖 44 所示。當窗口檢測電路的輸出電平為低電平（ ）時，非 門電路的輸出為高電平（ ），這個電壓足以開通電流通道。 表 53 非門電路測試數(shù)據(jù) 單位：伏特 輸入電壓 輸出電壓 非門測試表明 輸入電壓在 以上就可以驅(qū)動其工作，本文在前面提到，對電壓窗口檢測電路的分析得知其輸出滿足非門工作的條件。下面對測試結(jié)果的分析來說明這樣設(shè)計的合理性。非門電路在 PROTEL99SE 上江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 仿真，仿真波形顯示表明結(jié)果符合功能要求，再經(jīng)過電路測試后證明這個電路可以滿足本設(shè)計中所要求的電平彼配能力。電路如圖 46所示。 非門電路 由于恒流電路（電流通道開關(guān)電路）要求在高電平時導通，而在低電平時截止，這與電壓窗口檢測電路的輸出電平正好相反，因此需要在其輸出端聯(lián)接一個非門電路使兩個 邏輯相反的電路電平彼配。 表 52 電壓窗口檢測電路測試數(shù)據(jù) 單位：伏特（ V） 輸入電壓 輸出電壓 輸入電壓 輸出電壓 － － 表 52所示的實驗測試結(jié)果表明：電壓窗口檢測電路的窗口寬度為 ～ ，輸出高電平為 ，低電平為 。綜上所述，電壓窗口檢測電路在輸入電壓落入 到 內(nèi)，則輸出低電平，在輸入電壓低于 或高于 時，則輸出高電平。只有當輸入電壓在 到 內(nèi)，上面的運放 1 輸出為低電平，同時下面的運放 2 輸出也是低電平。若輸入電壓在 以上，下面的運放 2江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 輸出為高電平使后繼相聯(lián)的二極管 D2 導通，上面的運放 1 輸出為低電平使相應(yīng)的二極管D1截止。若輸入電壓在 以下，上面的運放 1 輸出為高電平使與之相聯(lián)的二極管 D1 導通，下面的運放 2 輸出為低電平使相應(yīng)二極管 D2 截止。當輸入的檢測電壓落到此范圍內(nèi)則輸出電平為低電平，反之輸出為高電平。本設(shè)計在印制電路的設(shè)計中為了增強電路的適應(yīng)性，將四個分壓電阻更換為兩個電位器。運算放大器取自 LM324N。 電壓窗口檢測電路 電壓窗口檢測電路如圖 45 所示。 圖 58 LM324N的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 在 LM324N 中，四個運算放大器之間除了共用電源 VCC 和地 GND 這兩個端口外，其余各運放的端口之間互相獨立，也就是說四個運放獨立工作，互不干擾。 圖 57 LM324N的外部引腳圖（左圖為 PDIP14或 SO14封裝 ,右圖為 PLCC封裝） 本設(shè)計中使用的 LM324N 采用 PDIP14 封裝，這是為了便于安裝。本設(shè)計使用集成電路 LM324N 和普通 NPN 型三極管 S9014 組成該電路 。 電流輸出控制 電路 在電壓變換單元的基礎(chǔ)上，電流輸出控制單元的作用是根據(jù)可充電電池狀態(tài)變換充電電流，提高充電效率。 表 51 穩(wěn)壓電路實驗測試數(shù)據(jù) 單位：伏特（ V） 輸入電壓 輸出電壓 輸入電壓 輸出電壓 測試數(shù)據(jù)表明：當穩(wěn)壓電路的輸入電壓在 以下時，穩(wěn)壓電路不能正常工作；當輸入電壓超過 時，電路進入穩(wěn)壓狀態(tài)并且輸出電壓穩(wěn)定在 。二極管 1N4007 的作用是防止電流倒流，避免輸出電壓反向加在輸入端，從而損壞L7805CV。電阻阻值為 5Ω 的 R4 與兩個 NPN 型三極管 S9013 串聯(lián)構(gòu)成 的電流通道，與 R3 的電流通道一起構(gòu)成最大輸出電流在 左右的恒流電流源。電容 C1， C2， C3 的作用是為 L7805CV 提供頻率補償，防止電路振蕩。這種設(shè)計不但可以保證有比較大的輸出電流而且保護了 L7805CV，使其不因電流過大而發(fā)熱損壞。這個電壓加在 S9015 的發(fā)射結(jié)（ BE 結(jié)）上，從而使三個三極管同時導通作為輔助通道和主通道一起為負載提供更大的輸出電流。三極管江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 S9015 是 PNP 雙極型三極管，其發(fā)射結(jié)（ BE 偏壓）在 ? 左右可以開通。本設(shè)計中采用 L7805CV 所組成的穩(wěn)壓電路 (采用 L7805CV)如圖 43所示。集成穩(wěn)壓電路 L7805CV 確保 2 腳和 3腳之間的電壓約為 。 L7805CV 只有三個腳，分別標有 3。為了使電路工作穩(wěn)定，本設(shè)計使用 9V 直流電壓作為輸入，這樣當市電電壓在一定范圍內(nèi)波動時，穩(wěn)壓電路仍能正常工作并保證輸出電壓 Vo 約為 。 + V1 + R4 R3 R1 Ui RL U0 V2 R0 V3 UZ R2 _ _ 圖 56 穩(wěn)壓電路 這個電路采用分立元器件組成，在實施過程中輸出漂移很大，后來做了改進，電路穩(wěn)壓效果比較好，但成本卻比 L7805CV 還高，同時占用了較大的 PCB 板空間，故本設(shè)計選用集成穩(wěn)壓電路 L7805CV。穩(wěn)壓電路在這個意義上是作 為阻抗變換器使用的。但是如果這樣的直流電路一但接上負載，電壓就立即被拉低至 5V以下，因為輸出阻抗還比較大。實際輸出為 。當在交流的正半周期內(nèi)，電容充電 ，其速度可以和電壓變化相當，在負半周期內(nèi)，電容處于放電狀態(tài)，但其放電速度極度緩慢，因此電容幾乎在沒有放電機會的情況下又會在下一個充電周期（交流正半周期）到來時繼續(xù)充電，因此輸出直流電壓幾乎處于交流電壓的峰值。 圖 53 交流電壓輸入（ ） 圖 54 整流輸出電壓波形 圖 55 濾波后輸出電壓波形 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 當輸入的交流電壓為 時，輸出直流電壓為 ，紋波已很小，可以認為是直流。通過該電路后，便得到了直流輸出電壓。如本設(shè)計中使用了 1000uF/25V 的電 解電容。后續(xù)電路中有橋式整流電路，它將低壓交流輸入轉(zhuǎn)換成低壓直流輸出，此時是單方向的正弦半波。 圖 52 電壓變送及直流輸出 J3是市電輸入端口，輸入額定電壓為交流 220V（可允許在 180V到 260V范圍內(nèi)變動）。鉛錫合金的特性如圖 51 所示。目前，市售電子設(shè)備主要采用此方式保護電路。電路中 F1 是電熔絲， J1 和 J2 是連接跳線。這是本設(shè)計中最底層最基本的。因此本文重申并認為當前沒有必要設(shè)置溫度檢測電路（現(xiàn)代鎳氫電池工藝保證），如果將來需要擴展，本設(shè)計留有一部分余地。在電池還沒有完成本文所述的充電過程并且正處于充電狀態(tài)中， 質(zhì)量合格的鎳氫電池溫度是不會超過 70176。即使不取用，繼續(xù)讓電池充電也不會對電池有損害，因為過流保護電路的存在，電池電壓沒有超過 的可能并且充電器向鎳氫電池的輸出電流被旁路，電流不能灌入電池，從而做到真正保護電池。當單節(jié)電池電壓快達到約 時，電流 通道重新被關(guān)閉，充電器進入維護充電狀態(tài)。充電開始時，若單節(jié)鎳氫電池電壓低于 ，電流通道是關(guān)閉的，充電器電路輸出電流約為 100mA，這是充電器的預充電狀態(tài)。窗口檢測電路通過分析輸入的電壓值決定輸出電平。 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 輸出 輸入 圖 48 電壓檢測電路 綜合以上電路。 輸入 D7