【正文】 (b)波形圖圖 單相半波整流電路二極管所承受的最大反向電壓 (3) 單相全波整流電路單相全波整流電路如圖 (a)所示，波形圖如圖 (b)所示。單相半波整流電路如圖 (a)所示，波形圖如圖 (b)所示。 3) 單相橋式整流電路的負載特性曲線單相橋式整流電路的負載特性曲線是指輸出電壓與負載電流之間的關系該曲線如圖 所示，曲線的斜率代表了整流電路的內阻。（a）橋式整流電路 （b）波形圖圖 單相橋式整流電路 流過負載的平均電流為流過二極管的平均電流為充電器系統(tǒng)硬件電路的設計19二極管所承受的最大反向電壓 流過負載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析，此時諧波分量中的二次諧波幅度最大。單相橋式整流電路的波形圖見圖 （b）。 當負半周時，二極管 DD 4 導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。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運用，具有單向導電性。該電路是將市電 220V 由 JP1 輸入，經(jīng) D1D4 橋式整流變成脈動直流，再經(jīng) E1 濾波將脈動直流轉換成約 311V 的直流電壓。在小功率整流電路中，常見的整流電路有單相半波、全波、橋式整流電路等。整流電路的任務是將交流電變換成直流電。下面將具體介紹這四大模塊的電路設計。本次設計主要分為四個模塊，即電源電路、振蕩電路、電壓保護電路及燈光指示電路。充電器系統(tǒng)硬件電路的設計17第三章 充電器系統(tǒng)硬件電路的設計電動自行車充電器的設計方案可謂是多種多樣，本次設計主要以模擬器件為核心器件設計并制作了充電電源及控制電路。圖 (3) TL431 的 主 要 參 數(shù)1) 最 大 輸 入 電 壓 為 37V162) 最 大 工 作 電 流 150mA3) 內 基 準 電 壓 為 4) 輸 出 電 壓 范 圍 為 ~30V基準穩(wěn)壓源主要用于產(chǎn)生 的基準電壓，它作為相對穩(wěn)定的基準電壓通過電壓比較器的比較運算獲得精確、穩(wěn)定的輸出電壓。選擇不同的R1和 ，特別地，當R1=R2時，Vo=5V。如圖，當R1和R2的阻值確定時，兩者對Vo 的分壓引入反饋，若V o增大，反饋量增大，TL431的分流也就增加，從而又導致Vo 下降。但如果在設計、分析應用TL431的電路時，這個模塊圖對開啟思路，理解電路都是很有幫助的，本文的一些分析也將基于此模塊而展開。由運放的特性可知，只有當REF端（同相端）的電壓非常接近VI （）時，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通系統(tǒng)總體的設計15過三極管 。TL431 的具體功能可以用如圖 的功能模塊示意。圖 圖 是該器件的符號。 它 的 輸 出 電 壓 用 兩 個 電 阻 就 可 以 任 意 的 設 置 到 從Verf（ ） 到 36V 范 圍 內 的 任 何 值 。在保護電路中起到保護電流和電壓的作用；在燈光指示電路中控制發(fā)光二極管的亮滅，以顯示充電狀態(tài)。參考圖 。 如果將二極管 D1 去掉，則此電路具有加電延時功能。當輸入電壓變高時，二極管 D1 截止，電源電壓 R3 給電容 C1 充電，當 C1 上充電電壓大于 U1 時，既 U2U1，A1 輸出又變?yōu)楦唠娖?，從而結束了一次單穩(wěn)觸發(fā)。靜態(tài)時，電容C1 充電完 畢，運放 A1 正輸入端電壓 U2 等于電源電壓 V+，故 A1 輸出高電平。此電路可用在一些自動控制系統(tǒng)中。 此電路與各類傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測、短路、斷路報警等。 若選擇 U1U2，則當輸入電壓 Ui 越出[U2 ，U1] 區(qū)間范圍時，LED 點亮，這便是一個電壓雙限指示器。輸入電壓 U1 同時加到 A1 的正輸入端和 A2 的負輸入端之間，當 Ui U1 時，運放 A1 輸出高電平；當 Ui 。當正輸入端電壓高于負輸入端電壓 時，運放輸出低電平。圖 5) 比較器如圖 示，當 去掉運放的反饋電阻時,或者說反饋電阻趨于無窮大時(即開環(huán)狀態(tài) ),理論上認為運放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大(實際上是很大,如LM324 運放開環(huán)放大倍 數(shù)為 100dB，既 10 萬倍 )。此電路亦可用于一般的選頻放大。R1=Q/（2пfoAoC），R2=Q /（（2Q2Ao）*2пfoC），R3=2Q/（2пfoC）。如圖 。RR2 組成 1/2V+偏置，靜態(tài)時 A1 輸出端電壓為 1/2V+，故運放 A2A4輸出端亦為 1/2V+，通過輸入輸出電容的隔直作用，取出交流信號。而對信號源的影響極小。圖 3) 交流信號三分配放大器 電路見圖 。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。同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。Co 和 Ci 為耦合電容。此電路輸入電阻為Ri。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。放大器采用單電源供電，由 RR2 組成 1/2V+偏置，C1是消振電容。此放大器可代替晶體管進行交流放大，可用于擴音機前置放大等。由于 LM324 四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應 用在各種電路中。兩個信號輸入端中，Vi（）為反相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+ ）為同相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與 該輸入端的相位相同。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨 立。由于它具有隔離控制作用，故能夠有效的保護場效應管，控制充電過程中電壓的變化。6) 特殊場合的應用光電耦合器還可應用于高壓控制，取代變壓器，代替觸點繼電器以及用于A/D 電路等多種場合。4) 在脈沖放大電路中的應用光電耦合器應用于數(shù)字電路，可以將脈沖信號進行放大。2) 作為固體開關應用在開關電路中，往往要求控制電路和開關之間要有很好的電隔離，對于一般的電子開關來說是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實現(xiàn)。如果使用非線性光耦，有可能使振蕩波形變壞，嚴重時出現(xiàn)寄生振蕩，使數(shù)千赫的振蕩頻率被數(shù)十到數(shù)百赫的低頻振蕩依次為號調制。 常用的線性光耦是 PC817A—C 系列。 常用的 4N 系列光耦屬于非線性光耦 。(1)光耦的分類光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。但光電耦合器的體積小、重量輕、壽命長、開關速度比繼電器快，且無觸點、耗能少。光電耦合器一般制成管式或雙列直插式結構，由于發(fā)光器件和光敏器被相互絕緣地分置于輸入和輸出回路，故可實現(xiàn)兩路間的電氣隔離。 光電耦合器把發(fā)光器件和光敏器件按適當方式組合，就可以實現(xiàn)以光信號為媒介的電信號變換。故只要加上正向電壓 vDS，就有電流 iD。本次設計選擇 N 溝道場耗盡型場效應管。P 溝道場效應管和 PNP 三極管類似，工作條件是在柵極加負極性控制電壓，在漏極加負向極性電源電壓，改變柵極電壓就可以改變漏極與源極之間的電流大小。表 各種場效應管特性比較結構種類工作方式符號 電壓極性 轉移特性iD = f (vGS)輸出特性耗盡型 +N 溝道MOSFET增 強 型 + +P 溝道MOSFET耗盡型+ 8增強型 P 溝道JFET耗盡型+ (4)場效應管工作條件場效應管和三極管的功能、作用一樣，可以用于放大、振蕩、開關電路。場效應晶體管可分為結型場效應晶體管和 MOS 場效應晶體管，而 MOS 場效應晶體管又分為 N 溝耗盡型和增強型，P 溝耗盡型和增強型四大類。系統(tǒng)總體的設計7。(2) 場效應管的作用,因此耦合電容可以容量較小,不必使用電解電容器。 場效應管場效應晶體管（Field Effect Transistor 縮寫(FET)）流子參與導電,。 設計中所采用的變壓器由初線圈、上次級線圈、下次級線圈組成，如圖 所示。 5) 效率 指次級功率 P2 與初級功率 P1 比值的百分比。 3) 額定電壓 指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓，工作時不得大于規(guī)定值。 (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系很大，故應根據(jù)使用頻率來設計和使用，這種頻率稱工作頻率。 按電源相數(shù)分類：單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。 按防潮方式分類：開放式變壓器、灌封式變壓器、密封式變壓器。如圖 所示。 變壓器變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當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，使次級線圈中感應出電壓（或電流）。由上述內容可知，穩(wěn)壓管具有穩(wěn)定電壓的作用，它能使輸出電壓在一定范圍內變化，從而為負載電路提供穩(wěn)定的電壓。選用的穩(wěn)壓二極管，應滿足應用電路中主要參數(shù)的要求。通常工作電流越大，動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能越好。它通常有一定的范圍，即Izmin——Izmax。對于同一型號的穩(wěn)壓管來說，穩(wěn)壓值有一定的離散性。其伏安特性見穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。利用這一特性，穩(wěn)壓管在電路中能起穩(wěn)壓作用。如圖 畫出了穩(wěn)壓管的伏安特性及其符號。穩(wěn)壓二極管的特點就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓設備和一些電子電路中獲得廣泛的應用。圖 即為穩(wěn)壓管等效電路。穩(wěn)壓管在反向擊穿時，在一定的電流范圍內（或者說在一定功率損耗范圍內），端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛應用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。 功能元器件的概述 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管)是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡稱穩(wěn)壓管。 圖 根據(jù)圖 ，顯然需要運算放大器、光電耦合器、場效應管等功能部件，其中的每一個功能部件又都有多種選擇的余地，當我們對每一個功能部件進行分析、比較、選擇和確定后，總體方案便確定下來了。本次充電器的設計包含四部分，即電源電路、振蕩電路、保護電路及充電狀態(tài)指示電路。 系統(tǒng)實現(xiàn)結構圖根據(jù)課題的要求和技術指標，能實現(xiàn)對充電過程的保護、充電狀態(tài)顯示等的方案可謂很多。（2） 充電顯示：通過 LED 燈的閃爍，能夠顯示當前的充電狀態(tài)。③采用 LM324 四運放器進行電壓比較，可實現(xiàn)電路比較功能。其性能可達到：①可以產(chǎn)生 44V 電壓充電，充電過程以指示燈為狀態(tài)顯示。在設計過程方面，從總體方案、單元電路、元器件選擇和設計到調試等同樣進行了細致的介紹。該電路能實現(xiàn)充電過程的自動控制，設計中用橋式整流、濾波將 220V 交流電轉換成 311V 直流電，經(jīng)變壓器反饋振蕩得到 44V 充電電壓，充電過程中有保護電路控制電壓的輸出，同時指示電路反應充電的狀態(tài)。該電路能夠實現(xiàn)電壓的自動轉換、充電過程的自動保護及充電狀態(tài)的指示，克服了種種充電時的隱患。 課題研究的內容本此設計的內容是將 220V 市電通過一系列的轉換與控制輸出穩(wěn)定的電壓44V 對電動車進行充電。在充電過程中，充電電流還將逐漸降低。根據(jù)電動自行車鉛酸蓄電池的特點，當其為 36V/12AH 時，采用限壓恒流充電方式，初