電力電子課程設(shè)計---簡單安全充電器電路

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1課題名稱 ﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒1</p><p>　　2設(shè)計目的﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒1</p><p>　　3課題分析﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒1</p><p>　　3.1 方案一﹒﹒﹒﹒﹒﹒

2、﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4</p><p>　　3.2 方案二﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒6</p><p>　　4 各局部電路設(shè)計﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ ﹒﹒﹒﹒7</p><p>　　4.1 整流濾波電路﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ ﹒﹒﹒﹒﹒7</p><p>　　4.2恒壓電路﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒8</p&

3、gt;<p>　　4.3恒流電路﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ ﹒﹒﹒﹒﹒ ﹒﹒﹒﹒9</p><p>　　4.4充電提示電路 ﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒10</p><p>　　5組裝調(diào)試﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒10</p><p>　　6元件清單﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ ﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒14</p><p>　　7

4、 設(shè)計心得體會﹒﹒﹒﹒﹒ ﹒﹒﹒ ﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒15</p><p>　　8 參考文獻﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ ﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒16</p><p>　　關(guān)鍵詞：充電器 降壓 整流 濾波 恒壓</p><p><b>　　1 課題名稱</b></p><p>　　簡單安全充電器電路。</p><p

5、><b>　　2 設(shè)計目的</b></p><p><b>　　了解系統(tǒng)的工作原理</b></p><p>　　掌握晶閘管電路的設(shè)計方法</p><p>　　通過課程設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生的的自學(xué)能力和分析問題解決問題的能力</p><p>　　通過課程設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和分析問題解決問題的能力&l

6、t;/p><p>　　通過設(shè)計使學(xué)生具有一定的計算能力制圖能力以及查閱手冊使用國家標(biāo)準(zhǔn)的能力和一定的文字表達能力</p><p><b>　　3 課題分析</b></p><p>　　我們設(shè)計的充電器整體上應(yīng)該有降壓、整流、濾波、恒壓電路。</p><p>　　降壓電路可以用最簡單的變壓器完成，將220V電壓變?yōu)?0V左右的

7、低壓，為了讓優(yōu)化波形使其更加穩(wěn)定，可采用濾波電容去除高頻干擾。</p><p>　　手機通用的鋰電池充電電壓為4.2V，因此需要設(shè)計一個恒壓源電路。充電電流在一定程度上影響了充電的時間，過高的電流會縮短電池的使用壽命，所以我們還需要一個可靠地恒流源來保證充電的時間和手機的使用壽命。</p><p>　　當(dāng)上述條件都具備時對于不同容量的手機電池充電時間是不一樣的，因此需要一個不以時間為參考的

8、充電完成信號，我們可以根據(jù)電池兩端的電壓是否達到標(biāo)準(zhǔn)電壓來判斷是否充滿電。</p><p><b>　　3.1 方案一</b></p><p>　　本方案采用的是現(xiàn)行手機充電器的通用電路，主要是由開關(guān)電源和充電電路組成的。</p><p><b>　　電路圖如下。</b></p><p><b

9、>　　圖3.1原理圖</b></p><p>　　制作成功后該充電器能自動識別電池極性，自動調(diào)整輸出電流使得電池達到最佳充電狀態(tài)，可保護電池延長電池壽命。充電飽和時七彩燈會自動熄滅。</p><p>　　當(dāng)接入電源后，通過整流二極管VD1、R1給開關(guān)管Q1提供啟動電流，使Q1開始導(dǎo)通，其集電極電流Ic在L1中線性增長，在L2中感應(yīng)出使Q1基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反 饋電壓

10、，使Q1很快飽和。與此同時，感應(yīng)電壓給C1充電，隨著C1充電電壓的增高，Q1基極電位逐漸變低，致使Q1退出飽和區(qū)，Ic開始減小，在 L2中感應(yīng)出使Q1基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓，使Q1迅速截止，這時二極管VD1導(dǎo)通，高頻變壓器Ｔ初級繞組中的儲能釋放給負(fù)載。在VT1截止 時，L2中沒有感應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng)R1給C1反向充電，逐漸提高Q1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下 去。這里就像單端反激式開關(guān)

11、電源那樣，由變壓器Ｔ的次級繞組向負(fù)載輸出所需要的電壓，在C4的兩端獲得9V的直流電，供充電電路工作。</p><p>　　在充電電路中Q2與CH（七彩發(fā)光二極管）組成充電指示電路。R7與PW（紅色二極管）組成電池好壞檢測及電源通電指示電路。Q4、Q5、Q6、Q7組成自動識別電池極性的電路。</p><p>　　當(dāng)充電端1接電池的正，端2接電池的負(fù)時，充電回路是電源的+、Q5（發(fā)射極）、Q5

12、（集電極）、端1接+ 、Q7（飽和）、端2接-；當(dāng)充電端2接電池的</p><p>　　正，端1接電池的負(fù)時，充電回路是電源的+、Q4（發(fā)射極）、Q4（集電極）、端2接+、Q6（飽和）、端2接-。即可完成自動極性的識別，保證充電回路自動工作。</p><p><b>　　3.2 方案二</b></p><p>　　本方案是前期分析的具體實現(xiàn)，也

13、是比較簡單的一種。</p><p><b>　　電路圖如下。</b></p><p><b>　　圖3.2 原理圖</b></p><p>　　該電路有四部分組成電源輸入電路、恒流電路、恒壓電路、充電指示電路組成。</p><p>　　電源輸入電路由電源變壓器T、整流橋堆D1，D2，D3，D4和濾波

14、電容C組成。</p><p>　　恒壓電路由電阻R1、R2、電位器RP1、晶體管V1、精密穩(wěn)壓基準(zhǔn)源IC組成。</p><p>　　恒流電路由晶體管V2、電阻R3、電位器RP2。充電指示電路由晶體管V3、</p><p>　　電阻R4、R5和發(fā)光二極管VL組成。交流電220V電壓經(jīng)過變壓器T（二次側(cè)電壓9V）、整流橋、濾波電容C后，產(chǎn)生8.1V的直流電壓。該電壓經(jīng)過

15、恒流電路恒壓電路處理后對電池充電。同時V3導(dǎo)通，VL發(fā)光。隨著電池兩極板電壓的升高充電電流將逐漸減小。當(dāng)電池電壓到達4.2V時，R1上電壓降低使V3截止VL熄滅，提醒用戶充電結(jié)束。</p><p>　　4 各局部電路的設(shè)計</p><p>　　4.1 整流濾波電路</p><p>　　圖4.1電源輸入部分</p><p>　　變壓器源邊是22

16、0V交流電，二次側(cè)電壓為9V經(jīng)過四個二極管組成的整流橋就變?yōu)榱酥绷麟?，DE電壓為8.1左右，濾波電容是為了濾除交流成分。在實際購買原器件時為了降低成本和焊接方便購買的是集成整流橋堆，規(guī)格是2A、50V。</p><p><b>　　4.2 恒壓電路</b></p><p>　　在這邊部分電路中使用了TL431。TL431是TL、ST公司研制開發(fā)的并聯(lián)型三端穩(wěn)壓基準(zhǔn)，其

17、突出優(yōu)點是封裝簡單（型如三極管）、參數(shù)優(yōu)越（高精度、低溫漂）、性價比高（民品1.3～1.5元/只），是作為電壓基準(zhǔn)的良好選擇。其電壓調(diào)節(jié)范圍為2.5V～36V。本方案中的接法類似于下圖（b）調(diào)節(jié)電位器RP1就可以調(diào)節(jié)輸出電壓，這也正是本方案的一大優(yōu)點，可以做到電壓連續(xù)可調(diào)，這樣不僅可以為手機電池充電還可以作為電源為其他電子芯片、元件供電。</p><p>　　圖4.2.1 TL431原理圖</p>

18、<p>　　圖4.2.2 恒壓電路</p><p>　　BC電壓可以被精確的調(diào)整到一個值，再經(jīng)過V2的CE管壓降就得到充電電壓。</p><p><b>　　4.3 恒流電路</b></p><p><b>　　圖4.3恒流源</b></p><p>　　流經(jīng)B點的電流經(jīng)過三極管V2，1

19、013被放大，最終提供給手機電池。調(diào)節(jié)RP2可以調(diào)節(jié)基極電流,由公式</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　就可以由IB調(diào)節(jié)整個充電電流的大小。</p><p><b>　　4.4充電提示電路</b></p><p>　　圖4.4 充電提示電路</p>&

20、lt;p>　　當(dāng)充電結(jié)束時電池陽極電壓接近4.2V，此時R1上的電壓降低，使得V3截止，VL熄滅。此時電池并沒有充滿而是進入恒壓充電方式，在恒流充電階段，電池充到 70% 的總?cè)萘繒r通常需要約 30% 的充電時間，而在恒壓階段用 70% 的充電時間僅能充 30% 的總電池電量。這是由于電池具有內(nèi)部電阻。電池內(nèi)部電阻越低，電池充電時間就越短。</p><p>　　為了保證電池能夠充滿可在VL熄滅后繼續(xù)充電1~

21、2個小時，當(dāng)充電電流降至100mA以內(nèi)時則應(yīng)停止充電。這使得本方案有了一個缺陷，當(dāng)二極管燈滅時不能說明電池已經(jīng)充滿，需要特別說明否則一般用戶會自然的認(rèn)為充電結(jié)束而致使電池充不滿。</p><p><b>　　5 組裝和調(diào)試</b></p><p>　　組裝時選用的是11*8cm的PCB電路板，變壓器獨立放置。一句電路圖從左至右從中間到兩邊依次焊接。由于變壓器獨立放置所

22、以將變壓器安排在最后焊接。</p><p>　　為了焊接的方便和減少電線的使用在焊接過程中盡量使用引腳連接，最后只使用了三根導(dǎo)線。為了連接充電器的方便使用了一般萬能充都采用的夾板和引針，這</p><p>　　樣可以很好的固定手機電池。</p><p>　　調(diào)試分為兩部分，電壓的調(diào)試和電流的調(diào)試。首先是調(diào)節(jié)RP1的電阻值使得充電電壓為4.2V再調(diào)節(jié)RP2的電阻阻值使

23、得充電電流為200mA。調(diào)試時將萬用表接入夾板兩引針再調(diào)節(jié)相應(yīng)電阻使各參數(shù)達到要求。</p><p><b>　　實驗結(jié)果：燈亮！</b></p><p><b>　　6元件清單</b></p><p><b>　　7．設(shè)計心得</b></p><p>　　課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜

24、合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，電力電子技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今科學(xué)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握電力電子技術(shù)是十分重要的。 回顧起此次電力電子技術(shù)課程設(shè)計，我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在接近兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，

25、同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻

26、，掌握得不夠牢固，比如說不懂一些元器件的性能……通過這次課程設(shè)計之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故</p><p><b>　　8. 參考文獻</b></p><p>　　1　王梅義.高壓電網(wǎng)繼電保護運行技術(shù).北京：電力工業(yè)出版社，1981　　 2　He Jiali, Zhang Yuanhui, Yang Nianci. New Type Power Lin

27、e Carrier Relaying System with Directional Comparison for EHV Transmission Lines. IEEE Transactions PAS-103，1984(2) 　3　沈國榮.工頻變化量方向繼電器原理的研究.電力系統(tǒng)自動化，1983(1)  　4　葛耀中.數(shù)字計算機在繼電保護中的應(yīng)用.繼電器，1978(3) 　 5　楊奇遜.微型機

28、繼電保護基礎(chǔ).北京：水利電力出版社，1988 　 6　He Jiali, Luo shanshan, Wang Gang,et al. Implementation of a Digital Distributed Bus Protection. IEEE Transactions on Power Delivery,1997,12(4) 　 7　吳　斌，劉　沛，陳德樹</p><p&