畢業(yè)設(shè)計---電動自行車充電器的設(shè)計與制作

1、<p>　　編號 </p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　二〇一一年六月</b></p><p>　題 目電動自行車充電器的設(shè)計與制作</p><p><b>　　摘 要</b></p><

2、p>　　文章主要介紹近年來，電動自行車市場與其相關(guān)的配套產(chǎn)品和技術(shù)的不斷發(fā)展。電動自行車作為新一代的綠色環(huán)保的代步工具，其技術(shù)也是我們要討論的內(nèi)容，其核心問題就是充電器。本文將討論密封鉛酸蓄電池的分類，充電特性，工作原理，硬件電路的設(shè)計以及其未來的發(fā)展趨勢。隨著電動車的普及，電動車充電器的使用也越來越廣泛。充電器的種類很多，其原理大同小異。物美價廉使其得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計是基于對電動車充電，采用普通的電子元件、不用昂貴的專用集成電

3、路，既便于制作又降低制作費用。</p><p>　　本次電動車充電器的設(shè)計是將220V市電經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓輸出44V對電池進行充電，同時本電路具有電壓保護電路及燈光指示充電狀態(tài)的功能。主電路主要分為電源電路、振蕩電路、電壓保護電路、充電狀態(tài)指示電路四個單元電路?；鶞?zhǔn)電路采用TL431精密基準(zhǔn)穩(wěn)壓源輸出2.5V電壓以控制電壓變化，LM324四運算放大器起到過流保護、穩(wěn)定輸出電壓、控制充放電狀態(tài)等作用。本次設(shè)計主要

4、從總體方案設(shè)計、基本電路介紹、單元電路設(shè)計等方面進行詳細(xì)的介紹。</p><p>　　關(guān)鍵詞：充電器 類型 振蕩 保護電路</p><p>　　Abstract（外語專業(yè)的需要）</p><p>　　This paper mainly introduces the recent, electric bicycle market and the rele

5、vant supporting products and the development of technology. Electric bicycle as a new generation of green environmental protection, the technology of transport is also our to talk about the content, the key issue is the

6、charger. This paper will discuss the classification of sealing lead-acid battery charging, characteristics and work principle, the hardware circuit design and its future development trend is predicted. W</p><p

7、>　　The electric car charger design is 220 V, filter, the utility the rectifier voltage output 44 V battery charging for, at the same time this circuit has a voltage protection circuit and the function of the charging

8、light instructions. Main circuit are divided into power supply circuit, oscillating circuit, voltage protection circuit, indications for charging status circuit four unit circuit. Benchmark circuits using TL431 precision

9、 voltage source output benchmark 2.5 V voltage to control the volt</p><p>　　Keywords: charger type oscillation Protection circuit</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>&l

10、t;b>　　摘 要I</b></p><p>　　Abstract（外語專業(yè)的需要）II</p><p><b>　　緒論1</b></p><p>　　第一章鉛酸蓄電池特點3</p><p>　　1.1鉛酸蓄電池的歷史3</p><p>　　1.2密封鉛酸蓄電池的分

11、類3</p><p>　　1.3密封鉛酸蓄電池的充電方法3</p><p>　　1.4密封鉛酸蓄電池的使用4</p><p>　　第二章 電動自行車充電器發(fā)展與類型5</p><p>　　2.1電動自行車充電器的發(fā)展概論5</p><p>　　2.2充電器的分類5</p><p>

12、　　2.3充電器的幾種常見充電模式5</p><p>　　第三章 電動車充電器的關(guān)鍵技術(shù)9</p><p>　　3.1蓄電池及其應(yīng)用技術(shù)9</p><p>　　3.2密封鉛酸蓄電池的充電特性9</p><p>　　第四章 充電器硬件電路設(shè)計11</p><p>　　4.1電源電路的設(shè)計11</p&g

13、t;<p>　　4.1.1單相整流電路11</p><p>　　4.1.2濾波電路14</p><p>　　4.2振蕩電路的設(shè)計16</p><p>　　4.2.1 振蕩電路的振蕩方式16</p><p>　　4.2.2 振蕩電路的分類17</p><p>　　4.3保護電路設(shè)計17</

14、p><p>　　4.3.1過流保護電路設(shè)計18</p><p>　　4.3.2輸出回路的設(shè)計19</p><p>　　4.3.3基準(zhǔn)電路的設(shè)計19</p><p>　　4.3.4電壓比較電路的設(shè)計20</p><p>　　4.4充電狀態(tài)指示電路的設(shè)計20</p><p>　　4.5整體電路

15、的連接及工作原理21</p><p>　　第五章 電動車充電其發(fā)展的最新動態(tài)25</p><p>　　5.1太陽能充電器25</p><p>　　第六章 總結(jié)與展望27</p><p><b>　　致 謝28</b></p><p><b>　　參考文獻29</b

16、></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　電池是一種能提供直流電的裝置或系統(tǒng)，也可以說電池是指將化學(xué)能、熱能、光能等各種形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置。按照電池提供電能的方法不同，分為化學(xué)電池和物理電池兩大類?；瘜W(xué)電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種裝置，如目前得到廣泛應(yīng)用的鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、鋰電池和鎳氫電池等。</p>&

17、lt;p>　　從電池的使用角度，又可以將化學(xué)電池分為原電池（又稱為一次電池）、蓄電池（又稱為儲能電池或二次電池）、儲備電池和燃料電池。</p><p>　　而物理電池是指在一定條件下實現(xiàn)能量直接轉(zhuǎn)換的物理器件，如溫差發(fā)電器、太陽電池等。</p><p>　　目前市場上的電動自行車大多數(shù)采用成本相對較低的免維護密封的36v／12AH鉛酸蓄電池，該蓄電池在正常充電式，比較好的充電方式是恒

18、壓限流充電方式，即在充電初期以較大電流，充到一定時間后，改用較小的電流渦流充電。</p><p>　　第一章 鉛酸蓄電池特點</p><p>　　1.1鉛酸蓄電池的歷史</p><p>　　自從1860年法國科學(xué)家普朗發(fā)明了鉛酸蓄電池以來，已經(jīng)歷了100多年的歷史。自20世紀(jì)60年代起，科學(xué)家在鉛酸蓄電池體系中進行了氣體復(fù)合原理的基礎(chǔ)研究和開發(fā)工作。20世紀(jì)60年代

19、中期，德國陽光公司開發(fā)出實用性膠體電解液密封鉛酸蓄電池，美國Gates公司也研制出以純鉛為電極、超細(xì)玻璃纖（AGM）為隔膜的圓筒形密封鉛酸蓄電池。</p><p>　　1.2密封鉛酸蓄電池的分類</p><p>　　密封鉛酸蓄電池也叫閥控密封鉛酸電池。這是因為電池在充電，尤其是過充電時間時產(chǎn)生的氣體不能完全被電池內(nèi)部吸收時，當(dāng)內(nèi)部氣體壓力超過電池上部閥門（膠帽）設(shè)置的釋放壓力時，就會放氣，

20、以避免電池外殼變形甚至爆炸。</p><p>　　密封鉛酸電池按不同電解液形式，可以氛圍吸液式電池和膠體電解液電池；按使用方式分為循環(huán)充電、放點使用電池和浮充電使用電池；按外形，又可分為方形電池和圓筒形電池等。</p><p>　　1.3密封鉛酸蓄電池的充電方法</p><p>　　1.浮充電 當(dāng)環(huán)境溫度高于25℃時，為（2.29±0.02）V/單替電池

21、浮充電，浮充電壓應(yīng)降低；當(dāng)環(huán)境溫度低于25℃時，浮充電壓應(yīng)提高。浮充電壓增減幅度為溫度每變化1℃，每個單體電池電壓增加或減少0.03V。</p><p>　　如果單體電池的浮充電壓低于2.20V，則應(yīng)對電池進行浮充電。其方法是：當(dāng)環(huán)境溫度為21~32℃時，電池以2.40V/單體電池的電壓為電池充電10h；如果環(huán)境溫度為10~20℃時，則充電時間應(yīng)延長至20h。</p><p>　　2.循環(huán)

22、使用 采用限電壓、恒電流充電法，初始充電率不大于0.3，充電電壓為2.35~2.40V（2v大容量單體電池）。</p><p>　　1.4密封鉛酸蓄電池的使用</p><p>　　密封鉛酸蓄電池是核電出廠，電池在運輸、搬動、安裝過程中必須特別小心，防止電池短路，搬運時，不要牽拉蓄電池的電極柱。密封鉛酸蓄電池在安裝連接時，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定的連接線路圖進行連接，不同容量、不同性能的電池不可以連接在

23、一起使用。</p><p>　　密封鉛酸蓄電池可以連續(xù)浮充電使用,也可用于循環(huán)充電、放電使用。充電設(shè)備的充電電壓精度必須保持在±1%的范圍內(nèi)。</p><p>　　密封鉛酸蓄電池在使用過程中，不要單獨增加蓄電池組中某幾個電池的負(fù)載，這會造成單體電池之間容量的不平衡。當(dāng)使用過程中，如果發(fā)現(xiàn)電池電壓不正常、電池外殼破損或嚴(yán)重變形、電解液泄漏、電池內(nèi)部溫度異常等現(xiàn)象時，應(yīng)找出原因并更換

24、電池。</p><p>　　第二章 電動自行車充電器發(fā)展與類型</p><p>　　2.1電動自行車充電器的發(fā)展概論</p><p>　　自上世紀(jì)的六、七十年代以來，電子技術(shù)領(lǐng)域得到了飛速發(fā)展。在21世紀(jì)，電子技術(shù)在以更快的速度前進，新一代的電子產(chǎn)品更廣泛地應(yīng)用在我們生活的各個方面。</p><p>　　電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也極大的推進了電力的

25、利用。各種各樣的充電式產(chǎn)品誕生并得到極大的發(fā)展，其高效、環(huán)保、便捷等優(yōu)點正逐步滲入我們的生活。根據(jù)電動自行車鉛酸蓄電池的特點，當(dāng)其為36V/12AH時，采用限壓恒流充電方式，初始充電電流最大不宜超過3A。也就是說，充電器輸出的最大達到44V/3A/130W，已經(jīng)滿足。在充電過程中，充電電流還將逐漸降低。</p><p><b>　　2.2充電器的分類</b></p><p

26、>　　為確保電動自行車有足夠的功率正常行駛，就必須對蓄電池消耗減少的電能進行有效地補充。目前市售電動自行車充電器有正負(fù)脈沖式、二段式、三段式和全智能脈沖充電器等， 其中三段智能充電器用戶較多。</p><p>　　充電器的規(guī)格依據(jù)蓄電池的容量不同，有24V、12V；36V、12A；36V、14A；48V、17A；48V、20A和36V/48V共用型充電器。</p><p>　　常見的

27、電動自行車（二輪車）和電動三輪車的充電器外形</p><p>　　圖2-1 常用的幾種充電器</p><p>　　2.3充電器的幾種常見充電模式</p><p>　　1.恒流充電法 就是對蓄電池進行充電時，自始至終保持充電電流恒定不變。恒流電源電路如圖所示</p><p>　　圖2-2 恒流電源充電電路</p><p&

28、gt;　　恒流充電雖然具有較高的充電效率，能方便地根據(jù)充電時間來決定充電是否停止，也可以改變被充蓄電池的數(shù)目，但在開始時充電電流過小，而充電后期充電電流過大，不僅充電時間長，而且耗氣量大，能量高，充電效率在65%以下。恒流的電流在充電后期會電解水，產(chǎn)生氣體，是蓄電池內(nèi)部壓力上升，如不加控制極易是蓄電池因失水而干枯，最終將造成蓄電池容量急劇下降。如下圖2-2所示：</p><p>　　圖2-3 閥控鉛酸蓄電池工作特

29、性曲線</p><p>　　閥控鉛酸電池的充電特性曲線可以清楚的看到充電過程中蓄電池在不同時刻接受電流的能力是不一樣的。蓄電池每次使用的放電深度、環(huán)境溫度及新舊程度均不一樣，若每次都用同樣的恒定電流和時間去充電，勢必造成蓄電池放生不可逆轉(zhuǎn)的損壞。因此，密封免維護蓄電池不宜采用恒流充電法。</p><p>　　2.恒壓充電法 恒壓充電法是充電電源的電壓在充電的整個過程中保持恒定不變。恒壓充

30、電電路如圖所示。</p><p>　　圖 2-4恒壓充電電路</p><p>　　這種充電方法充電初期充電電流很大，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，充電電流逐漸減小，充電過程不必調(diào)整電流。這種方法在充電過程中析氣量也很小，充電時間短，能耗低，充電效率高，一般8小時即可充滿。</p><p>　　在閥控鉛酸蓄電池的充電特性曲線V（圖2-3）上,充電器的輸出電壓始終是在充電

31、器設(shè)計人認(rèn)為蓄電池安全受電的最高允許電壓上，低于這個電壓，則蓄電池?zé)o法充滿，在充電過程中，單體蓄電池的充電電壓比蓄電池本身的實際電壓高；通過蓄電池的充電電流，則比蓄電池的最大安全接受電流大10倍以上。</p><p>　　3.浮充法 浮充法是充電器以很小的充電電流（C/30~C/20）對蓄電池進行充電，以確保蓄電池始終處于充滿電的狀態(tài)。浮充法廣泛用于蓄電池作為備用電源或應(yīng)急電源的電器設(shè)備中，是一種有備而無患的充

32、電方式。浮充法電源的原理示意圖如圖2-5</p><p>　　圖2-5浮充法電源原理示意</p><p>　　第三章 電動車充電器的關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　3.1蓄電池及其應(yīng)用技術(shù)</p><p>　　蓄電池及其應(yīng)用水平始終是制約包括電動自行車在內(nèi)的電動車輛進步的瓶頸。日前已達到實用程度的新型蓄電池性能比較見表一。</p>

33、<p>　　電動車對蓄電池的主要要求是；高能量密度，使電動車有較長的一次充電續(xù)駛里程；高功率密度，賦予電動車良好的起動、加速、爬坡性能；長壽命，可有效降低車輛的運行成本。表格：</p><p>　　表3-1新型蓄電池性能比較表</p><p>　　3.2密封鉛酸蓄電池的充電特性</p><p>　　電池充電通常要完成兩個任務(wù)，首先是盡可能快地使電池恢復(fù)

34、額定容量，另一是使用小電流充電，補充電池因自放電而損失的能量，以維持電池的額定容量。在充電過程中，鉛酸電池負(fù)極板上的硫酸鉛逐漸析出鉛，正極板上的硫酸鉛逐漸生成二氧化鉛。當(dāng)正負(fù)極板上的硫酸鉛完全生成鉛和二氧化鉛后，電池開始發(fā)生過充電反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和氧氣。這樣，在非密封電池中，電解液中的水將逐漸減少。在密封鉛酸蓄電池中，采用中等充電速率時，氫氣和氧氣能夠重新化合為水。 </p><p>　　過充電開始的時間

35、與充電的速率有關(guān)。當(dāng)充電速率大于Ｃ／５時，電池容量恢復(fù)到額定容量的８０％以前，即開始發(fā)生過充電反應(yīng)。只有充電速率小于Ｃ／１００，才能使電池在容量恢復(fù)到１００％后，出現(xiàn)過充電反應(yīng)。為了使電池容量恢復(fù)到１００％，必須允許一定的過充電反應(yīng)。過充電反應(yīng)發(fā)生后，單格電池的電壓迅速上升，達到一定數(shù)值后，上升速率減小，然后電池電壓開始緩慢下降。由此可知，電池充足電后，維持電容容量的最佳方法就是在電池組兩端加入恒定的電壓。浮充電壓下，充入的電流應(yīng)能補充

36、電池因自放電而失去的能量。浮充電壓不能過高，以免因嚴(yán)重的過充電而縮短電池壽命。采用適當(dāng)?shù)母〕潆妷?，密封鉛酸蓄電池的壽命可達１０年以上。實踐證明，實際的浮充電壓與規(guī)定的浮充電壓相差５％時，免維護蓄電池的壽命將縮短一半。</p><p>　　鉛酸電池的電壓具有負(fù)溫度系數(shù)，其單格值為－４ｍＶ／℃。在環(huán)境溫度為２５℃時工作很理想的普通（無溫度補償）充電器，當(dāng)環(huán)境溫度降到０℃時，電池就不能充足電，當(dāng)環(huán)境溫度上升到５０℃時，

37、電池將因嚴(yán)重的過充電而縮短壽命。因此，為了保證在很寬的溫度范圍內(nèi)，都能使電池剛好充足電，充電器的各種轉(zhuǎn)換電壓必須隨電池電壓的溫度系數(shù)而變。 </p><p>　　常見的幾種充電模式為：１． 限流恒壓充電模式，其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖１所示。２． 兩階段恒流充電模式，其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖２所示。３． 恒流脈沖充電模式，其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖３所示。此三種充電模式均為業(yè)界推薦采用，其各階段充電電流間的

38、轉(zhuǎn)換，都分別受有溫度補償?shù)霓D(zhuǎn)換電壓Ｖｍｉｎ（快充最低允許電壓）、Ｖｂｉｋ（快充終止電壓）和Ｖｆｌｔ（浮充電壓）控制。國外已開發(fā)出多款具有上述功能的專用充電集成電路，如ＵＣ３９０６，ｂｑ２０３１等。</p><p>　　第四章 充電器硬件電路設(shè)計</p><p>　　電動自行車充電器的設(shè)計方案可謂是多種多樣，本次設(shè)計主要以模擬器件為核心器件設(shè)計并制作了充電電源及控制電路。本次設(shè)計主要分為四個

39、模塊，即電源電路、振蕩電路、電壓保護電路及燈光指示電路。通過這幾部分的整合，從而實現(xiàn)充電器的功能。下面將具體介紹這四大模塊的電路設(shè)計。</p><p>　　4.1電源電路的設(shè)計</p><p><b>　　圖4-1 電源電路</b></p><p>　　由圖4-1可知，電源電路是由橋式整流及濾波電路組成。整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完

40、成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔茫虼硕O管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。該電路是將市電220V由JP1輸入，經(jīng)D1-D4橋式整流變成脈動直流，再經(jīng)E1濾波將脈動直流轉(zhuǎn)換成約311V的直流電壓。</p><p>　　4.1.1單相整流電路</p><p>　　(1) 單相橋式整流電路</p><p><b>　　1) 工作原理</b><

41、/p><p>　　單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖4-2（a）所示。</p><p>　　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(guān)運用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖4-2（a）的電路圖可知：</p><p>　　當(dāng)正半周時，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。  </p><p>　　當(dāng)負(fù)

42、半周時，二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。</p><p>　　在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖4-2（b）。</p><p>　?。╝）橋式整流電路              &

43、#160;              （b）波形圖</p><p>　　圖4-2單相橋式整流電路</p><p>　　2) 單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線</p><p>　　單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流

44、之間的關(guān)系</p><p>　　該曲線如圖4-3所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。</p><p>　　圖4-3單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線</p><p>　　(3) 單相半波整流電路</p><p>　　單相整流電路除橋式整流電路外還有有單相半波和單相全波兩種形式。單相半波整流電路如圖4-4(a)所示，波形圖如圖4-4(b)所示。&

45、lt;/p><p>　　根據(jù)圖4-4可知，輸出電壓在一個工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個正弦波。</p><p>　　(a)電路圖                     

46、0; (b)波形圖</p><p>　　圖4-4 單相半波整流電路</p><p>　　(3) 單相全波整流電路</p><p>　　單相全波整流電路如圖4-5(a)所示，波形圖如圖4-5(b)所示。</p><p>　　(a)電路圖         &

47、#160;             (b)波形圖</p><p>　　圖4-5單相全波整流電路</p><p>　　單相全波整流電路的脈動系數(shù)S與單相橋式整流電路相同。</p><p>　　通過對比可知，單相橋式整流電路的變壓器中只有交流

48、電流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應(yīng)用于直流電源之中。因此，設(shè)計中采用單向橋式整流電路對220V交流電壓進行整流，從而得到311V左右的脈動直流。</p><p><b>　　4.1.2濾波電路</b></p><p>　　整流電路輸出的直流電壓脈動大，僅

49、適用于對直流電壓要求不高的場合，如電鍍、電解等設(shè)備。而在有些設(shè)備中，如電子儀、自動控制裝備等，則要求直流電壓非常穩(wěn)定。為了獲得平滑的直流電壓，可采用濾波電路。</p><p>　　濾電容濾波的特點為結(jié)構(gòu)簡單、輸出電壓高、脈動小。在接通電源的瞬間，將產(chǎn)生強大的充電電流，這種電流稱為“浪涌電流”；同時，因負(fù)載電流太大，電容器放電的速度加快，回事負(fù)載電壓變得不夠平穩(wěn)，所以電容濾波電路適用于負(fù)載電流較小的場合。而本次設(shè)計

50、恰是將整流橋送出的脈動直流311V經(jīng)電容濾波轉(zhuǎn)換成近似直流311V，故選用電容濾波電路。</p><p><b>　　1) 電路的組成</b></p><p>　　現(xiàn)以單相橋式整流電容濾波電路為例來說明。電容濾波電路如圖4-6所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容C。</p><p>　　圖4-6電容濾波電路</p><p&g

51、t;　　2) 電容濾波電路工作原理</p><p>　　若v2處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦波。</p><p>　　當(dāng)v2到達?t=?/2時，開始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載ＲL放電。指數(shù)放電起始點的放電速率很大。在剛過?t=?/2時，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過?t=?

52、/2時二極管仍然導(dǎo)通。在超過?t=?/2后的某個點，正弦曲線下降的速率越來越快，當(dāng)剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時，二極管關(guān)斷。所以在t2到t3時刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，Vi=Vo按正弦規(guī)律變化；t1到t2時刻二極管關(guān)斷，Vi=Vo按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。電容濾波過程見圖4-7。</p><p>　　圖4-7 電容濾波電路波形</p><p>　　需要指出的是，當(dāng)放電時間常數(shù)RL

53、C增加時，t1點要右移，t2點要左移，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減?。环粗?，RLC減少時，導(dǎo)通角增加。顯然。當(dāng)ＲL很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，見圖4-8濾波曲線中的2。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時，盡管C較小, RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。</p><p>　　圖4-8電容濾波的效果</p><p>　　3) 電容

54、濾波電路的外特性</p><p>　　圖4-9電容濾波外特性曲線整流濾波電路中，輸出直流電壓VO隨負(fù)載電流IO的變化關(guān)系曲線如圖4-9所示。</p><p>　　此外，對濾波電容器的選擇除電容量外，還有耐壓值。一般耐壓值取（1.5-2）V2.。</p><p>　　4.2振蕩電路的設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計中與振蕩相關(guān)的電路見4-10

55、所示，市電220V由JP1輸入，經(jīng)整流和濾波后，形成約311V的直流電壓。</p><p>　　該311V直流電壓加到開關(guān)變壓器的初級線圈的上端，經(jīng)下端接到場效應(yīng)管Q1的漏極，同時311V還經(jīng)R3、R4兩個2.2M電阻串聯(lián)接到場效應(yīng)管柵極，設(shè)初始時Q1處于關(guān)斷狀態(tài)，由于R3、R4阻值較大，300V經(jīng)過R3、R4到Q1柵極只能使得場效應(yīng)管處于由關(guān)斷到微導(dǎo)通的過度過程，則初級產(chǎn)生上正下負(fù)的電勢，并感應(yīng)到下次級線圈，下

56、次級線圈產(chǎn)生下正上負(fù)的電勢，經(jīng)C5使Q1進一步導(dǎo)通，到一定程度后，初級電勢不再升高,下次級原感應(yīng)的電勢也消失，Q1退出導(dǎo)通狀態(tài)復(fù)又進入微導(dǎo)通狀態(tài)，此時初級產(chǎn)生下正上負(fù)的電勢，下次級感應(yīng)出上正下負(fù)的電勢，則負(fù)電壓通過C5加到柵極，使Q1迅速關(guān)斷。這樣，Q1完成了一個由關(guān)斷→微導(dǎo)通→導(dǎo)通→微導(dǎo)通→迅速關(guān)斷的過程，形成一個振蕩周期。以后，將周而復(fù)始的這樣繼續(xù)運行第二個、第三個………相同的振蕩周期。由此可見這是一自激式電路。</p>

57、<p><b>　　圖4-10</b></p><p>　　4.2.1 振蕩電路的振蕩方式</p><p>　　振蕩電路一般可分為自激式和它激式兩種。自激式是無須外加信號源能自行振蕩，自激式完全可以把它看作是一個變壓器反饋式振蕩電路，而它激式則完全依賴于外部維持振蕩，在實際應(yīng)用中自激式應(yīng)用比較廣泛。</p><p>　　本設(shè)計所選

58、用的變壓器的繞組方式分為三種類型，一組是參與振蕩的初級繞組，一組是維持振蕩的反饋繞組，還有一組是負(fù)載繞組。將220V的交流電經(jīng)過橋式整流，變換成300V左右的直流電，濾波后進入變壓器后加到開關(guān)管的集電極進行高頻振蕩，反饋繞組反饋到基極維持電路振蕩，負(fù)載繞組感應(yīng)的電信號，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓得到的直流電壓給負(fù)載提供電能。負(fù)載繞組在提供電能的同時，也肩負(fù)起穩(wěn)定電壓的能力，其原理是在電壓輸出電路接一個電壓取樣裝置，監(jiān)測輸出電壓的變化情況，及時反

59、饋給振蕩電路調(diào)整振蕩頻率，從而達到穩(wěn)定電壓的目的。</p><p>　　由此可見，本次設(shè)計中的振蕩電路應(yīng)選擇自激式振蕩。</p><p>　　4.2.2 振蕩電路的分類</p><p>　　常見的振蕩電路為變壓器反饋式振蕩電路和三點式振蕩電路。</p><p>　　本設(shè)計選用的是變壓器反饋式振蕩電路，它能夠?qū)㈦娐饭ぷ鲿r所產(chǎn)生的電流電壓通過相關(guān)

60、器件自行反饋，從而改變振蕩頻率維持充電狀態(tài)的穩(wěn)定性。</p><p>　　圖4-13（a)為變壓器反饋振蕩電路，其正反饋過程是：若輸入Ui為上正下負(fù)，對于振蕩頻率，回路諧振的并聯(lián)阻抗為電阻性，所以輸出電壓Uo與Ui反相，即Uo為上負(fù)下正，由于同名端決定了Uf為上正下負(fù)，Uf正好與Ui同相，只要晶體管的β足夠大和變壓器的匝數(shù)比合適，電路一定能夠振蕩，還可以證明電路的起振條件和振蕩頻率分別為：β≥rbeRC/M f

61、≈1/2π </p><p>　　式中：rbe為基極與射極度之間的交流等效電阻，R為次級折算到初級的等效電阻，M為互感系數(shù)。</p><p><b>　　圖4-11</b></p><p><b>　　4.3保護電路設(shè)計</b></p><p>　　本次設(shè)計保護電路部分輸出回路用于監(jiān)測輸出電流，并為

62、U2C提供供電電壓，U2C通過比較運算控制光電耦合器PC817的導(dǎo)通與截止，從而起到過流保護的作用。TL431為精密穩(wěn)壓專用集成電路，用于基準(zhǔn)電路中產(chǎn)生2.5V的基準(zhǔn)電壓，為U2D提供電壓，U2D通過比較運算穩(wěn)定輸出電壓。保護電路設(shè)計如圖4-12所示，主要包括過流保護電路、輸出回路、基準(zhǔn)電路及電壓比較電路。</p><p><b>　　圖4-12</b></p><p&g

63、t;　　4.3.1過流保護電路設(shè)計</p><p>　　過流保護電路由R1、Q2組成，見圖4-13。</p><p>　　當(dāng)因某種原因使場效應(yīng)管Q1的漏極電流增大并即將達到極限時，其源極電流勢必也增大（漏、源電流是相等的），則R1上的電壓增大，如果到達0.7V時，則三極管Q2飽和導(dǎo)通，實現(xiàn)限制了Q1柵極電位，使Q1進入關(guān)斷狀態(tài)，從而有效保護了相關(guān)元件的安全，提高了整機電路得可靠性。<

64、/p><p><b>　　圖4-13</b></p><p>　　4.3.2輸出回路的設(shè)計</p><p>　　輸出回路是向負(fù)載供電的回路和電路中控制部分需要供電的供電回路，見圖4-14所示。由高頻開關(guān)變壓器上次級線圈感應(yīng)的電壓經(jīng)過D8二次整流E2高頻濾波得到的主輸出電壓可供各負(fù)載使用。電路中R12的作用在與檢測負(fù)載中電流的大小以便后續(xù)電路進行對輸

65、出電流的控制。如果電流過大，R12上的電壓超過D14的正向?qū)妷簳r,D14導(dǎo)通，從而保護R12不被燒壞。顯然D14負(fù)極的電壓為負(fù)值，用于檢測輸出電流。另外，D7、E7整流濾波后的電壓用于系統(tǒng)中各相關(guān)元件的供電，稱輔助控制回路用電壓。</p><p><b>　　圖4-14</b></p><p>　　4.3.3基準(zhǔn)電路的設(shè)計</p><p>

66、　　穩(wěn)壓電源的輸出電壓（或輸出電流）需要精確控制，要想獲得精確、穩(wěn)定的輸出電壓（或輸出電流），必須有一個參數(shù)相對準(zhǔn)確、穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓（或電流）作參考，該部分電路見圖4-15所示。由于需要穩(wěn)定的輸出電壓，所以該穩(wěn)壓源提供的是一基準(zhǔn)電壓。由輔助控制回路用電壓經(jīng)Z2穩(wěn)壓，進一步由Z1進行能隙電路TL431穩(wěn)壓，產(chǎn)生2.5V的基準(zhǔn)，用于精確控制主回路輸出電壓。</p><p>　　TL431是精密穩(wěn)壓專用集成電路。<

67、;/p><p><b>　　圖4-15</b></p><p>　　4.3.4電壓比較電路的設(shè)計</p><p>　　由圖4-16所示，Z2為15V穩(wěn)壓二極管，提供給運算放大器做供電電壓。U2C和U2D為LM324內(nèi)含兩個完全獨立的運算放大器，僅供用電源。U2C為運算放大器用于限制輸出電流，即起到過流保護的作用，U2D運算放大器用于穩(wěn)定輸出電壓。&

68、lt;/p><p>　　U2C的工作原理為：當(dāng)輸出電流達到1.6A，-VEE為-1.6A*0.1Ω=-0.16V，經(jīng)過R14、R22的分壓，使得分壓點電位為低于0V（R22的另一端電位為2.5V），送到U2C的反向輸入端，與其同相輸入端的0V比較，使得U2C輸出為趨向于增大，經(jīng)D15、R10送到PC817光電耦合器，其發(fā)光強度增強內(nèi)部三極管易于導(dǎo)通，Q2趨于飽和，Q1柵極電位降低，漏源之間趨向斷開，從而使輸出電壓降低

69、，輸出的電流負(fù)載下降，實現(xiàn)過流保護的作用。</p><p>　　U2D的工作原理為當(dāng)輸出電壓44V因負(fù)載或來電的原因逐漸減小時，經(jīng)R27/2、R9的分壓，將低于2.5V，送到U2D的同向輸入端，與反向輸入端的2.5V比較（R11直接接到TL431的2.5V），使D16二極管趨于截止，經(jīng)R10送到PC817光電耦合器，其發(fā)光強度削弱，內(nèi)部三極管趨于截止，Q2趨于截止，Q1柵極電位升高，漏源之間更趨向接通，從而使輸出

70、電壓升高，實現(xiàn)穩(wěn)壓作用。</p><p>　　4.4充電狀態(tài)指示電路的設(shè)計</p><p>　　該電路主要是由LM324和雙色發(fā)光管LED2構(gòu)成。LM324是雙運放集成電路,這里接成兩個電壓比較器。由充電電流取樣電阻R12取得的電壓變化信號,經(jīng)R18送入U2B的反向輸入端。充電初期,充電電流較大,R18上壓降增大(注意:R18上的電壓對地為負(fù)電壓)。反向輸入端電位低于正向輸入端電位,輸出端

71、輸出高電平,充電指示燈LED2點亮。當(dāng)電池接近充滿時,充電電流減小,R18上的電壓也減低,當(dāng)U2B反向輸入端電位大于正向輸入端電位時,U2A輸入端變?yōu)榈碗娖?輸出端輸出高電平,充滿指示燈LED2熄滅。電路設(shè)計如圖4-16。 </p><p>　　圖4-16充電狀態(tài)指示電路</p><p>　　4.5整體電路的連接及工作原理</p><p>　　在連接完各部分電路后對

72、整體電路進行連接，整體電路如圖4-17所示。</p><p>　　圖4-17整體電路圖</p><p>　　如圖4-17的左半部所示，當(dāng)插座JP1接上220V交流電，且JP2與電瓶蓄電池相連接時，有兩種狀態(tài)，一是充電過程，二是充電結(jié)束。</p><p>　　在充電過程中，=220V交流電經(jīng)整流橋整流和電容濾波后，形成約為=300V的電壓，該電壓只有正向，無反向電壓，

73、最大電壓為 。當(dāng)=220V電壓加至變壓器后，變壓器的工作出現(xiàn)兩種狀態(tài)，即MOS場效應(yīng)管Q14N90C的導(dǎo)通與閉合。變壓器變壓后輸出兩個電壓 =44V和反向電壓VEE，由于充電時，蓄電池電壓約為36V，低于=44V，因此二極管D8導(dǎo)通，電流分為兩部分，一部分供給蓄電池充電，另一部分供給圖上半部分。LED1導(dǎo)通，一直發(fā)出紅光。上半部分電流經(jīng)穩(wěn)壓二極管Z2穩(wěn)壓后形成 =15V電壓，同時Z1穩(wěn)壓后形成=2.5V電壓。 =15V電壓供給右半部分的

74、指示燈控制部分，而=2.5V電壓則供給右半部分U2ALM324和U2BLM324兩個比較器使用。</p><p>　　=2.5V電壓與-VEE之間連接2個電阻，經(jīng)電阻分壓后送給U2ALM324和U2BLM324兩個比較器的負(fù)端使用，而正端接地，電壓為0。由于-VEE電壓在不斷變化，因此輸入比較器負(fù)端的電壓也發(fā)生變化。當(dāng)-VEE達到負(fù)向最大電壓時，U2BLM324負(fù)端電壓小于0V，比正端電壓低，U2BLM324輸出

75、高電平。二極管D12負(fù)端高，正端低，處于截止?fàn)顟B(tài)，同時，U2ALM324狀態(tài)相反，輸出低電平，二極管D11導(dǎo)通，因此電流流向發(fā)光二極管LED2，二極管發(fā)出綠光。當(dāng)-VEE未達到負(fù)向最大電壓時，U2BLM324輸出低電平，U2ALM324輸出高電平，二極管D12導(dǎo)通，D11截止，此時發(fā)光二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，不發(fā)綠光。在整個充電過程，發(fā)光二極管LED2處于閃爍狀態(tài)。</p><p>　　對于左面的比較器U2CLM32

76、4，-VEE和=2.5V經(jīng)兩個電阻R14、R22構(gòu)成分壓，-VEE的變化決定了U2CLM324正負(fù)兩個輸入端的高低，其正輸入端一直處于0V電壓狀態(tài)，當(dāng)-VEE達到最大反向電壓時，U2CLM324負(fù)端輸入大于0，比較器輸出低電平，D15處于截止?fàn)顟B(tài)，光耦合器U1PC817無輸入電壓，處于不工作狀態(tài)，因此Q2基極無電壓，無法導(dǎo)通，300V電壓經(jīng)R3、R7供給場效應(yīng)管Q14N90C，場效應(yīng)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，二極管D5截止。而當(dāng)-VEE未達到最大

77、反向電壓時，U2CLM324負(fù)端輸入小于0，比較器輸出高電平，D15處于導(dǎo)通狀態(tài)，光耦合器U1PC817有輸入電壓，處于工作狀態(tài)，因此Q2基極有電壓，處于導(dǎo)通狀態(tài)，300V電壓經(jīng)R3流入地，場效應(yīng)管無電壓供給，處于斷開狀態(tài)。</p><p>　　在充電完畢時，蓄電池電壓非常接近充電電壓，此時二極管D8處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電壓-VEE較大，U2BLM324正極輸入電壓大于負(fù)極，一直處于輸出高電平狀態(tài)，U2ALM324

78、則相反，一直處于輸入低電平狀態(tài)，因此LED2一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，一直發(fā)出綠光。對于比較器U2DLM324，正極輸入電壓此時一直大于負(fù)極輸入電壓輸出為高，而U2CLM324也輸出高電平，光耦合器U1PC817一直有輸入電壓，因此Q2一直處于工作狀態(tài)，300V電壓直接經(jīng)過R3流入地。此時的場效應(yīng)管Q14N90C無電壓提供，處于斷開狀態(tài)，充電完畢。</p><p>　　第五章 電動車充電其發(fā)展的最新動態(tài)</p&g

79、t;<p><b>　　5.1太陽能充電器</b></p><p>　　1、整套太陽能供電系統(tǒng)必要部件介紹：</p><p>　　太陽能供電系統(tǒng)由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為：</p><p>　?。ㄒ唬┨柲茈姵亟M件：太陽能電池組件是太陽能供

80、電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能供電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負(fù)載工作。太陽能電池組件的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。</p><p>　?。ǘ┨柲芸刂破鳎禾柲芸刂破鞯淖饔檬强刂普麄€系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控

81、制器的可選項。</p><p>　?。ㄈ┬铍姵兀阂话銥殂U酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池組件所供出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。</p><p>　?。ㄋ模┠孀兤鳎涸诤芏鄨龊希夹枰峁?20VAC、110VAC的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要

82、將太陽能供電系統(tǒng)所供出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負(fù)載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能（注意，不是簡單的降壓）。</p><p>　　以下為幾種太陽能充電器作為核心的電動車及充電器：</p><p>　　第六章 總結(jié)與展望</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計期間通過與別人對

83、比讓我學(xué)到了很多東西和認(rèn)識了自身的不足。</p><p>　　在論文寫作以及電路設(shè)計的過程中，有時感覺很辛苦，很迷茫，沒有頭緒，有時還會產(chǎn)生放棄的念頭，但是最終堅持了下來，完成了我的畢業(yè)設(shè)計，為了自己的目標(biāo)，更為了自己的選擇。</p><p>　　開始是搜集資料。在指導(dǎo)老師的指點下，通過各種渠道開始準(zhǔn)備工作，通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館搜集相關(guān)學(xué)術(shù)論文、核心期刊、書籍等。在設(shè)計課題過程中我查閱了大量的

84、資料和進行理論知識的復(fù)習(xí)，查找和畢業(yè)設(shè)計課題有關(guān)的內(nèi)容，設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)計方案，確定我的這個方案。</p><p>　　接下來，我開始對所搜集的資料進行整理、分析研究。根據(jù)取其精華，去其糟粕的原則，在此期間，我與指導(dǎo)老師通過一些方式溝通，聽取老師好的建議，積極采納。寫完看了之后才發(fā)現(xiàn)論文中的論文漏洞很多，特別是論文的格式問題，有些段落間距設(shè)置不合格，標(biāo)題的字體和大小等，在寫的時候往往把這些給疏漏掉，還有就是頁眉頁腳不

85、同標(biāo)題的設(shè)置問題。</p><p>　　一篇優(yōu)秀的論文不是寫出來的，而是修改出來的，這需要的是耐心，還要用心。在線路的設(shè)計和論文的寫作過程中，我遇到的問題很多，有些是在自己技術(shù)所在范圍之外，每當(dāng)無法實現(xiàn)自己的想法或者運行不下去的時候，我就會出現(xiàn)浮躁的情緒，但是我沒有放棄，而是適時地調(diào)節(jié)自己的心態(tài)，在同學(xué)老師的幫助下，完成了初次的設(shè)計。越是不懂的東西才要去學(xué)，在學(xué)習(xí)的過程中你會收獲很多，其中一點就是互相學(xué)習(xí)是最好的

86、學(xué)習(xí)途徑，在學(xué)習(xí)之后你會感覺到很有成就感，這也是我在完成設(shè)計之后體會到的。</p><p>　　在整個畢業(yè)論文設(shè)計的過程中我學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學(xué)問要一絲不茍，對于出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。在工作中要學(xué)會與人合作的態(tài)度，認(rèn)真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可

87、以事倍功半。</p><p>　　總體說來，經(jīng)過此次設(shè)計，使我學(xué)會了怎樣根據(jù)要求去設(shè)計電路。鍛煉了自己的細(xì)心和設(shè)計思路。論文的設(shè)計成功的展現(xiàn)在我們面前，對自己而言有種收獲的感覺，心里很有成功感！這次的設(shè)計對以后的工作學(xué)習(xí)都有很大的幫助。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在論文完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的

88、指導(dǎo)老師xx（副教授）表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！</p><p>　　在論文工作中，遇到了許多麻煩，比如說電路圖工作原理不明確；撰寫論文時條理不清晰及論文格式不正確等，一直得到xx老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，使我獲益匪淺。xx老師以其淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實的工作作風(fēng)和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘。再一次向他表示衷心的感謝，感謝他為學(xué)生營造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無私幫助!

89、 值此論文完成之際，謹(jǐn)向xx老師致以最崇高的謝意!</p><p>　　在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，回顧兩年多來的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對現(xiàn)在的收獲，我感到無限欣慰。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學(xué)表示由衷的感謝!</p><p>　　特別感謝我的同學(xué)對我的學(xué)習(xí)和生活所提供的大力支持和關(guān)心!還要感謝一直關(guān)心幫助我成長的室友！</p><p>　　在我即將完成學(xué)業(yè)之際，我深

90、深地感謝我的家人給予我的全力支持！</p><p>　　最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授!</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.路秋生《常用充電器電路與應(yīng)用》[M]北京：機械工業(yè)出版社2004.8</p><p>　　2.胡信國等《動力電池技術(shù)機應(yīng)用》[M]北