畢業(yè)設(shè)計--基于tl431和lm324的電動車充電器設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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

2、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?；鶞孰娐凡捎肨L431精密基準穩(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)計等方面進行詳細的介紹。</p><p>　　關(guān)鍵詞：充電器 電源 振蕩 保護電路 &

3、lt;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　Abstract（外語專業(yè)的需要）II</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　第一

4、章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究的背景1</p><p>　　1.2課題研究的內(nèi)容1</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體的設(shè)計3</p><p>　　2.1系統(tǒng)實現(xiàn)功能及技術(shù)指標3</p><p>　　2.2系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖3</p><p>　　

5、2.3 功能元器件的概述3</p><p>　　2.3.1 穩(wěn)壓二極管3</p><p>　　2.3.2變壓器5</p><p>　　2.3.3場效應(yīng)管6</p><p>　　2.3.4 光電耦合器8</p><p>　　2.3.5 四運放集成電路LM3249</p><p>　　2

6、.3.6 精密基準穩(wěn)壓源TL43113</p><p>　　第三章 充電器系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計16</p><p>　　3.1電源電路的設(shè)計16</p><p>　　3.1.1單相整流電路16</p><p>　　3.1.2濾波電路20</p><p>　　3.2振蕩電路的設(shè)計23</p>&

7、lt;p>　　3.2.1 振蕩電路的振蕩方式24</p><p>　　3.2.2 振蕩電路的分類24</p><p>　　3.3 保護電路的設(shè)計26</p><p>　　3.3.1 過流保護電路的設(shè)計27</p><p>　　3.3.2輸出回路的設(shè)計28</p><p>　　3.3.3基準電路的設(shè)計2

8、8</p><p>　　3.3.4電壓比較電路的設(shè)計29</p><p>　　3.4充電狀態(tài)指示電路的設(shè)計29</p><p>　　第四章 整體調(diào)試31</p><p>　　4.1整體電路的連接及工作原理31</p><p>　　4.2調(diào)試及說明32</p><p>　　4.2調(diào)試注

9、意事項32</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望34</p><p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　參考文獻37</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的背

10、景</p><p>　　（1） 充電器發(fā)展概況</p><p>　　自從上世紀的六、七十年代以來，電子技術(shù)領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展，可謂是日新月異，不僅在理論上，而且越來越多地運用到我們的日常生活中，致使工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技和國防等領(lǐng)域以及人們的社會生活都發(fā)生著令人矚目的變革。小到可以隨身攜帶的電子產(chǎn)品，如MP3，USB存儲器，大到電瓶車、電視、巨型計算機，在我們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓椒奖懔宋覀兊纳睿?/p>

11、在21世紀，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，充電器輸出最大達到44V/3A/130W，已經(jīng)可滿足。

12、在充電過程中，充電電流還將逐漸降低。</p><p>　　（2） 充電器常見的幾種充電模式</p><p>　　1) 限流恒壓充電模式</p><p>　　2) 兩階段恒流充電模式</p><p>　　3) 恒流脈沖充電模式</p><p>　　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轉(zhuǎn)換，都分別受有溫度補

13、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。</p><p>　　1.2課題研究的內(nèi)容</p><p>　　本此設(shè)計的內(nèi)容是將220V市電通過一系列的轉(zhuǎn)換與控制輸出穩(wěn)定的電壓44V對電動車進行充電。本文通過四部分電路的設(shè)計來實現(xiàn)充電器的功能，即電源電路、振蕩電路、保護電路和充電狀態(tài)指示電路。該電路能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的自動轉(zhuǎn)換、充電過程的自動保護及

14、充電狀態(tài)的指示，克服了種種充電時的隱患。</p><p>　　設(shè)計中主要以模擬器件為核心設(shè)計并制作了充電電路。該電路能實現(xiàn)充電過程的自動控制，設(shè)計中用橋式整流、濾波將220V交流電轉(zhuǎn)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(yīng)充電的狀態(tài)。其間用到了精密基準穩(wěn)壓源及四運放集成電路等重要元件。在設(shè)計過程方面，從總體方案、單元電路、元器件選擇和設(shè)計到調(diào)試等

15、同樣進行了細致的介紹。</p><p>　　本設(shè)計是利用普通常用的元器件實現(xiàn)電動車的充電功能。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。②采用整流穩(wěn)壓電路，以實現(xiàn)安全充電，其常用的器件在實現(xiàn)快速充電的同時又加以保護電路，以保證元器件的性能。③采用LM324四運放器進行電壓比較，可實現(xiàn)電路比較功能。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體的設(shè)計</p>

16、<p>　　2.1系統(tǒng)實現(xiàn)功能及技術(shù)指標</p><p>　　（1） 充電保護：在充電過程中，能夠自行調(diào)節(jié)輸出電流及電壓，保證充電電電壓在44V左右。</p><p>　?。?） 充電顯示：通過LED燈的閃爍，能夠顯示當前的充電狀態(tài)。</p><p>　?。?） 電壓參數(shù)：22V交流轉(zhuǎn)換成44V直流。</p><p>　　2.2系

17、統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　根據(jù)課題的要求和技術(shù)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。但要對方案的性能、成本、體積、難易程度等進行分析與比較，本著以滿足功能要求為前提，綜合考慮，確定方案。本次充電器的設(shè)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。結(jié)構(gòu)圖如圖2.1.1所示。</p><p><b>　　圖2.2.1</b>

18、</p><p>　　根據(jù)圖2.2.1，顯然需要運算放大器、光電耦合器、場效應(yīng)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。</p><p>　　下面將講述設(shè)計中一些重要器件的應(yīng)用特性及其選擇原因。</p><p>　　2.3 功能元器件的概述</p><p>

19、;　　2.3.1 穩(wěn)壓二極管</p><p>　　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。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。穩(wěn)壓管在反向擊穿時，在一定的電流范圍內(nèi)（或者說在一定功率損耗范圍內(nèi)），端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛應(yīng)用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的。圖2.3.1即為穩(wěn)壓管等效電路。</p>

20、;<p><b>　　圖2.3.1</b></p><p>　　(1) 穩(wěn)壓管工作原理</p><p>　　穩(wěn)壓管也是一種晶體二極管，它是利用PN結(jié)的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來工作的。穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓設(shè)備和一些電子電路中獲得廣泛的應(yīng)用。把這種類型的二極管稱為穩(wěn)壓管，以區(qū)別用在整流、檢波和其他單向?qū)щ妶龊系亩O管。穩(wěn)壓二極管的特點就是擊穿后，其兩端的電壓基本保

21、持不變。這樣，當把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動，或其它原因造成電路中各點電壓變動時，負載兩端的電壓將基本保持不變。如圖2.3.2畫出了穩(wěn)壓管的伏安特性及其符號。穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓變化很小。利用這一特性，穩(wěn)壓管在電路中能起穩(wěn)壓作用。因為這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用。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。<

22、;/p><p><b>　　圖2.3.2</b></p><p>　　(2) 穩(wěn)壓管的主要參數(shù)</p><p>　　1) 穩(wěn)定電壓Uz Uz就是PN結(jié)的擊穿電壓，它隨工作電流和溫度的不同而略有變化。對于同一型號的穩(wěn)壓管來說，穩(wěn)壓值有一定的離散性。</p><p>　　2) 穩(wěn)定電流Iz 穩(wěn)壓管工作時的參考電流值。它通常有一定

23、的范圍，即Izmin——Izmax。</p><p>　　3) 動態(tài)電阻rz 它是穩(wěn)壓管兩端電壓變化與電流變化的比值，如上圖所示，即這個數(shù)值隨工作電流的不同而改變。通常工作電流越大，動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能越好。</p><p>　　(3) 穩(wěn)壓二極管的選用</p><p>　　穩(wěn)壓二極管一般用在穩(wěn)壓電源中作為基準電壓源或用在過電壓保護電路中作為保護二極管。</

24、p><p>　　選用的穩(wěn)壓二極管，應(yīng)滿足應(yīng)用電路中主要參數(shù)的要求。穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓值應(yīng)與應(yīng)用電路的基準電壓值相同，穩(wěn)壓二極管的最大穩(wěn)定電流應(yīng)高于應(yīng)用電路的最大負載電流50%左右。</p><p>　　由上述內(nèi)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(nèi)變化，從而為負載電路提供穩(wěn)定的電壓。故選擇穩(wěn)壓二極管維持電路的正常運行。</p><p><b

25、>　　2.3.2變壓器</b></p><p>　　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(yīng)出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。如圖2.3.3所示。</p><p><b>　　圖2.3.3&l

26、t;/b></p><p>　　(1) 變壓器的分類 </p><p>　　按冷卻方式分類：干式（自冷）變壓器、油浸（自冷）變壓器、氟化物（蒸發(fā)冷卻）變壓器。 </p><p>　　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。 </p><p>　　按鐵芯或線圈結(jié)構(gòu)分類：芯式變壓器（插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯）、殼式變

27、壓器（插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯）、環(huán)型變壓器、金屬箔變壓器。 </p><p>　　按電源相數(shù)分類：單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。 </p><p>　　按用途分類：電源變壓器、調(diào)壓變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、脈沖變壓器。 </p><p>　　(2) 電源變壓器的特性參數(shù) </p><p><b>　　

28、1) 工作頻率 </b></p><p>　　變壓器鐵芯損耗與頻率關(guān)系很大，故應(yīng)根據(jù)使用頻率來設(shè)計和使用，這種頻率稱工作頻率。 </p><p><b>　　2) 額定功率 </b></p><p>　　在規(guī)定的頻率和電壓下，變壓器能長期工作，而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。 </p><p><b>

29、　　3) 額定電壓 </b></p><p>　　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。 </p><p><b>　　4) 電壓比 </b></p><p>　　指變壓器初級電壓和次級電壓的比值，有空載電壓比和負載電壓比的區(qū)別。 </p><p><b>　　5) 效率 &

30、lt;/b></p><p>　　指次級功率P2與初級功率P1比值的百分比。通常變壓器的額定功率愈大，效率就愈高。 </p><p>　　設(shè)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2.2.4所示。通過變壓器振蕩頻率的改變，輸出電壓改變，經(jīng)負載電路的控制，輸出可供充電的電壓。</p><p><b>　　2.3.3場效應(yīng)管</

31、b></p><p>　　場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管.由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管.它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。</p><p>　　(1) 場效應(yīng)管的特點</p><p>　　具有輸入電阻高（100MΩ～1 000MΩ）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作

32、區(qū)域?qū)挕岱€(wěn)定性好等優(yōu)點,現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者。</p><p>　　(2) 場效應(yīng)管的作用</p><p>　　場效應(yīng)管可應(yīng)用于放大.由于場效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高,因此耦合電容可以容量較小,不必使用電解電容器。</p><p>　　場效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。</p><p>　　場效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻

33、抗變換.常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換.場效應(yīng)管可以用作可變電阻.場效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。 </p><p>　　(3) 場效應(yīng)管的分類</p><p>　　場效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型(MOS)兩大類；</p><p>　　按溝道材料：結(jié)型和絕緣柵型各分N溝道和P溝道兩種；</p><p>　　按導(dǎo)電方式：耗盡型與增強型,結(jié)型場效應(yīng)管

34、均為耗盡型，絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型的，也有增強型的。</p><p>　　場效應(yīng)晶體管可分為結(jié)型場效應(yīng)晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管，而MOS場效應(yīng)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。下面將對場效應(yīng)管的特性進行比較，如表2.1所示。</p><p>　　表2.1 各種場效應(yīng)管特性比較</p><p>　　(4)場效應(yīng)管工作條件</p>

35、;<p>　　場效應(yīng)管和三極管的功能、作用一樣，可以用于放大、振蕩、開關(guān)電路。</p><p>　　N溝道場效應(yīng)管和NPN三極管類似，工作條件是在柵極加正向極性控制電壓，在漏極加正極性電源電壓，改變柵極電壓就可以改變漏極與源極之間的電流大小。</p><p>　　P溝道場效應(yīng)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

36、變漏極與源極之間的電流大小。</p><p>　　目前應(yīng)用比較廣泛的是N溝道場效應(yīng)管，就像三極管NPN型應(yīng)用比較多一樣。</p><p>　　本次設(shè)計選擇N溝道場耗盡型場效應(yīng)管。不同于增強型場效應(yīng)管的是它在制造時，就在二氧化硅絕緣層中加入大量正離子，因正離子的作用，柵－源極間電壓vGS=0時，耗盡型MOS管中的漏－源極間已有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生，而增強型MOS管要在vGS≥VT時才出現(xiàn)導(dǎo)電溝道。故

37、只要加上正向電壓vDS，就有電流iD。電路中場效應(yīng)管通過導(dǎo)通與關(guān)斷控制變壓器的振蕩周期，達到一個穩(wěn)定的狀態(tài)。</p><p>　　2.3.4 光電耦合器</p><p>　　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。采用這種組合方式制成的器件稱為光電耦合器。光電耦合器一般制成管式或雙列直插式結(jié)構(gòu)，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)

38、兩路間的電氣隔離。光電耦合器既可用來傳遞模擬信號，也可作為開關(guān)器件使用，也就是它具有變壓器和繼電器的功能。但光電耦合器的體積小、重量輕、壽命長、開關(guān)速度比繼電器快，且無觸點、耗能少。與變壓器相比，工作頻率范圍寬，耦合電容小，輸入輸出之間絕緣電阻高，并能實現(xiàn)信號的單方向傳遞。</p><p><b>　　(1)光耦的分類</b></p><p>　　光電耦合器分為兩種：

39、一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。</p><p>　　非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于開關(guān)信號的傳輸，不適合于傳輸模擬量。 常用的4N系列光耦屬于非線性光耦 。</p><p>　　線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，并且小信號時性能較好，能以線性特性進行隔離控制。 常用的線性光耦是PC817A—C系列。</p><p>　　開關(guān)電源中常用

40、的光耦是線性光耦。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(diào)制。</p><p><b>　　(2)光耦的作用</b></p><p>　　由于光耦種類繁多，結(jié)構(gòu)獨特，優(yōu)點突出，因而其應(yīng)用十分廣泛，主要應(yīng)用以下場合：</p><p>　　1) 在邏輯電路上的應(yīng)用</p

41、><p>　　光電耦合器可以構(gòu)成各種邏輯電路，由于光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構(gòu)成的邏輯電路更可靠。</p><p>　　2) 作為固體開關(guān)應(yīng)用</p><p>　　在開關(guān)電路中，往往要求控制電路和開關(guān)之間要有很好的電隔離，對于一般的電子開關(guān)來說是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實現(xiàn)。</p><p>　　3) 在觸發(fā)

42、電路上的應(yīng)用</p><p>　　將光電耦合器用于雙穩(wěn)態(tài)輸出電路，由于可以把發(fā)光二極管分別串入兩管發(fā)射極回路，可有效地解決輸出與負載隔離地問題。</p><p>　　4) 在脈沖放大電路中的應(yīng)用</p><p>　　光電耦合器應(yīng)用于數(shù)字電路，可以將脈沖信號進行放大。</p><p>　　5) 在線性電路上的應(yīng)用</p><

43、p>　　線性光電耦合器應(yīng)用于線性電路中，具有較高地線性度以及優(yōu)良地電隔離性能。</p><p>　　6) 特殊場合的應(yīng)用</p><p>　　光電耦合器還可應(yīng)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。</p><p>　　本次設(shè)計選用的光耦即為PC817A—C系列。由于它具有隔離控制作用，故能夠有效的保護場效應(yīng)管，控制充電過程中電壓

44、的變化。</p><p>　　2.3.5 四運放集成電路LM324</p><p>　　(1) LM324的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖2.3.4。它的內(nèi)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。每一組運算放大器可如圖所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為

45、兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出 端。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。LM324的引腳排列見圖2.3.5。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(yīng) 用在各種電路中。</p><p><b&g

46、t;　　圖2.3.4</b></p><p><b>　　圖2.3.5</b></p><p>　　(2) LM324的應(yīng)用 1) 反相交流放大器 電路見圖2.3.6。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。電路無需調(diào)試。放大器采用單電源供電，由R1、R2組成1/2V+偏置，C1是消振電容。 放大器電壓放大倍數(shù)Av僅由外

47、接電阻Ri、Rf決定：Av=-Rf/Ri。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖中所給數(shù)值，Av=-10。此電路輸入電阻為Ri。一般情況下先取Ri與信號源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定Rf。Co和Ci為耦合電容。</p><p><b>　　圖2.3.6</b></p><p>　　2) 同相交流放大器</p><p>　　電路見圖2

48、.3.7。同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。其中的R1、R2組成1/2V+分壓電路，通過R3對運放進行偏置。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。R4的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。</p><p><b>　　圖2.3.7</b></p><p>　　3) 交流信號三分配放大器 </p><p>

49、;　　電路見圖2.3.8。此電路可將輸入交流信號分成三路輸出，三路信號可分別用作指示、控制、分析等用途。而對信號源的影響極小。因運放Ai 輸入電阻高，運放 A1-A4 均把輸出端直接接到負輸入端，信號輸入至正輸入端，相當于同相放大狀態(tài)時 Rf=0 的情況，故各放大器電 壓放大倍數(shù)均為 1 ，與分立元件組成的射極跟隨器作用相同。</p><p>　　R1、R2組成1/2V+偏置，靜態(tài)時A1輸出端電壓為1/2V+，故

50、運放A2-A4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。</p><p><b>　　圖2.3.8</b></p><p>　　4) 有源帶通濾波器</p><p>　　許多音響裝置的頻譜分析器均使用此電路作為帶通濾波器，以選出各個不同頻段的信號，在顯示上利用發(fā)光二極管點亮的多少來指示出信號幅度的大小。如圖2.3.9。這種

51、有源帶通 濾波器的中心頻率 ，在中心頻率fo處的電壓增益Ao=B3/2B1，品質(zhì)因數(shù) ，3dB帶寬B=1/（п*R3*C）也可根據(jù)設(shè)計確定的Q、fo、Ao值，去求出帶通濾波器的各元件參數(shù)值。R1=Q/（2пfoAoC），R2=Q /（（2Q2-Ao）*2пfoC），R3=2Q/（2пfoC）。上式中，當fo=1KHz時，C取0.01Uf。此電路亦可用于一般的選頻放大。 此電路亦可使用單電源，只需將運放正輸入端偏置在1/2V+并將

52、電阻R2下端接到運放正輸入端既可。圖2.3.9</p><p><b>　　5) 比較器</b></p><p>　　如圖2.3.10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)。此時運放便形成一個電壓比較器，其輸出如不是高電平

53、（V+），就是低電平（V-或接地）。當正輸入端電壓高于負輸入端電壓 時，運放輸出低電平。 附圖中使用兩個運放組成一個電壓上下限比較器，電阻R1、R1ˊ組成分壓電路，為運放A1設(shè)定比較電平U1；電阻R2、 R2ˊ組成分壓電路，為運放A2設(shè)定比較電平U2。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 。運放A1、A2只要有一個輸出高電平，晶體管BG1就會導(dǎo)通，發(fā)光二極管

54、LED就會點亮。 若選擇U1>U2，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。 若選擇U2 > U1，則當輸入電壓在[U2，U1]區(qū)間范圍時，LED點亮，這是一個“窗口”電壓指示器。 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</p><p><b>　　圖2.3.10</b></p

55、><p>　　6) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 見圖2.3.11。此電路可用在一些自動控制系統(tǒng)中。電阻R1、R2組成分壓電路，為運放A1負輸入端提供偏置電壓U1，作為比較電壓基準。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。當輸入電壓Ui變?yōu)榈碗娖綍r，二極管D1導(dǎo)通，電容C1通過D1迅速放電，使U2突然 降至地電平，此時因為U1>U2，故運放A1輸出低電平。當輸入電壓變高

56、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U2>U1，A1輸出又變?yōu)楦唠娖?，從而結(jié)束了一次單穩(wěn)觸發(fā)。顯然，提高U1或增大R2、C1的數(shù)值，都會使單穩(wěn)延時時間增長，反之則縮 短。 如果將二極管D1去掉，則此電路具有加電延時功能。剛加電時，U1>U2，運放A1輸出低電平，隨著電容C1不斷充電，U2不斷升高，當U2>U1時，A1輸出才變?yōu)楦唠娖?。參考圖2.3.12。</p

57、><p><b>　　圖2.3.11</b></p><p>　　圖2.3.12 </p><p>　　本次電路設(shè)計中，該集成電路主要用于電壓比較器。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)。</p><p>　　2.3.6 精密基

58、準穩(wěn)壓源TL431</p><p>　　(1) TL431的簡介</p><p>　　TL431是德州儀器公司（TI ）生產(chǎn)的一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意的設(shè)置到從Verf（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運放電路，可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等。</p>

59、<p><b>　　圖2.3.13</b></p><p>　　圖2.3.13是該器件的符號。3個引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）和參考端（REF）。TL431的具體功能可以用如圖2.2.16的功能模塊示意。</p><p>　　由圖2.3.14可以看到，VI是一個內(nèi)部的2.5V基準源，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，只有當

60、REF端（同相端）的電壓非常接近VI（2.5V）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，通過三極管 圖2.3.14的電流將從1到100mA變化。當然，該圖絕不是TL431的實際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設(shè)計、分析應(yīng)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。</p><p><b>

61、　　圖2.3.14</b></p><p><b>　　(2)恒壓電路應(yīng)用</b></p><p>　　前面提到TL431的內(nèi)部含有一個2.5V的基準電壓，所以當在REF端引入輸出反饋時，器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖2.3.15所示的電路，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

62、的分流也就增加，從而又導(dǎo)致Vo下降。顯見，這個深度的負反饋電路必然在VI等于基準電壓處穩(wěn)定，此時Vo=(1+R1/R2)Vref。選擇不同的R1和R2的值可以得到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當R1=R2時，Vo=5V。需要注意的是，在選擇電阻時必須保證TL431工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于1 mA 。</p><p><b>　　圖2.3.15</b><

63、/p><p>　　(3) TL431的主要參數(shù)1) 最大輸入電壓為37V</p><p>　　2) 最大工作電流150mA</p><p>　　3) 內(nèi)基準電壓為2.5V</p><p>　　4) 輸出電壓范圍為2.5~30V</p><p>　　基準穩(wěn)壓源主要用于產(chǎn)生2.5V的基準電壓，它作為相對穩(wěn)定的基準電壓通過電壓

64、比較器的比較運算獲得精確、穩(wěn)定的輸出電壓。因此，在設(shè)計中它起到控制主回路的輸出電壓的作用。</p><p>　　第三章 充電器系統(tǒng)硬件電路的設(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。本章將講述該設(shè)計的具體實現(xiàn)方案。本次設(shè)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。通過這幾部

65、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>　　3.1電源電路的設(shè)計</p><p>　　圖3.1.1電源電路</p><p>　　由圖3.1.1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。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。在小功率整流電路中，常

66、見的整流電路有單相半波、全波、橋式整流電路等。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電感、電容組合而成的各種復(fù)式濾波電路。</p><p>　　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>　　3.1.1單相整流電路<

67、;/p><p>　　(1) 單相橋式整流電路</p><p><b>　　1) 工作原理</b></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3.1.2（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娦浴８鶕?jù)圖3.1.2（a）的電路圖可知

68、：</p><p>　　當正半周時，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。  </p><p>　　當負半周時，二極管D2、D4導(dǎo)通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。</p><p>　　在負載電阻上正、負半周經(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3.1.2（b）。</p><p>

69、<b>　　2) 參數(shù)計算</b></p><p>　　根據(jù)圖3.1.2（b）可知，輸出電壓是單相脈動電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。</p><p>　?。╝）橋式整流電路                

70、0;            （b）波形圖</p><p>　　圖3.1.2單相橋式整流電路</p><p>　　流過負載的平均電流為</p><p>　　流過二極管的平均電流為</p><p>　　二極管所承受的最大反向電壓

71、</p><p>　　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。脈動系數(shù)S定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。</p><p>　　3) 單相橋式整流電路的負載特性曲線</p><p>　　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(guān)系</p><p>　　該曲線

72、如圖3.1.3所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。</p><p>　　圖3.1.3單相橋式整流電路的負載特性曲線</p><p>　　(2) 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3.1.4(a)所示，波形圖如圖3.1.4(b)所示。</p><p>　　根

73、據(jù)圖3.1.4可知，輸出電壓在一個工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負載上得到的是半個正弦波。負載上輸出平均電壓為</p><p>　　流過負載和二極管的平均電流為</p><p>　　(a)電路圖                 &#

74、160;     (b)波形圖</p><p>　　圖3.1.4 單相半波整流電路</p><p>　　二極管所承受的最大反向電壓</p><p>　　(3) 單相全波整流電路</p><p>　　單相全波整流電路如圖3.1.5(a)所示，波形圖如圖3.1.5(b)所示。</p>

75、<p>　　(a)電路圖                       (b)波形圖</p><p>　　圖3.1.5 單相全波整流電路</p><p>　　根據(jù)

76、圖3.1.5（b）可知，全波整流電路的輸出電壓與橋式整流電路的輸出相同。輸出平均電壓為</p><p>　　流過負載的平均電流為</p><p>　　二極管所承受的最大反向電壓</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電流流過，而半波和全波整

77、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，在同樣功率容量條件下，體積可以小一些。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>　　3.1.2濾波電路</b></p><p>　　整流電路輸出的直流

78、電壓脈動大，僅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，濾除脈動直流典雅中的交流部分，濾波電路常由電容和電感組成。</p><p>　　濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)與負載

79、串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。</p><p><b>　　(1) 容濾波電路</b></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3.

80、1.6所示，在負載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容C。</p><p>　　圖3.1.6電容濾波電路</p><p>　　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相當于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦波。</p><p>　　當v2到達?t=?/2時，開

81、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=?/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3.

82、1.7。</p><p>　　圖3.1.7 電容濾波電路波形</p><p>　　需要指出的是，當放電時間常數(shù)RLC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ＲL很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，見圖3.1.8濾波曲線中的2。反之，當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

83、的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。</p><p>　　圖3.1.8電容濾波的效果</p><p>　　3) 電容濾波電路參數(shù)的計算</p><p>　　濾波電容C的大小取決于放電回路的時間常數(shù)，RLC愈大，輸出電壓脈動就愈小，通常取RLC為脈動電壓中最低次諧波周期的3-5倍，即</p><p>　　式中T為交流電源電壓的周期。<

84、;/p><p>　　電容濾波電路的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細的曲線可供查閱，一般常采用以下近似估算法：</p><p>　　一種是用鋸齒波近似表示，即</p><p>　　另一種是在RLC=（3?5）的條件下，近似認為VO=1.2V2。</p><p>　　4) 電容濾波電路的外特性</p><p&

85、gt;　　圖3.1.9電容濾波外特性曲線整流濾波電路中，輸出直流電壓VO隨負載電流IO的變化關(guān)系曲線如圖3.1.9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?。?.5-2）V2.。</p><p><b>　　(2) 濾波電路</b></p><p>　　利用儲能元件電感器Ｌ的電流不能突變的性質(zhì)，把

86、電感Ｌ與整流電路的負載ＲL相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。</p><p>　　橋式整流電感濾波電路如圖3.1.10所示。電感濾波的波形圖如圖3.1.11所示。當v2正半周時，D1、D3導(dǎo)電，電感中的電流將滯后v2。當負半周時，電感中的電流將更換經(jīng)由D2、D4提供。因橋式電路的對稱性和電感中電流的連續(xù)性，四個二極管D1、D3；D2、D4的導(dǎo)電角都是180°。</p><p>　　圖

87、3.1.10 電感濾波電路</p><p>　　圖3.1.11電感濾波電路波形圖</p><p>　　通過對比可知，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，因負載電流太大，電容器放電的速度加快，回事負載電壓變得不夠平穩(wěn)，所以電容濾波電路適用于負載電流較小的場合。而本次設(shè)計恰是將整流橋送出的脈動直流311V經(jīng)電容濾

88、波轉(zhuǎn)換成近似直流311V，故選用電容濾波電路。</p><p>　　3.2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3.2.1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)

89、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)生上正下負的電勢，并感應(yīng)到下次級線圈，下次級線圈產(chǎn)生下正上負的電勢，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)生下正上負的電勢，下次級感應(yīng)出上正下負的電勢，則負電壓通過C5加到柵極，使Q1迅速關(guān)斷。這

90、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><p><b>　　圖3.2.1</b></p><p>　　3.2.1 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

91、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

92、蕩，負載繞組感應(yīng)的電信號，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓得到的直流電壓給負載提供電能。負載繞組在提供電能的同時，也肩負起穩(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>　　3.2.2 振蕩電路的分類</p>&l

93、t;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>　　(1) 反饋式振蕩電路</p><p>　　圖3.2.2（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，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為上負下正，由于同名端決定了Uf為上正下負，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

94、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：</p><p><b>　　β≥rbeRC/M</b></p><p><b>　　f≈1/2π </b></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&g

95、t;<b>　　圖3.2.2</b></p><p>　　(2) 三點式振蕩電路</p><p>　　圖3.2.3（a)為三點振蕩電路及其交流等效電路，從圖3.2.4（b）看出，與發(fā)射極相接為電容，集極度與基極之間接電感，服從于共射三點振蕩電路對電抗性的要求，故能振蕩 </p><p><b>　　圖3.2.3</b>&l

96、t;/p><p>　　一般反饋系數(shù)F=C1/C2取0.5-0.01之間，由于該電路的輸入端接電容，而容抗又隨頻率增加而減小，所以輸入電壓中的高次諧波分量將明顯地受到抑制，使輸出波形良好，該電路的缺點是：用調(diào)節(jié)電容來改變頻率時，會使反饋系數(shù)改變，所以通常用改進型的電容三點振蕩電路。</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)器件自行反饋，從

97、而改變振蕩頻率維持充電狀態(tài)的穩(wěn)定性。</p><p>　　3.3 保護電路的設(shè)計</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，用于基準電路中產(chǎn)生2.5V的基準電壓，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3

98、.3.1所示，主要包括過流保護電路、輸出回路、基準電路及電壓比較電路。</p><p><b>　　圖3.3.1</b></p><p>　　3.3.1 過流保護電路的設(shè)計</p><p>　　過流保護電路由R1、Q2組成，見圖3.3.2。</p><p>　　當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

99、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。</p><p><b>　　圖3.3.2</b></p><p>　　3.3.2輸出回路的設(shè)計</p><p>　　輸出回路是向負載供電的回路

100、和電路中控制部分需要供電的供電回路，見圖3.3.3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載使用。電路中R12的作用在與檢測負載中電流的大小以便后續(xù)電路進行對輸出電流的控制。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負極的電壓為負值，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

101、用電壓。</p><p><b>　　圖3.3.3</b></p><p>　　3.3.3基準電路的設(shè)計</p><p>　　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)相對準確、穩(wěn)定的基準電壓（或電流）作參考，該部分電路見圖33.4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

102、基準電壓。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，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。</p><p><b>　　圖3.3.4</b></p><p>　　3.3.4電壓比較電路的設(shè)計</p><p>　　由圖3.3.1

103、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。</p><p>　　U2C的工作原理為：當輸出電流達到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

104、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，輸出的電流負載下降，實現(xiàn)過流保護的作用。</p><p>　　U2D的工作原理為當輸出電壓44V因負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

105、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，從而使輸出電壓升高，實現(xiàn)穩(wěn)壓作用。</p><p>　　3.4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

106、,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上的電壓對地為負電壓)。反向輸入端電位低于正向輸入端電位,輸出端輸出高電平,充電指示燈LED2點亮。當電池接近充滿時,充電電流減小,R18上的電壓也減低,當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3.4.

107、1。 </p><p><b>　　圖3.4.1</b></p><p><b>　　第四章 整體調(diào)試</b></p><p>　　4.1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整體電路進行連接，整體電路如圖4.1所示。</p><p>　　圖

108、4.1 整體電路圖</p><p>　　如圖4.1的左半部所示，當插座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，最大電壓為 。當=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Q14N

109、90C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

110、。</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，因此輸入比較器負端的電壓也發(fā)生變化。當-VEE達到負向最大電壓時，U2BLM324負端電壓小于0V，比正端電壓低，U2BLM324輸出高電平。二極管D12負端高，正端低，處于截止狀態(tài)，同時，U2ALM324狀態(tài)相反，輸出低電平，

111、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-VEE未達到負向最大電壓時，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)光二極管處于截止狀態(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U2CLM324，-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

112、正負兩個輸入端的高低，其正輸入端一直處于0V電壓狀態(tài)，當-VEE達到最大反向電壓時，U2CLM324負端輸入大于0，比較器輸出低電平，D15處于截止狀態(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-VEE未達到最大反向電壓時，U2CLM324負端輸入小于0，比較器輸出高電平，D15處于導(dǎo)通狀態(tài)，光耦合器U1

113、PC817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處于截止狀態(tài)，反向電壓-VEE較大，U2BLM324正極輸入電壓大于負極，一直處于輸出高電平狀態(tài)，U2ALM324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U2DL

114、M324，正極輸入電壓此時一直大于負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><b>　　4.2調(diào)試及說明</b></p><p>　　在調(diào)試過程中，將充電器的接220V電壓的兩條導(dǎo)

115、線與插頭接好，注意用膠布將接口出包好，以防導(dǎo)線裸露出接觸造成短路，連接完后用萬用表測量插頭兩端是否短路，檢查完畢后將充電電池放入事先購買好的充電插槽中，接入220V電源，發(fā)光二極管亮，電池兩端產(chǎn)生電壓，則充電開始，經(jīng)過一端時間后檢查電池兩端電壓是否發(fā)生變化，放電電路的檢查也和充電電路的檢查差不多。對于直流輸出，用萬用表測量直流輸出兩端接出導(dǎo)線之間的電壓，用一發(fā)光二極管和電阻串聯(lián)，接入導(dǎo)線兩端，發(fā)光二極管發(fā)光，則電源可使用。由于變壓器不能