简易5号电池恒流充电器

简易5号电池恒流充电器 目 录 课程任务书 „„„„„„„„„„„„„„„1 第一章 摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„2 第二章 设计目的„„„„„„„„„„„„„„„3 第三章 简易5号电池恒流充电器的功能„„„„„4 第四章 设计原理及………………………………5 第五章 集成电路简介…………………………………13 第六章 元器件清单„„„„„„„„„„„„„„15 第七章 总结设计体会„„„„„„„„„„„„„16 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„17 附录 „…„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 课程设计任务书 目:简易5号电池恒流充电器 专业班级: 学号: 姓名: 主要内容 1、阅读相关科技文献。 2、学习protel软件的使用。 3、学会整理和总结设计文档。 4、学习如何查找器件手册及相关参数。 技术要求 1、 要求电路能够以恒定的电流对两节5号电池进行充电。 2、 要求电路能够在充满的时候，自动切断电源。 3、 要求电路能够显示电池是否充满。 主要参考资料 1、李银华， 电子线路设计指导， 北京航空航天大学出版社， 2005年6月 2、王澄非， 电路与数字逻辑设计实践， 东南大学出版社， 1999 年10月 3、姚福安， 电子电路设计与实践， 山东科学技术出版社， 2001 年10月 4、何小艇， 电子系统设计， 浙江大学出版社， 2001年6月 5、康华光， 电子技术基础， 高教出版社， 2003年 6、朱正伟，数字电路逻辑设计，清华大学出版社，2006年3月 完成期限 :2009年6月26 指导教师签章 : 专业负责人签章: 2009年6月15日 1 第一章 摘要 普通电池充电均采用恒流方式时，只需控制充电时间即可完成对电池的充电，并不考虑电池会提前充满，电池充满后若不切断电源会影响电池的寿命，且浪费电资源。而本文介绍的是一种经济实用的简易电池恒流充电器，能够以恒定的电流对两节5号电池进行充电，当电池电量充满时可以自动显示电量充满，并且会自动切断电源停止充电。 本文设计的充电器是由变压器，桥式整流电路、恒流成生电路、自动断电电路、显示电路和电源电路6部分组成。本文较为详细的介绍了变压器整流电路、恒流成生电路、自动断电电路、显示电路和电源电路的工作原理及功能，向大家简单的展示了简易电池恒流充电器的设计过程。 2 第二章 设计目的 一、掌握个芯片的逻辑功能及使用方法 二、了解电路结构及其接线方法 三、了解元器件的工作原理 四、熟悉简易5号电池恒流充电器的设计制作 3 第三章 简易5号电池恒流充电器的功能 一、要求电路能够以恒定的电流对两节5号电池进行充电 二、要求电路能够在电池充满时自动切断电源 三、要求电路能够显示电池是否充满 4 第四章 设计原理及方案 第一节 设计思路总体框图 简易电池自动恒流充电电路的总体框图如下所示:它是由电 恒流 自动断电 成生电路 整流电电路 显示电路 路 电源电路 源电路、变压整流电路、恒流生成电路、自动断电电路、显示电路和5部分组成。 通过电源电路可以将电网中的220V电压转变成为两节5号电池所需要的3V电压，经过桥式整流电路将交流电变成直流电，再通过滤波电路、D1稳压电路，出来后就可以出来稳定的直流电，为电路提供稳定的3V直流电。 经过变压、整流、滤波、稳压出来的稳定3V直流电进入恒流生成电路，利用运算放大器构成的电流负反馈放大电路起到稳定输出电流的作用，为电路产生恒定的充电电流。 从运放出来的电流经过了一组电阻、发光二极管正反接的显示电路进入自动断电电路，当电池是在充电的状态下，则电流经过R1和D1，放光二极管D1放光，显示充电状态;当电池电量充满后，由于三极管导通电源电流通过T1流过，电池会放电经过D2和R2，则发光二极管D2放光显示电已充满。 当电充满后R3分压达到0.7伏，三极管导通，电源对电池不再充电，电源电流经过三极管流到运放的反向输入端形成负反馈，则电源切断，从而形成了自动断电电路。 1.桥式整流电路 桥式整流电路电路具有将双向的交变电压变换为单向的脉动 5 电压的功能，可以将从电路中输入的交流电变成直流电，是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。 以上满足了我们提高变压器利用率并降低整流管最大反向电压的要求，实现了二极管整流输出的最佳性能。 需要特别指出的是， 二极管作为整流元 件，要根据不同的整 流方式和负载大小加 以选择。。如选择不 当，则或者不能安全 工作，甚至烧了管子;或者大材小用，造成浪费。"另外，在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。 2.滤波稳压电路 交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小(电流强度)还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成 分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。 3.电容滤波 电容器是一个储存电能的仓库。在电路中， 6 当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中;当外加电压失去(或降低)之后，电容器将把储存的电能再放出来。充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压;放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越 大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务 4.稳压管 电网电压升高，整流电路的输出电压Usr也随之升高，引起负载电压Usc 升高。由于稳压管DW与负载Rfz并联，Usc 只要有根少一点增长，就会使流过稳压管的电流急剧增加，使得I1也增大，限流电阻R1上的电压降增大，从而抵消了Usr的升高，保持负载电压Usc 基本不变。反之，若电网电压降低，引起Usr下降，造成Usc 也下降，则稳压管中的电流急剧减小，使得I1减小，R1上的压降也减小，从而抵消了Usr的下降，保持负载电压Usc 基本不变 5.运算放大器 运算放大 器(常简称为 “运放”)是具 有很高放大倍数 的电路单元。在 实际电路中，通 常结合反馈网络 共同组成某种功 能模块。由于早 期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运 7 23456 1 D D 放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多，广泛应用于 C几乎所有的行业当中。 运放有两个输入端a,b和一个输出端o.也称为倒向输入 端(反相输入端),非倒向输入端(同相输入端)和输出端.当电 压加U-加在a端和公共端(公共端是电压的零位,它相当于电 路中的参考结点.)之间,且其实际方向从a 端指向公共端时, 输出电压U实际方向则自公共端指向o端,即两者的方向正好 相反.当输入电压U+加在b端和公共端之间,U与U+两者的实C际方向相对公共端恰好相同.为了区别起见,a端和b 端分别 用"-"和"+"号标出,但不要将它们误认为电压参考方向的正 负极性.电压的正负极性应另外标出或用箭头示.反转放大 器和非反转放大器一般可将运放简单地视为:具有一个信号 输出端口(Out)和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直 接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差 分放大器。 D6.发光二极管 LED 光二极管(LED)是用半导体材料制作的正向 偏置的PN结二极管。其发光机理是当在PN结两端 注入正向电流时，注入的非平衡载流子(电子,空 B穴对)在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要 对应光的自发发射过程。按光输出的位置不同，发 光二极管可分为面发射型和边发射型。 发光二极管具有可靠性较高，室温下连续工作时间长、光功 率,电流线性度好等显著优点，而且由于此项技术已经发展得比 较成熟，所以其价格非常便宜。因此在一些简易的光纤传感器的 设计中，如果LED能够胜任，选用它作为光源即可大大降低整个B 传感器的成本。然而LED的发光机理决定了它存在着很多的不足， 如输出功率小、发射角大、谱线宽、响应速度低等。因此，在一 些需要功率高、调制速率快、单色性好的光源的传感器设计中， 就不得不以提高成本为代价，选用其它更高性能的光源。 7.LM317构成的电源电路 LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具 有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调 的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、 纹波抑制比高等优点。其主要性能参数如下。 8 A 学习\99se\000\MyDesign.ddbDrawn By:A 123456 Title SizeNumberRevision B Date:21-Jun-2009Sheet of File:D:\ 输出电压: 1.25-37V DC;输出电流: 5mA-1.5A;芯片内部具有 过热、过流、短路保护电 路;最大输入-输出电压 差:40V DC，最小输入- 输出电压差:3V DC;使 用环境温度: -10-+85? 。 由于输出端(2脚)与调节输入端(3脚)之间的电压保持在1.25V，调整接在输出端与地之间的分压电阻R1和R2来改变ADJ端的电位，可以达到调节输出电压的目的，如图2所示，原理如下: R1两端的1.25V恒定电压产生的恒定电流流过R1和R2，在R2上产生的电压加到ADJ端。此时，输出电压Vo取决于R1和R2的比值，当R2阻值增大时，输出电压升高，即:Vo=1.25[(R1+R2)/R2]。V1和V2的作用是:当输出短路时，C2上的电压被V2泄放掉，从而达到反偏保护的目的。此外，当输入短路时，C3等元件上储存的电压会通过V1泄放，用于防止内部调整管反偏。C2用以提高IC的纹波抑制能力。C3用以改善IC的瞬态响应。C1用于输入整流滤波。在大电流输出时，IC会因温升过高而截止，必须加适当面积的散热器。R2应选用线性的电位器。 开始时V1饱和导通，Vout最低(约1.5V)。随着C2上的电压升高，V1逐渐退出饱和并趋于截止，Vout逐渐升高至额定电压。改变R1、C2的常数可改变软启动的时间。D1用于关机后使C2上的电荷快速泄放。改变R2的值，可调整输出电压Vout的值，图示参数输出电压为15V。图中V1可用9012替换。 当外来的TTL控制信号使V1截止时，输出电压为5V。同样，改变R2使的值可获得不同的电压输出。V1可用9013等NPN管替换。 9 123456 123456DDDD 第二节 各主要单元电路设计 CCCC , 整流电路 1 DV3 T3V 220V3V42R1 10KD1 C1 470uF电池 3 , 横流产生电路 BBBBV3 3V R1 10K 电池 10 AAAA TitleTitle SizeNumberRevisionNumberSizeRevision BB Date:19-Jun-2009Sheet of Date:19-Jun-2009Sheet of File:D:\学习\99se\000\MyDesign.ddbDrawn By: File:D:\学习\99se\000\MyDesign.ddbDrawn By: 123456 123456 213456 DD 123456DD, 自动断电电路 D1R1 470V3R2V2 D2470 电池T1 10K R3 V4 R4 5.8K N CC CC , 显示电路 D1 R1 470 V3 R2 V2 D2470 BB 11 AA Title SizeNumberRevision B Date:19-Jun-2009Sheet of File:D:\学习\99se\000\BA30F0~1.DDBDrawn By: 123456 BB AA Title SizeNumberRevision B Date:19-Jun-2009Sheet of File:D:\学习\99se\000\BA30F0~1.DDBDrawn By: 123456 123456DD , 电源电路 1 D T32CCLM317+VoutVin 220V4V42 ADJC1C212200uF2000.1uFC410uF3R1 C310uF BB AA Title SizeNumberRevision 12 B Date:21-Jun-2009Sheet of 学习\99se\000\MyDesign.ddbDrawn By:File:D:\ 123456 第五章 集成电路简介 LM317管脚图 功能表 LM317 Parameter Conditions Units Min Tye Max 3V<(Vin-Vout)<40V Reference Vegulation 10mA