充电机自动保护电路--电力电子课程设计

充电机自动保护电路--电力电子课程 目 录 一 绪论 课题描述 基本工作原理及框 二 充电机自动保护电路设计 简易充电器设计 充电原理电路图 元器件配置及电量分析 自动充电电路原理 继电气开关 晶闸管(SCR) 普通晶闸管的结构和工作原理 三 总 结 四 致 谢 参考文献 一 绪论 1.1 课题描述 在突发停电状况下，为了保证人们的生命和财产安全，应急灯是必不可少的设施。比如当发生火灾时，消防报警控制器会自动将非消防电源切除以防止电气火灾，而这时没有普通照明，消防应急灯自带的蓄电池会线路失电，由电池放电，供灯具照明使用，让人员依照疏散指示疏散，并提供基本的疏散照明。具有电路简单、取材容易、新颖智能、方便节电等特点。本课题利用NE555、多谐振荡电路、自动充电路、继电器等来实现应急灯的工作。有电时自动充电电路给电池充电，断电时继电器起作用使多谐震荡电路自动与电池连接，电流通过多谐振荡电路使其输出矩形波电压，矩形波电压通过电磁感应加在应急灯上使其发光，由此原理来达到自动应急灯的效果。 1.2 基本工作原理及框图 本课程设计的应急照明灯由自动充电电路、继电器、多谐振荡电路、变压器构成。其基本工作原理:有电时自动充电电路给 电池充电，断电时继电器起作用使多谐震荡电路自动与电池连接，电流通过多谐振荡电路使其输出矩形波电压，矩形波电压通过电磁感应加在应急灯上使其发光，由此原理来达到自动应急灯的效果。 继电气多谐振应急灯变压器 自动充 开关 荡电路 发光 电电路 图1基本工作原理框图 二 自动充电机电路设计 2.1 简易充电器设计 一:设计要求 (1)可以选用多种电压值进行充电，以满足不同种类、 不同容量电池充电的需要 (2)充电器应具有保护措施，防止电池过充 (3)增加LED充电状态显示，过流过压保护功能 自动充电机保护电路图 二 充电原理 图 1所示电路可同时对一到四节电池分别充电，采取智能充 电方式，充足电即自停。充电前，先调节R4，使三端可 调稳压器LM317的输出电压为预定值v0。预定值v0由 待充电的电池电压决定，即:Vo=VE+VBE充电进行过程 中，电池电压VE逐渐上升，Vo保持恒定不变，当电池 的电压VE到(Vo—VBE)V时，BJT截止，充电终止。(晶 闸管变流技术的应用) 充电电流可由R1l-R14限制。(晶闸管变流技术的应用) 2，充电状态显示 充电过程中，BJT导通，相应充电指示灯LED发亮;当充电电流减小，变为恒压小电流充电时，LED 的亮度减弱;直到电池充足电，BJT截止，相应的LED熄灭。 3、过充保护 充电结束后，即使不切断电源，由于BJT近乎截止，充电电流很小，充电电池的电压不会再升高，即使长时间充电对电池也没有损害，能对电池起过充保护。 4、限流 图l电路中R11，R14用是限制充电电流大小。充 电过程中，电池电压上升，充电电流减小，当电池达到充足状态时，变为为恒压小电流充电，直到充电完全BJT 截止充电结束。此为正常充电的全过程。假设实际充电电流大于最大充电电流，为保护充电电池，必须限制、调整充电电流。电阻Rl连接在BJT的C极上，有分压作用，降低VcE减小充电电流 三:元器件配置及电量分析 1、LM 3171 l 三端可调式集成稳压器LM3 17，只需通过外接很少元件即可扩大输出电压的调节范围，普遍应用于直流稳压电源技术。 R4调整电阻，决定LM317LM317典型外接元件如图2， R3， 的输出电压Vo简约计算法为:=y肼(1+生R) 公式li其中VREF为LM317基准电压，约为1(2V( v 2、R3、R4设置图I中LM317的输出电压依靠外接电阻R3、R4来调节，进而控制充电电池的电压V ，为保证输出电压的精度和稳定性，提高充电效果，R3、R4要选择精度高稳定性好的的阻 ，且R3数值不宜高于240Q(假设图1中R3确定为l20Q的碳膜电阻，R4为480Q碳膜电位器，由此获得LM317的输出电压Vo调节范围为1(2V至6V。R4=0D(~ ，Vo=1(2V R4=481111时， =6V可调电阻R4也可根据实际电池电压VE数值，依据公式1计算方法选择合适阻值的碳膜电位器。另外为防止电流在连线电阻上产生误差电压，在设计PCB板时电阻R3、R4安放位置要尽量紧靠LM317。 3、T1一T4选择 T1一T4在充电系统中起到重要的作用。应选用同一型号。为减少充电器的工作噪声，兼顾各方面要求，确定T1一T4为小功率低噪声NPN型管9 0l4(实物见图3)。目前，市场有绿、红、黄和白等LED，由于价格因素，电路中选用绿色LED。 4、R11-R14的选择 实际电流大于充电电流时，通过R1分压，减小Vce调整限制充电电流。由于9014的Icm=0.1A,为使正常情况保证较大电流充电。因此选择R11-R14不宜过大，可采用几十欧姆的小电阻。 自动充电电路原理 原理介绍:220v电压通过变压器编程9v，IC1为T1基极提供电压，继电器J实现开关K自锁和自动断电。当接上电瓶后，按动K，电源指示灯L点亮，同时J得电吸合，K被其触点J-0自锁，充电开始，此时由于电瓶欠电，T1发射极电压低于(7.5V+0.65V)，T1截止，T2也截止，它们对T3无影响。当电瓶电压充至7.5V时，T1发射极电压为7.5V+0.65V，T1饱和导通，T2也导通，T3基极电压下降而截止，J失电释放，J-0断开， 充电停止。指示灯L熄灭。通过调节W还可对不同电压的电池充电。电路中的二极管D是隔离二极管，可防止电瓶反向放电。其中R5为充电限流电阻，可在5,10Ω间选取，其它元件无特殊要求。所有元件可搭接在一塑料盒上，IC1可不用散热器。 继电器开关 本实验采用直流继电气开关交流电经过整流滤波稳压变成直流电加在电磁线圈上有电时电磁铁吸附开关使电源不与多谐振荡电路导通，停电时电磁特磁性消失开关在自身重力和弹簧的拉力下使电源与多谐振荡电路导通，多谐振荡器开始工作。从而实现了断电时应急极灯自动工作的性能 图4整流滤波稳压电路 图5继电气工作原理图 晶闸管(SCR) 晶体闸流管简称晶闸管,也称为可控硅整流元件(SCR),是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件。在性能上,晶闸管不仅具有单向导电性,而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性,它只有导通和关断两种状态。 晶闸管的优点很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍数高达几十万倍;反应极快,在微秒级内开通、关断;无触点运行,无火花、无噪声;效率高,成本低等。因此,特别是在大功率UPS供电系统中,晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路中得到广泛的应用。 晶闸管的弱点:静态及动态的过载能力较差,容易受干扰而误导通。 晶闸管从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形。 2 普通晶闸管的结构和工作原理 晶闸管是PNPN四层三端器件,共有三个PN结。分析原理时,可以把它看作是由一个PNP管和一个NPN管所组成,其等效图解如图1(a)所示,图1(b)为晶闸管的电路符号。 1，本充电器结构简单，但能保证安全充电，增加LED充电状态显示，过流过压保护功能。 2，充电前要根据电池电压调节R4，确定LM317的输出电压值(可调节范围1.2—32V)。 3，不足之处并非完全智能充电器，为进一步完善充电性能，功效势必更加优化电路。 经过近两周的努力，终于完成本次课程设计，在本次课程设计过程中，我增强了自己的动手能力、分析能力和解决问题的能力。通过跟老师和同学的交流，上网查资料以及自己的思考和分析，我按时完成了这次课程设计。在此过程中，我学会了很多，也发现了很多自己的不足之处。在以后的学习生活中，我会努力学习专业知识，将自己所学的知识多于实际相联系，为将来的发展做好充分的准备。总之，在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多本上所没有的东西，懂得了理论和实际联系的重要性。在以后的学习中，我不仅要把理论知识掌握牢固，更要提高自己的动手能力和分析能力 由于水平有限，文中肯定有很多不恰当的地方，请老师指出其中的错误和不当之处，使我能做出改正，我会虚心接受。 致谢 在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。 首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。 其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计商的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。 最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学 参考文件 1(电力电子变流技术 王廷才主编 机械工业出版社 2(晶闸管变流技术应用图集或电力电子技术应用电路 王文郁主编 机械工业出版社 3(电力电子变流技术 曾芳主编 西安电子科技大学出版社 4(电类专业课程设计指导 张华主编 机械工业出版社