电子技术应用电池充电器设计书

1 电子技术应用电池充电器设计书 1 开关电源的工作原理 开关电源的基本构成 图 1开关电源电路的基本构成，它包括整流滤波电路， 制器，开关占空比控制器及取样比较电路等模块。 整 流 滤 波 电 子 开 关 整 流 滤 波比 较 电 路占 空 比 控制交 流 输 入V sV o V eV r e - D C 变 换 器图 1关电源的基本构成 2 2 开关电源变压器的设计 。 3 基于 关电源电路的设计与实现 片简介 特点 主要由 准电压源、用来精确 地控制占空比调定的振荡器、降压器、电流测定比较器、 存器、高增益 E/A 误差放大器和适用于驱动功率 大电流推挽输出电路等构成。端 1 为 2 为反馈端；端 3 为电流测定端；端 4 接 定锯齿波频率；端 5 接地；端 6 为推挽输出端，有拉、灌电流的能力；端 7 为集成块工作电源电压端，可以工作在 8 40V；端 8 为内部供外用的基准电压 5V，带载能力 50 开关电源电路的设计 开关电源电路的总体简介 输入整流滤波器将 交流 输入电压进行整流滤波，为 变压器 器提供直流电压。 变压 器 3 把直流电压变换成高频交流电压，并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。输出整流滤波器将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压，同时还防止高频噪声对负载的干扰。控制电路检测输出直流电压，并将其与基准电压比较，进行放大。调制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出 电压的稳定。保护电路 在 开关电源发生过电压 或者 过电流时，使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。 基于 开关电源流程图 整 流 滤 波 开 关 电 源 变 压 器 整 流 滤 波光 耦 反 馈T E A 1 6 2 3交 流 输 入V sV o （ 5 V 、 1 5 V ）1 5 eV r e 4 3 15 于 框图 各部分电路具体分析 （ 1） 输入整流滤波电路 开关电源的输入整流部分采用的是 一个全桥整流芯片。滤波部分采用的是电容滤波，滤除输出电压中的交流分量，使得整流出的直流电压尽量平滑。 （ 2） 钳位保护电路 为抑制开关管关断瞬间 变压器原边尖峰电压的冲击，采用瞬变二极管和快恢复二极管组成钳位保护电路，对芯片内部的 （ 3） 反馈电路 电阻构成分压电路， 若取样电压较小，则取样电压与外部误差放大器内部的带隙基准电压进行比较后，使得阴极流向阳极的电流下降，同理光耦合器内的光敏 二极管工作电流减小，使得光敏三极管电流下降，从而输入 片 输出占空比增大，迫使输出端电压增高。 （ 4） 输出滤波电路 4 滤波电路由两块组成：输出的两路高频电压首先经过一个二极管将负半边的电压滤除，使它变为单向的电压，然后再经过一个 波单元滤除高频电压，这样就可以得到所要的直流电压量。 外围主要器件的选取 （ 1）输入端的滤波电容 滤波稳压电容 按照输出功率 1 来选择，交流输入电压的范围为 40V250V，设整流桥导通时间 式 （ 4得电容耐压值 2m i n m i )2( 2 ) （ 4 式中， 为系统效率，选择为 80%， 交流电网频率； 系统输出总频率； 考虑到一定的裕量，最终取 700V。 （ 2）快恢复二极管和瞬变二极管的选择 由于开关电源的每个开关周期内 的关断将导致变压器产生尖峰电压，因此，可通过设置 成箝位电路，以防高压对 片的损坏， 选择由反射电压 定， 值为 135V， 箝位电压 由经验公式 出， 里 00 600 （ 3）输出整流滤波电路器件的选择 输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成。由于肖特基二极管导通时正向压降较低、反向恢复时间短，因此，选用肖特基二极管作为整流二级管；对输出滤波电容 ,等效串联阻抗 (纹波电流是两个重 要参数，当电容两端电压小于 3. 5V 时， 与电容的体积有关 ,在保证控制回路带宽足够的前提下，应选择耐压值高、电容值低的滤波电容器，这里选 6=50 V/10 3=6 V/120 （ 4）反馈电路的参数 反馈回路依据输出电压精度而决定 ,本次采用“光耦和 互配合，可使输出精度控制在 1%以内。电压反馈信号经分压网络 (入 ，转换为电流反馈信号，经过光耦隔离后输入到 耦工作在线性状态，起隔离作用， 5 如果所选光耦的电 流放大率 (限超过 200%，容易造成 压 ,相反 ,若 限小于 40%，占空比 而导致过流。因此，应选择 00%的光藕。本次设计选用 17 开关电源实物图 图 3关电源实物图 示电路模块 广泛用于种电子仪器和电子设备中，可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。红外发光管常被用于电视机、录像机等的遥控器中 ,本设计中采用了以发光二极管为主的自动充电器的充电显示电路。 光二极管的 发光原理 图 3 光二极管的构造图 发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片，在 p 型半导体和 n 型半导体之 6 间有一个过渡层，称为 。在某些半导体材料的 中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从 导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。 字电路控制 指示电路工作过 程 在自动充电器的电路运行中，当电池处于充电状态时 7 脚被悬空， 发光二极管 导通 光指示电路在充电。随着充电不断进行，充电电池 G 两端电压逐渐升高，当升至 ， 的 3 脚输出低电平，充电自动终止，同时 部放电管导通， 7 脚输出低电平，发光二极管 自动截止， 灭表示充电结束。 注： 由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同，所以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰当选择。由于发光二极管具有最大正向电流 大反向电压 限制，使用时，应保证不超过此值。为安全起见，实际电流 在 下；应让可能出现的反向电压 。6 4 元器件分析 阻 器与电位器 形符号： 图 4阻器电位器图形符号 电阻 器的文字符号是 “ R ”，电位器是 “ ，即在 R 的后面再加一个说明它有调节功能的字符“ P ”。 7 符号详见图 4示，其中（ a ）表示一般的阻值固定的电阻器，（ b ）表示半可调或微调电阻器；（ c ）表示电位器； （ d ）表示带开关的电位器。在某些电路中，对 电阻器 的功率有一定要求，可分别用图 1 中（ e ）、（ f ）、（ g ）、（ h ）所示符号来表示。 还有几种特殊电阻器的符号，第 1 种是热敏电阻符号，热敏电阻器的电阻值是随外界温度而变化的。它的符号见图（ i ），第 2 种是光敏电阻器符号，见图 （ j ），第 3 种是压敏电阻器的符号。符号见图（ k ），第 4 种特殊电阻器符号是表示新近出现的保险电阻，它的图形符号见图 4 1 ） . 本单位： 电阻的文字符号是 R。电阻大小的基本 单位是欧姆（符号），还有较大的单位千欧（ 和兆欧（ 它们的换算关系是： 1103 1103 号命名 表 4阻器电位器的型号命名： 第一部分：主称 第二部分：材料 第三部分：特征 第四部分：序号 符号 意义 符号 意义 符号 电阻器 电位器 R W 电阻器 电位器 T 碳膜 1 普通 普通 对主称、材料相同，仅性能指标尺寸大小有区别，但基本不影响互换使用的产品，给同一序号；若性能指标、尺寸大小明显影响互换时，则在序H 合成膜 2 普通 普通 S 有机实芯 3 超高频 N 无机实芯 4 高阻 J 金属膜 5 高温 Y 氧化膜 6 精密 精密 C 沉积膜 7 高压 特殊函数 I 玻璃釉膜 8 特殊 特殊 P 硼酸膜 9 高功率 U 硅酸膜 G 可调 X 线绕 T 微调 M 压敏 W 多圈 G 光敏 D 温度补偿用 8 R 热敏 B 温度测量用 号后面用大写字 母作为区别代号。 C 旁热式 P 稳压式 W 正温度系数 Z 阻器的主要参数有两个： 1 标称阻值和允许误差 在电阻上标注的电阻数值叫作标称阻值。它的实际阻值允许有固定的误差，叫允许误差，分为级（ 5），级（ 10），级（ 20）。 2 额定功率 指电阻器正常工作时允许的最大功率。超过这个值，电阻器将过分发热而烧毁。 位器的主要参数 1 标称阻值 是电位器上面标注的阻值 . 2 额 定功率 是指它在直流或交流电路中，当大气压为 87规定的额定温度下，长期连续负荷所允许消耗的最大功率 3 分辨率也称分辨力 是指电位器在电路工作中转动时输出的电压变动量与输出电压的比值为分辨率。 4 滑动噪声 是指当电位器在外加电压的作用下，其接触点在电阻上滑动时，产生的电噪声称为电位器的动噪声。 值和误差的标注方法 1 直标法 ： 将电阻器的标称值用数字和文字符号直接标在电阻体上，其允许偏差则用百分数表示，末标偏差值的即为 20%的允许偏差。 2 文字符号法 ： 文字符号法是将电阻器的 标称值和允许偏差值用数字和文字符号法按一定的规律组合标志在电阻体上。 允许偏差见表 4示 允许偏差（ %） 文字符号 允许偏差（ %） 文字符号 9 1 F 2 G 5 J 10 K 20 M 30 N 数码标注法 ： 在产品和电路图上用三位数字来表示元件的标称值的方法称之为数码标志法。常见于贴片电阻或进口器件上。 4 色环标注法 ： 色环标注法简称色标法，普通的电阻器一般用四色环表示，精密电阻用五色环表示。紧靠电阻体一端头的色环为第一环，露着电阻体本色较多的另一端头为末环。 电容原件： 电容器是组成电路的基本电子原件之一，在各种电子产品和电力设备中被广泛应用。 形符号 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) ( e ) 图 4容原件图形符号 如图所示， 其中（ a ）表示容量固定的电容器，（ b ）表示有极性电容器，例如各种电解电容器，（ c ）表示容量可调的可变电容器。（ d ）表示微调电容器，（ e ）表示一个双连可变电容器。 本单位 电容量的基本单位是法拉（用 F 表示），还有较小的单位微法（ F）和皮法（ 这三个单位的换算关系是： 1F 1 1 F 110 号命名 国产电容器的型号命名一般由 4 部分构成（不适合于压敏，可变，真空电容）依次分别代表名称，材料，分类和序号。 第一部分 ：名称，用字母表示，电容器用 C 第二部分：材料，用字母表示 第三部分：分类，一般用数字表示，个别用字母表示。 第四部分：序号，用数字表示。 用字母表示的材料： 容器的主要参数有两个： 1 标称电容量和允许误差，标称电容量指电容器上标注的电容量。允许误差分三级，同于电阻器误差的表示方法。微调电容器和可变电容器标 出了它的电容量的最小值和最大值， 2 耐压，指电容器正常工作时，允许加在电容器上的最高电压值。不能超过，否则将损坏电容器。 容器主要技术参数的标注方法 1 直标法 指在电容器的表面直接用数字和单位符号或字母标注出标称容量和耐压等。 2 数字加字母标注法 指用数字和字母有规律的组合来表示容量，字母既表示小数点，又表示后缀单位。 3 数码标注法 数码标注法多用于非电解电容器的标注，它采用三位数标注和四位数标注： 1) 三位数标注法 采用三位数标注的电容器，前两位数字表示标称值的有效数字，第三 位表示有效数字后缀零的个数，它们的单位是 种标注法中有一个特殊的，就是当第三位数字是时，它表示有效数字乘以 2) 四位数标注法 采用四位数标注的电容器不标注单位。这种标注方法是用 14 位数字表示电容量，其容量单位是 用 ，其单位为 F。 4 电容器容量允许误差的标注方法 电容器容量允许误差的标注方法主要有三种： 1）用字母表误差 。 2）直接标出误差的值 。 11 3）直接用数字表示百分比的误差 。 压器 形符号 图 4压器图形符号 变压器的图形符号见图 4中（ a ）是空芯变压器，（ b ）是滋芯或铁芯变压器，（ c ）是绕组间有屏蔽层的铁芯变压器，（ d ）是次级有中心抽头的变压器，（ e ）是耦合可变的变压器，（ f ）是自耦变压器，（ g ）是带可调磁芯的变压器，（ h ）中的小圆点是变压器极性的标记。 类 按冷却方式分类：干式变压器、油浸变压器、氟化物变压器。 按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。 按铁芯或线圈结构 分类：芯式变压器、环型变压器、金属箔变压器。 按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。 按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器。 源变压器的特性参数 1 工作频率 变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。 2 额定功率 在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。 3 额定电压 指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。 4 电压比 指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。 5 空载电流 变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁 12 化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。 6 空载损耗 指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。 7 效率 指次级功率 初级功率 值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。 8 绝缘电阻 表示变压器各线 圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。 极管元器件 形符号 图 4极管图形符号 半导体二极管在电路图中的图形符号见图 4中（ a ）为一段二极管的符号，图（ b ）是稳压二极管符号 ， 图（ c ）是变容二极管符号 ， 图（ d ）是热敏二极管符号 ， 图（ e ）是发光二极管符号，图（ f ）是磁敏二极管符号 。 号命名 国际电子联合会半导体器件的型号命名分 四部分组成 ： 第一部分用字母表示半导体器件的材料。 第二部分用字母表示半导体器件的类别。 第三部分用数字或字母与数字混合表示序号 第四部分用字母表示器件的规格号 13 5 自动充电器电路模块连接、系统调试和完善 作电路板 器件的引脚识别及元器件使用中应注意的问题 1 元器件引脚识别 安装之前一定要对元器件进行测试，参数性能指标应满足设计要求，要准确识别元器件的引脚，以免造成人为故障甚至损坏元器件。 （ 1）集成电路 双列直插式集成电路一般是顶视图，集成电路上有小孔标记，它是用来表示管教 1的位 置的，本设计中所用的集成电路引脚见论文第三部分。 （ 2）二极管，稳压管，电容器等原件的识别方法见论文第四部分 2 原件使用中应注意的问题： （ 1）电容器 电容器在使用前要先检查是否引线开路或内部短路，可用万用表的电阻挡测，检查电解电容时，因为容量大，可将万用表置于 R*1K 挡当表笔在电容两端测量时，点半指针很快摆到小电阻位置后逐渐摆到大电阻位置，并达到无穷时，表明有容量且漏电。若退布到无穷位置说明漏电。表笔根本不动说明电容开路。 （ 2）电阻及电位器 电阻的功率，阻值，精度满足设计要求，而且要逐一经过测 试，测量电阻时不要把人体电阻并人测量 电位器是以个可变电阻，它是由电阻材料制成的电阻轨道和电刷组成，要保证两者的良好接触才能使电位器正常的发挥作用。 照电路图进行安装，焊接 1 安装 依照 图进行各元器件的安装，连接， 2 焊接 依照焊接的三个步骤首先净化金属表面，然后将被焊金属的表面加热到焊锡融化的温度，加焊料使其形成合金层。焊接时注意：温度小于 280焊接时间要少于 3 秒，避免电路板的损坏；使用恒温焊锡；重复焊接少于 3 次，间隔大于 5 分钟。尽量 使焊接达到一下几点： （ 1）金属表面焊锡充足，焊盘大小适中。 14 （ 2）焊点表面光亮，光滑。 （ 3）焊锡均薄，隐约可见导线的轮廓。 （ 4）焊点干净，无裂纹或针孔。 路调试 试前检查 1 不通电检查 （ 1）检查连线 电路安装完毕之后布急于通电，先认真检查接先是否正确，包括错线，少线和多线。把电路图上的连线按一定顺序在安装好的线路中注意对应检查 （ 2）直观检查电源，地线，信号线，元件引脚之间有无短路。二极管，电容引脚有无错接，集成电路是否插对等。 2 通电检查 把经过准确测量的电源电压加入电 路，信号源暂不接入，电源接通后观察有无异样，如冒烟，异常气味等。然后测量各元件引脚的电源电压。 统调试 组装完毕经检查无误后，即可进行调试。首先用万用表检查电源是否正常。在 G 位置两端加一可调电压，如 6V。 用万用表监视 3 脚电位，调节 G 两端的可调电压由大到小，当其值大于 ，测量 3 脚是否输出低电平，调节 G 两端电压之间减小，当该值小于 ，按照原理电池开始充电测 3 脚是否输出高电平， 2 脚是否输出低电平，且 7 脚此时输出高电平， 亮显示充电进行中。 在调试过程中出现了几次故障：第一次 测试时，在连接好电源和引脚后，观察到按下开关键， 是断开电源，对电路板进行更严密的检查，发现有个地方接地漏接了，接上后，发光二极管还是不亮。进行第二次测试 , 用万用表从电源部分开始测起，当测到电容时，发现电容两端的电压不正确，再测集成块的管脚电压，发现根本没有电压。这时候再次检查整个电路，对照电路图看是否有连接错误的地方。发现原有的一根导线接错了位置，把导线弄好后，发现发光二极管还是不亮。电路的连接并没有问题，我们又检查了各元件的腿脚的焊接状况，看是否有焊接不良的情况，当我们检查到插在插座上的集 成块的各腿脚时，发现它的安装有松动的情况，当把元器件重新插紧固定后，此时，灯泡亮了 注：将镍镉电池在充电之前进行放电，放掉镍镉电池的剩余电量或消除镍镉电池的“记忆效应”。然后再对镍镉电池进行充电，来确保电池好的性能和容量，减少电池充电次数，可以有效的延长电池的使用寿命。 15 件选择 择 三端稳压集成块，应为其加装铝质散热片。 用 硅整流二极管。 用 1/2W 稳压二极管，如 等。 用普通红色发光二极管。用 2W 线绕电位器， 选用 1/8W 碳膜电阻器。 用 铝电解电容， 3 为 铝电解电容。 S 选用普通 1 1 电源小开关。 T 选用 220V/12V、 5型优质电源变压强 收获 通过 一 个星期的学习，我觉得自己在以下几个方面与 有收获： (1)、对电子工艺的理论有了初步的系统了解。我们了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、收音机的工作原理与组成元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的电子