直流电源、恒流充电两用电路.doc

辽 宁 工 学 院电子技术基础课程设计（论文）题目：直流电源、恒流充电两用电路院（系）：信息科学与工程学院专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间：2006.6.122006.6.23课程设计（论文）任务及评语院（系）：信息科学与工程学院 教研室：电子信息工程学 号 学生姓名 专业班级 课程设计（论文）题目直流电源、恒流充电两用电路课程设计（论文）任务设计参数：1 设计并制作一台直流电源、恒流充电两用电路。2 输出直流电压连续可调。3 对镍镉电池充电。4 具有功能显示设计。设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）目 录第1章 直流电源、恒流充电两用电路设计方案论证11.1直流电源、恒流充电两用电路的应用意义11.2直流电源、恒流充电两用电路设计的要求及技术指标11.3 设计方案论证11.4 总体设计方案框图及分析2第2章 直流电源各单元电路设计22.1 直流稳压电源结构图32.2 单相桥式整流电路32.3 滤波电路设计42.4 稳压电路设计5第3章 恒流充电各单元电路设计63.1 充电电路结构图63.2充电电路原理6第4章 直流电源、恒流充电两用电路整体电路设计4.1 整体电路图及工作原理74.2 电路参数计算8第5章 设计总结9参考文献9第1章 直流电源、恒流充电两用电路设计方案论证1.1直流电源、恒流充电两用电路的应用意义 在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。直流稳压电源是为各种电子电路或电子设备提供直流供电电压的电子设备。 在电网电压或负载变化时，它能使输出电压基本保持不变。可近似看成一个理想电压源，即内阻接近于零。 镍镉电池是一种可以反复使用、反复充电的直流电源，它的充放电次数一般在500次左右，性价比较高。镍镉电池在电能基本释放之前，要进行充电，充电的工具就是充电器。简易充电器采用半波整流方式，具有线路简单、实用可靠等优点。1.2直流电源、恒流充电两用电路设计的要求及技术指标要求输出直流电压连续可调，可对镍镉电池充电，并具有功能显示设计。要求广开思路、构思出各种总体方案，绘制结构框图。要求设计的直流电源、恒流充电两用电路简单实用。稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等。这些质量的含义，可简述如下：由于输出直流电压Vo随输入直流电压VI（即整流滤波电路的输出电压，其数值可近似认为与交流电源电压成正比）、输出电流IO和环境温度T（摄氏度）的变动而变动，即输出电压VO=f(VI,IO,T)，因而输出电压变化量的一般式可表示为： 或： 1.3 设计方案论证 直流电源、恒流充电两用电路由直流电源与恒流充电器连接而成，电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时。维持输出直流电压稳定。提供连续可调直流电源。后接充电器，可对镍镉电池充电，充电电流流过电阻及晶体管到电池，其中有电流显示功能进行充电。符合设计要求。 1.4 总体设计方案框图及分析 （直流电源）电源变压器稳压电路滤波电路充 电电 路整流电路第2章 直流电源各单元电路设计2.1 直流稳压电源结构图电源变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路2.2单相桥式整流电路 整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。在小功率整流电路中，常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。（1）工作原理电路如图，图中为电源变压器，它的作用是将交流电网电压变成整流电路要求的交流电压，是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管接成电桥式整流电路之称。在电源电压的正、负半周（设a端为正，b端为负时是正半周）内电流通路分别用图中表示负载上的直流电压和直流电流的计算：=式中恒定分量即为负载电压的平均值，因此有： =0.9 2.2.1直流电流为 : 2.2.2由式2.2.1看出,最低次谐波分量的幅值为,角频率为电源频率的两倍,即。其他交流分量的角频率为、等偶次谐波分量。这些谐波分量总称为纹波，它叠加于直流分量之上。常用纹波系数来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即： = 2.2.3（2）整流元件参数的计算 在桥式整流电路中，二极管、和、是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为： 2.2.4二级管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从图2.2.1看出。在的正半周时，、导通，、截止。此时、所承受的最大反向电压均为的最大值，即： 2.2.5同理，在的负半周，、也承受到同样大小的反向电压。2.3滤波电路设计 滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。 C型滤波电路由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用；与负载串联的电感L，当电源供给的电流增加时，它能把能量存储起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L也有平波作用。 电容滤波电路如图，负载未接入时的情况：设电容器两端初始电压为零，接入交流电源后，当为正半周时，通过、向电容器C充电；为负半周时，经、向电容器C充电，充电时间常数为 2.3.1其中包括变压器副绕组的直流电阻和二极管D的正向电阻。由于一般很小，电容器很快就充电到交流电压的最大值，极性如图所示。由于电容器无放电回路，故输出电压保持在，输出为一个恒定的直流。接入负载的情况：设变压器副边电压从0开始上升时接入负载，由于电容器在负载未接入前充了电，故刚接入负载时，二级管受反向电压作用而截止，电容器C经放电，放电的时间常数为 2.3.2因一般比较大,故电容两端的电压按指数规律慢慢下降.其输出电压=。2.4 稳压电路设计 串联反馈稳压电路结构图中整流滤波电路的输出电压，T为调整管，A为比较放大电路，为基准电压，它由稳定管与限流电阻R串联所构成的简单稳压电路获得，与组成反馈网络，是用来反映输出电压变化的取样环节。这种稳压电路的主回路是起调整作用的BJT与负载串联，故称为串联制调整管T的极间的电压降，从而达到稳定输出电压的目的。稳压原理可简述如下：当输入电压增加时，导致输出电压增加，随之反馈电压也增加（为反馈系数）。与基准电压相比较，其差值电压经比较放大电路放大后使和减小，调整管T的极间电压增大，使下降，从而维持基本恒定。同理，当输入电压减小时，亦将使输出电压基本保持不变。 第3章 恒流充电各单元电路设计3.1充电电路结构图电路工作原理图3.2 充电电路原理(1)将电源整流,制作DC16V以上20V程度电压的电源。(2)使充电电流流过(5)及晶体管到电池。取出在上产生的电压，在OP放大器IC741上将与设定值进行比较，如果存在差值将差值放大施加在晶体管的基极上，进行控制使得和相同。(3)如果被规定，则电源的16V以上的电压 的电压电池的电压，随充电有若干变化 剩余部分全部接受比较和，将和的差值放大，输出。从电源电压减去就得出。是和的和，将从电源的1618V减去的值成为，用该值控制晶体管。这时，电源是在1618V变动很大的值。也是约0.5V*2=1V，也是变动的值。因此，就成为从变动的电源减去变动的值而成的量，初看起来这样原封不动的使用，是不能进行正常的控制的，但是，实际情况不是这样的，能够十分正确稳定地进行控制。其原因在于OP放大器IC的放大功率很大。由于在OP放大器上不加反馈的比较仪的使用方法中，放大率都在数千倍以上，一般为数万倍，上述认为不良的变动被该放大率覆盖，电路中看就完全消失了。第4章 直流电源、恒流充电两用电路整体电路设计4.1 整体电路图及工作原理4.2 电路参数计算(1)直流电源参数计算二极管的导电角,流过二极管的瞬时电流很大,电流的有效值和平均值的关系与波形有关,在平均值相同的情况下,波形越尖，有效值越大。在纯电阻负载时，变压器副边电流的有效值，而有电容滤波时负载平均电压升高，纹波减小，且越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为得到平滑的负载电压，一般取 式中T为电源交流电压的周期。负载直流电压随负载电流增加而减小。随的变化关系称为输出特性。C值一定，当=，即空载时，当C=0时，即无电容时。在整流电路的内阻不太大和放电时间常数满足式的关系时，电容滤波电路的负载电压与的关系约为。（2）充电电路参数计算当电池是1个的情况下，约为V，当电池是10个串联的情况下，约为V。因此，当被规定，一旦电池的数目确定后，由于用规定，剩余部分全部被晶体管的接受。电源的直流电压为16V电池1个，因此，是V设电流为0.5A，则因此，晶体管的发热量为：设流过的集电极电流=0.5A，基极电流是的集电极电流为了得到集电极电流，的基极电流为：由于在基极上串有100的电阻。为了流过电流，OP放大器的输出将发生变化：的变化=，OP放大器的输出变化100，就能够使发生的变化，这可以说是极高的灵敏度。第5章 设计总结 课设的过程是艰辛的，但是收获是巨大的。首先，我们再一次的加深巩固了对已有的知识的理解及认识；其次，我们第一次将课本知识运用到了实际设计，使得所学知识在更深的层次上得到了加深。再次，因为这次课程设计的确在某些方面存有一定难度，这对我们来讲都是一种锻炼，培养了我们自学、查阅搜集资料的能力；再有，实际操作过程中，我们曾经面临过失败、品味过茫然，但是最终我们还是坚持下来了，这就是我们意志、