智能充电器设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

智能充电器设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

极管 VD5－ VD7 给电池充电，并在 VD5－ VD7 上产生约 的电压降使发光二极管发光（绿色），作为充电指示。 三极管 VT 和电位器 RP 组成自动保护电路。 当电池充满后， VT 饱和导通，自动切断充电电流。 同时 A 点电位下降至 左右，这时， VB＞ VA， 使红色发光二极管发光，表示充电结束。 从上面的分析可能得出：该电路具有良好的充电状态指示和充满电量后自动切断充电电路的功能。 可以满足本文所要求的进入第三阶段的能力（在下一章论述），电路结构也比较简单，但是电路的充电效率较 低，因为在电池可以接受恒流大电流充电时，电路VA VB 江苏食品职业技术学院毕业设计（论文） 9 却仍然以小电流在工作，这是该电路的一个弱点。 此外，充电电压易受市电电压波动的影响。 多功能充电器 多功能充电器电路 32 所示。 LED LED LED LED R11 R12 R13 R14 6v V10 Vmul 30 30 30 30 2 LM317 3 R3 R21 R22 R23 R24 AD0 1 120 10 10 10 10 C T1 T2 T3 T4 1000UF R4 9014 9014 9014 9014 480 VE VE VE VE 图 32 多功能充电器电路 图 32 所示的充电电路可同时对 1 到 4 节镍氢电池分别充电，采取智能充电方式，充满电量后自动停止。 充电前先调节 R4，使三端可调稳压管 LM317 的输出电压为预定值Vo，预定值 Vo 由 所 充电的电池电压决定，即： Vo=Ve+Vbe。 充电过程中，电池电压 Ve逐渐上升， Vo保持恒定不变，当电池电压 Ve上升到（ VoVbe）时， BJT 截止，充电终止。 充电电流由 R11～ R14 控制。 在充电状态显示方面， BJT 导通，相应的充电指示灯 LED 点亮。 充电电流减小时，变为恒压小电流充电 LED 的亮度减弱，直到电池充满电， BJT截止，相应的指示灯熄灭。 对于过充问题，当电池充电结束后，即使不切断电源，由于 BJT 近乎截止，充电电流很小，电池电压不会再升高，这样长时间充电对电池也不会有损害。 为保护充电电池，电路中设置了 R11～ R14的限流电阻。 分析该电路，不难理解该电路较上面两个电路性能优异，在电路结构方面也比较合理，是本设计参考的重要电路。 充电电压稳定，抗击市电电压波动的能力较强。 仔细分析电路的结构和功能，发现它并不理想。 表现在充电器电路并不能跟踪电池的状态 以确定最佳的充电电流；它是一个限压充电电路（电压由 LM317 及其外围电路限制），即充电电压限制为一个定值，这样充电电流就由三极管 T1～ T4 和电阻 R11～ R14 控制。 随着电池电压的上升，充电电流不是一个恒定值而是一个逐渐减小的值，对于高效来说这个设计还欠佳。 江苏食品职业技术学院毕业设计（论文） 10 智能充电器 典型电路 充电电路（ MAX846A）如图 33所示。 图 33 智能充电器芯片典型应用电路 该充电器电路是以智能充电芯片 MAX846A 为基础设计的，由于 MAX846A 使得外围电路更简单， 但是这个芯片价格 较贵 ，对于以后充电器电路的扩展 不利， 同时对于充电器的应用范围扩展也不利。 因此，本设计也不采用这种设计思路。 本设计采用的充电器设计方案 本设计将以上述的设计电路为参考并在分析电池充电状态变化的基础上重新设计智能充电器电路。 使其具有充电高效，保护电池，状态指示，自动跟踪电池状态并切换电路的能力。 在功能上进行了一定的调整以适应市场的需要。 在系统功能的规划中考虑到硬件实现的成本和可能性，所以本设计把 功能适用、价格低廉、电路简化作为设计的目标。 系统功能划分方框图在第四章将详细说明。 充电器设计方案中采用了第一节所述电路的限压和状态显示部 分（本设计的过流保护单元采用），第三节所述的限流部分的电路，并在此基础上进行了一些智能化的功能划分和电路设计（电路状态切换）。 本设计最突出的思路是将软件部分也采用硬件来完成，例如电压窗口范围的检测、电流输出的控制以及限压部分的电路。 按照智能充电器设计的目标和要求，本文所述的智能充电器功能划分方框图如图 34所示。 江苏食品职业技术学院毕业设计（论文） 11 市电输入220V（110V） 电压变送单元 控制单元 电压检测单元 市电输入保护单元 电流输出控制单元 显示单元 可充电电池 图 34 充电器系统方框图 江苏食品职业技术学院毕业设计（论文） 12 4 硬件电路设计 本文参考了如上一章中的所述的市售充电器的电路和 国内外的设计方案，认为充电电池的使用寿命和电池电量在使用中不断减小的原因，除了一些制造工艺上的问题外，最值得引起注意的应是充电器问题。 市售充电器的充电电路粗糙，没有给充电电池提供足够的保护，没有按照上文所述的充电电池的特性而改变充电器的工作方式。 用户只能根据市售充电器说明书上的充电时间来对电池进行充电管理，这给用户带来了很大的不便。 过充或欠充根本就无法区分。 这些缺陷使得电池的寿命严重缩短，影响用户的正常使用。 因此，本设计要克服以上缺陷，试制一款智能型镍氢电池充电器。 系统功能模块 分析 充电器系统方 框图如图 34 所示。 在这里需要说明的是，在本设计硬件电路的实现中有些硬件电路具有两个以上的子模块功能。 例如电流输出控制单元和控制单元都是窗口检测电路和非门协同工作时所具有的功能。 系统功能在逻辑上的划分为硬件电路的实现提供参考，同时硬件电路的设计可以将系统所划分出的逻辑功能综合实现。 (1) 市电输入保护 单元 市电输入保护单元的任务是保护充电系统免于市电 电涌 ，雷击，脉冲冲击和高压的危害并在出现这些情况时能够让充电电路及时脱离市电电网，从 而防止这些不利因素对充电电路的损害。 实验和经验证明具有一定电流容忍度的电熔丝就可以满足这个要求，因而不必设计复杂的电路实现。 (2) 电压变送 单元 电压变送单元的功能是变换市电电压（交流 220V）以提供合适的电压送往电流输出控制单元转换成电流。 这部分电路的要求是电压稳定性比较高，输出电压不会因负载的变化而改变的太多。 (3) 电压检测 单元 检测可充电电池电压，分析电压值，决定输出电平以控制电流输出控制单元工作。 这部分电路只需要一个反向器就可满足该单元的功能要求。 (4) 电流输出控制 单元 控制 单元的功能是控制充电电流的大小，完成状态的切换。 它的输入信号是通过窗口检测电路接收并分析电压检测单元的输入电压值后并决定其输出的电平。 通过这个逻辑电平来开启或关闭该单元，完成系统划分的任务。 江苏食品职业技术学院毕业设计（论文） 13 (5) 显示 单元 显示单元应当最简化，最好只用 LED 完成功能和状态指示。 在本设计中，采用了两个 LED，一个为绿色，另一个为红色。 红色指示电源是否开通，而绿色则指示是处于充电状态还是已经充满电。 充电器工作原理 本智能型镍氢电池充电器能够根据镍氢电池的状态自动切换工作方式，以不同的充电电流灌注电池。 从预充电状 态开始经过快速充电阶段最终在充电即将结束时，维持电池电压不变或不超过限制电压，从而进入维护充电状态。 到此一个完整的镍氢充电电池的充电过程结束。 总的工作过程可概括为：当电池电压低于 时，进行恒流小电流预充电，大小约 100mA；在电池电压在 ～ ，进行恒流大电流充电，大小约 1100mA；电池电压达到 ～ 时，进入维护充电状态。 此时，电路保证电池电压不会超过 的限制。 以上的工作方式切换由充电电路自动完成，不受人为干预。 本设计为了降低成本，满足用户需要，避免使用昂贵的专用集 成电路芯片（例如 MAX846A、 MAX712E、PS171 PS1719 等）而尽量使用价格低廉的分立元器件组成。 硬件电路实现 本设计中主要采用的分立元器件有 L7805CV（三端固定稳压集成电路） 、 LM324N、PNP 型三极管 S901 NPN 型三极管 S901电位器、二极管 1N4007。 所需元器件的数量、规格、封装见附表 1 所示。 L7805 是日本三洋公司生产的三端固定稳压集成电路，广泛应用于各种电器的电源电路中。 在电路的硬件实现中，主要的电路有市电输入保护电路，稳压电路，恒流源电路，开 关电路，限压电路，窗口检测电路，非门电路、过流保护电路。 (1) 市电输入保护电路 市电输入保护电路由具有一定电压容忍限度的电熔丝构成，电路如图 41 所示。 它本身就具有在高压脉冲条件下（例如雷击、电网波动冲击）自动切断电路的能力，过流 图 41 市电输入保护单元 也会使其在短时间内自动熔断，可以对充电电路起到保护的作用。 因此，不需要也没有必要设计一个专门的保护电路。 江苏食品职业技术学院毕业设计（论文） 14 (2) 稳压电路 本设计中的稳压电路采用 L7805CV 和一些必要的外围电路实现，典型应用电路如图42 所示。 图 42 L7805CV 典型应用电路 外围电路主要是两个电容，并联在输入端的电容是为了防止脉冲电压进入 L7805CV，并联在输出端的电容是起着频率补偿的作用以防止稳压电路发生振荡。 数据手册说明L7805CV 输出脚的最大输出电流约为 1000mA，本设计中要求最大输出电流为恒流 1100mA，因此在电路中并联了三个 PNP 型三极管 S9015 作为电流辅助通道以增大稳压电路的输出电流，电路如图 43所示，输入端接直流电源输入。 Q1 输入 S9015 Q2 S9015 Q3 C4 D5 VCC。