直流電源、恒流充電兩用電路.doc

遼 寧 工 學(xué) 院電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：直流電源、恒流充電兩用電路院（系）：信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 起止時(shí)間：2006.6.122006.6.23課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：信息科學(xué)與工程學(xué)院 教研室：電子信息工程學(xué) 號 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 課程設(shè)計(jì)（論文）題目直流電源、恒流充電兩用電路課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)參數(shù)：1 設(shè)計(jì)并制作一臺直流電源、恒流充電兩用電路。2 輸出直流電壓連續(xù)可調(diào)。3 對鎳鎘電池充電。4 具有功能顯示設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。指導(dǎo)教師評語及成績成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日遼 寧 工 學(xué) 院 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書（論 文）目 錄第1章 直流電源、恒流充電兩用電路設(shè)計(jì)方案論證11.1直流電源、恒流充電兩用電路的應(yīng)用意義11.2直流電源、恒流充電兩用電路設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)11.3 設(shè)計(jì)方案論證11.4 總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析2第2章 直流電源各單元電路設(shè)計(jì)22.1 直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)圖32.2 單相橋式整流電路32.3 濾波電路設(shè)計(jì)42.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)5第3章 恒流充電各單元電路設(shè)計(jì)63.1 充電電路結(jié)構(gòu)圖63.2充電電路原理6第4章 直流電源、恒流充電兩用電路整體電路設(shè)計(jì)4.1 整體電路圖及工作原理74.2 電路參數(shù)計(jì)算8第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)9參考文獻(xiàn)9第1章 直流電源、恒流充電兩用電路設(shè)計(jì)方案論證1.1直流電源、恒流充電兩用電路的應(yīng)用意義 在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。直流穩(wěn)壓電源是為各種電子電路或電子設(shè)備提供直流供電電壓的電子設(shè)備。 在電網(wǎng)電壓或負(fù)載變化時(shí)，它能使輸出電壓基本保持不變。可近似看成一個(gè)理想電壓源，即內(nèi)阻接近于零。 鎳鎘電池是一種可以反復(fù)使用、反復(fù)充電的直流電源，它的充放電次數(shù)一般在500次左右，性價(jià)比較高。鎳鎘電池在電能基本釋放之前，要進(jìn)行充電，充電的工具就是充電器。簡易充電器采用半波整流方式，具有線路簡單、實(shí)用可靠等優(yōu)點(diǎn)。1.2直流電源、恒流充電兩用電路設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)要求輸出直流電壓連續(xù)可調(diào)，可對鎳鎘電池充電，并具有功能顯示設(shè)計(jì)。要求廣開思路、構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。要求設(shè)計(jì)的直流電源、恒流充電兩用電路簡單實(shí)用。穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、溫度系數(shù)及紋波電壓等。這些質(zhì)量的含義，可簡述如下：由于輸出直流電壓Vo隨輸入直流電壓VI（即整流濾波電路的輸出電壓，其數(shù)值可近似認(rèn)為與交流電源電壓成正比）、輸出電流IO和環(huán)境溫度T（攝氏度）的變動而變動，即輸出電壓VO=f(VI,IO,T)，因而輸出電壓變化量的一般式可表示為： 或： 1.3 設(shè)計(jì)方案論證 直流電源、恒流充電兩用電路由直流電源與恒流充電器連接而成，電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度變化時(shí)。維持輸出直流電壓穩(wěn)定。提供連續(xù)可調(diào)直流電源。后接充電器，可對鎳鎘電池充電，充電電流流過電阻及晶體管到電池，其中有電流顯示功能進(jìn)行充電。符合設(shè)計(jì)要求。 1.4 總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析 （直流電源）電源變壓器穩(wěn)壓電路濾波電路充 電電 路整流電路第2章 直流電源各單元電路設(shè)計(jì)2.1 直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)圖電源變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路2.2單相橋式整流電路 整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。在小功率整流電路中，常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。（1）工作原理電路如圖，圖中為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路要求的交流電壓，是要求直流供電的負(fù)載電阻，四只整流二極管接成電橋式整流電路之稱。在電源電壓的正、負(fù)半周（設(shè)a端為正，b端為負(fù)時(shí)是正半周）內(nèi)電流通路分別用圖中表示負(fù)載上的直流電壓和直流電流的計(jì)算：=式中恒定分量即為負(fù)載電壓的平均值，因此有： =0.9 2.2.1直流電流為 : 2.2.2由式2.2.1看出,最低次諧波分量的幅值為,角頻率為電源頻率的兩倍,即。其他交流分量的角頻率為、等偶次諧波分量。這些諧波分量總稱為紋波，它疊加于直流分量之上。常用紋波系數(shù)來表示直流輸出電壓中相對紋波電壓的大小，即： = 2.2.3（2）整流元件參數(shù)的計(jì)算 在橋式整流電路中，二極管、和、是兩兩輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為： 2.2.4二級管在截止時(shí)管子兩端承受的最大反向電壓可以從圖2.2.1看出。在的正半周時(shí)，、導(dǎo)通，、截止。此時(shí)、所承受的最大反向電壓均為的最大值，即： 2.2.5同理，在的負(fù)半周，、也承受到同樣大小的反向電壓。2.3濾波電路設(shè)計(jì) 濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。 C型濾波電路由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時(shí)，能把部分能量存儲起來，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容C具有平波的作用；與負(fù)載串聯(lián)的電感L，當(dāng)電源供給的電流增加時(shí)，它能把能量存儲起來，而當(dāng)電流減小時(shí)，又把能量釋放出來，使負(fù)載電流比較平滑，即電感L也有平波作用。 電容濾波電路如圖，負(fù)載未接入時(shí)的情況：設(shè)電容器兩端初始電壓為零，接入交流電源后，當(dāng)為正半周時(shí)，通過、向電容器C充電；為負(fù)半周時(shí)，經(jīng)、向電容器C充電，充電時(shí)間常數(shù)為 2.3.1其中包括變壓器副繞組的直流電阻和二極管D的正向電阻。由于一般很小，電容器很快就充電到交流電壓的最大值，極性如圖所示。由于電容器無放電回路，故輸出電壓保持在，輸出為一個(gè)恒定的直流。接入負(fù)載的情況：設(shè)變壓器副邊電壓從0開始上升時(shí)接入負(fù)載，由于電容器在負(fù)載未接入前充了電，故剛接入負(fù)載時(shí)，二級管受反向電壓作用而截止，電容器C經(jīng)放電，放電的時(shí)間常數(shù)為 2.3.2因一般比較大,故電容兩端的電壓按指數(shù)規(guī)律慢慢下降.其輸出電壓=。2.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì) 串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)圖中整流濾波電路的輸出電壓，T為調(diào)整管，A為比較放大電路，為基準(zhǔn)電壓，它由穩(wěn)定管與限流電阻R串聯(lián)所構(gòu)成的簡單穩(wěn)壓電路獲得，與組成反饋網(wǎng)絡(luò)，是用來反映輸出電壓變化的取樣環(huán)節(jié)。這種穩(wěn)壓電路的主回路是起調(diào)整作用的BJT與負(fù)載串聯(lián)，故稱為串聯(lián)制調(diào)整管T的極間的電壓降，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。穩(wěn)壓原理可簡述如下：當(dāng)輸入電壓增加時(shí)，導(dǎo)致輸出電壓增加，隨之反饋電壓也增加（為反饋系數(shù)）。與基準(zhǔn)電壓相比較，其差值電壓經(jīng)比較放大電路放大后使和減小，調(diào)整管T的極間電壓增大，使下降，從而維持基本恒定。同理，當(dāng)輸入電壓減小時(shí)，亦將使輸出電壓基本保持不變。 第3章 恒流充電各單元電路設(shè)計(jì)3.1充電電路結(jié)構(gòu)圖電路工作原理圖3.2 充電電路原理(1)將電源整流,制作DC16V以上20V程度電壓的電源。(2)使充電電流流過(5)及晶體管到電池。取出在上產(chǎn)生的電壓，在OP放大器IC741上將與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果存在差值將差值放大施加在晶體管的基極上，進(jìn)行控制使得和相同。(3)如果被規(guī)定，則電源的16V以上的電壓 的電壓電池的電壓，隨充電有若干變化 剩余部分全部接受比較和，將和的差值放大，輸出。從電源電壓減去就得出。是和的和，將從電源的1618V減去的值成為，用該值控制晶體管。這時(shí)，電源是在1618V變動很大的值。也是約0.5V*2=1V，也是變動的值。因此，就成為從變動的電源減去變動的值而成的量，初看起來這樣原封不動的使用，是不能進(jìn)行正常的控制的，但是，實(shí)際情況不是這樣的，能夠十分正確穩(wěn)定地進(jìn)行控制。其原因在于OP放大器IC的放大功率很大。由于在OP放大器上不加反饋的比較儀的使用方法中，放大率都在數(shù)千倍以上，一般為數(shù)萬倍，上述認(rèn)為不良的變動被該放大率覆蓋，電路中看就完全消失了。第4章 直流電源、恒流充電兩用電路整體電路設(shè)計(jì)4.1 整體電路圖及工作原理4.2 電路參數(shù)計(jì)算(1)直流電源參數(shù)計(jì)算二極管的導(dǎo)電角,流過二極管的瞬時(shí)電流很大,電流的有效值和平均值的關(guān)系與波形有關(guān),在平均值相同的情況下,波形越尖，有效值越大。在純電阻負(fù)載時(shí)，變壓器副邊電流的有效值，而有電容濾波時(shí)負(fù)載平均電壓升高，紋波減小，且越大，電容放電速率越慢，則負(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平均電壓越高。為得到平滑的負(fù)載電壓，一般取 式中T為電源交流電壓的周期。負(fù)載直流電壓隨負(fù)載電流增加而減小。隨的變化關(guān)系稱為輸出特性。C值一定，當(dāng)=，即空載時(shí)，當(dāng)C=0時(shí)，即無電容時(shí)。在整流電路的內(nèi)阻不太大和放電時(shí)間常數(shù)滿足式的關(guān)系時(shí)，電容濾波電路的負(fù)載電壓與的關(guān)系約為。（2）充電電路參數(shù)計(jì)算當(dāng)電池是1個(gè)的情況下，約為V，當(dāng)電池是10個(gè)串聯(lián)的情況下，約為V。因此，當(dāng)被規(guī)定，一旦電池的數(shù)目確定后，由于用規(guī)定，剩余部分全部被晶體管的接受。電源的直流電壓為16V電池1個(gè)，因此，是V設(shè)電流為0.5A，則因此，晶體管的發(fā)熱量為：設(shè)流過的集電極電流=0.5A，基極電流是的集電極電流為了得到集電極電流，的基極電流為：由于在基極上串有100的電阻。為了流過電流，OP放大器的輸出將發(fā)生變化：的變化=，OP放大器的輸出變化100，就能夠使發(fā)生的變化，這可以說是極高的靈敏度。第5章 設(shè)計(jì)總結(jié) 課設(shè)的過程是艱辛的，但是收獲是巨大的。首先，我們再一次的加深鞏固了對已有的知識的理解及認(rèn)識；其次，我們第一次將課本知識運(yùn)用到了實(shí)際設(shè)計(jì)，使得所學(xué)知識在更深的層次上得到了加深。再次，因?yàn)檫@次課程設(shè)計(jì)的確在某些方面存有一定難度，這對我們來講都是一種鍛煉，培養(yǎng)了我們自學(xué)、查閱搜集資料的能力；再有，實(shí)際操作過程中，我們曾經(jīng)面臨過失敗、品味過茫然，但是最終我們還是堅(jiān)持下來了，這就是我們意志、