基于UC3843控制的充电器电路设计毕业设计论文 推荐Word文档格式.docx

1、本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理

2、。 日期：导师签名： 日期：指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？3、论文（设计说明书）所体现的整体

3、水平建议成绩：（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量二、论文（设计）水平评阅教师：教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况2、对答辩问题的反应、理解、表达情况3、学生答辩过程中的精神状态评定成绩：教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）教学系意见：系主任：摘 要最近几年，随着电子产品的大量推入市场，可充电电池的性能在某些方面有所提高。只有正确的维护好电池的特性，才能充分发挥充电电池的优势。而且能为充电电池充电的电源有许多种。本课题是设计

4、基于UC3843构成的80W充电器 ，主要由开关电源电路、EMI抑制电路、反激式直流转换电路、输出整流滤波与隔离电路和电池电压状态显示电路等组成，能达到的技术性能如下：输入电压为90264V，输出电压为44V/1.82A，具有恒压恒流特性，同时具有体积小、转换效率高等优点。关键词: 充电器 单片机 开关电源ABSTRACT In recent years, along with the large electronic products into the market, the rechargeable battery performance in some areas of improvem

5、ent.Only the correct maintenance of the characteristics of the battery, in order to give full play to the advantages of charging battery.But also for charging a rechargeable battery power source has many kinds.This topic is based on UC3843 80W charger, mainly by Switch power supply circuit,the EMI s

6、uppression circuit, flyback DC conversion circuit, an output rectifier filter and isolation circuit and battery voltage state display circuit, can meet the technical performance are as follows: the input voltage 90264V, output voltage 44V/1.82A, with constant voltage and current characteristics, at

7、the same time has small volume, high conversion efficiency.KEYWORDS: Charger Single-chip Switch power supply1 绪论1.1 课题背景及意义1.1.1 充电器概念和国内发展现状充电器通常指的是一种将交流电转换为低压直流电的设备。充电器在各个领域用途广泛，特别是生活领域被广泛用于手机，相机等常见电器。充电器是采用电力电子半导体器件，将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置。在以蓄电池为工作电源或备用电源的用电场合，充电器具有广泛的应用前景。 充电器有很多，如铅酸蓄电池充电器

8、、阀控密封铅酸蓄电池的测试与监测、镉镍电池充电器、镍氢电池充电器、锂离子电池充电器、便携式电子设备锂离子电池充电器、锂离子电池保护电路多功能充电器、电动车蓄电池充电器等。充电器的用途十分广泛，许多数码产品如手机、数码相机等都配有充电器，除了数码产品以外，在我国普遍使用的一些交通工具也配有充电器。最近几年，伴随着电子产品在我国市场的热销，我国充电器行业得到了迅速的发展。根据调查研究，在我国的充电器市场上手机、数码相机、笔记本电脑、电动自行车这四种产品的充电器已经占据了整个充电器市场份额的90%以上。1.1.2 充电器的特点如今，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能，小尺寸，重量轻的电池充电器

9、的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求要实现快速安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间，达到最大的电池容量，并且防止电池损耗。同时，对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。目前各种电器使用的充电电池主要有镍镉电池，镍氢电池，锂电池和密封铅酸电池四种类型。然而电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的器件。而可以反复使用的电池，它又称为可充电电池或蓄电池。当对充电电池充电时，电能转变为化学能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。所以针对这些电池的特点，以单片机为控制芯片，结合国内外现行的各种充电技术和充电器设计方案，设计一款基于单片机控制的智能充电器，以达到最佳的

10、充电效果，使智能充电器具有良好的性能指标，电路简单可靠。1.1.3 充电器模式选择恒流充电电流：要考虑电池的实际容量、内阻、以及对充电时间的要求等多项因素，电流的大小决定着充电时间的长短，使用小电流充电的好处是：有利于电池在使用较长时间后，保证充电质量，以及夏天充电时，使单位时间内产生的热量降低，减少热失控，有利于降低输出功率，减少充电器的制造成本。但是过小的电流又会影响到充电的时间。 恒压充电电压：它是比恒流充电电流重要得多的参数，因为它不能像恒流充电电流那样，在较宽范围内调整，确定这个参数首先需要兼顾被充电池的以下情况：电池在充电时，正极上的析氧速率与施加的充电电压成正比，当氧的析出大于还

11、原时，产生水化；当用户使用中不能及时充电，会导致电池硫酸盐化。提高充电电压是解决硫酸盐化的常用方法，但较大提高充电电压又会产生失水。因此，在设计恒压充电电压时，同时要考虑抑制失水和抑制硫酸盐化两个问题。 涓流充电电流（恒功率充电电流）：以恒压充电阶段中，电流的变化为参数，当电流小到某一设定值以下时，充电器切换到涓流充电阶段，充电电流会随着充电过程逐渐减小，当小到一定程度，电流将会恒定，不再下降，此电流是与环境温度高低及电池新旧程度有关的动态值。因此从涓流充电开始定时，延时一定时间后停止涓流充电，以在保证电池充满的前提下，从根本上杜绝电池热失控的发生。本课题是在以上三种充电方式的基础上加以改进，

12、结合这三种充电方式的特点，是在充电过程中不同阶段采取不同充电方式的充电模式。1.2 充电器的发展趋势 充电器的发展经历了三个阶段: （1）限流限压式充电器最原始的就是限压式充电，然后过渡到限流限压式充电，它使用的方式就是浅充浅放，寿命较短。 （2）恒流/限压式充电器 这是充电器发展的第二阶段，这种模式的充电器占据了充电器市场近半个世纪。首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。这种充电器充电电流总是低于电池的可接受能力，造成充电效率低，大大降低了电池的寿命。 （3）自适应智能充电器 随着大规模集成IC的出现，充电设备进入了一

13、个全新的自适应、智能阶段，即称为第三代充电器。自适应充电器遵循各类电池的充、放电规律进行充、放电。并且具有温度补偿功能。充电系统由单片机控制，不断检测系统参数，按模糊推理算法不断调整充电参数，同一充电器可适应不同种类电池的充电，充电器自适应调整自己的输出电流，无需人工选择，避免操作失误。采用单片机技术的智能充电器在我国的研究发展比较晚，因其体积小、动态响应速度快、输出纹波小、效率高等特点，近年来得到国内外的广泛研究与关注，特别在通信、电力等领域中，己经得到了普遍的研究与使用。 而国外市场大部分充电器均采用Wa、WaWo、U&U等充电曲线方式，充电方式更科学、合理，从而大大提高了蓄电池的使用寿命

14、，大大降低了使用和维护成本，简化了充电过程，解放了操作人员的劳动强度，市场前景非常广阔。 近年来，国内外人士正致力于充电器的智能化研究，智能化程度较高的充电器解决了动态跟踪电池可接受充电电流曲线的技术关键，使充电电流始终与可接受充电电流保持良好的匹配关系，使充电过程始终在最佳状态下进行，比常规充电模式可节约电能30%-50%左右，提高了充电质量和效率。1.3 课题研究的目的和意义1.3.1 课题研究的目的 所以针对这些电池的特点，以单片机为控制芯片，结合国内外现行的各种充电技术和充电器设计方案，设计一款基于单片机控制的充电器，以达到最佳的充电效果，使充电器具有良好的性能指标，电路简单可靠。1.

15、3.2课题研究的意义随着电子技术的发展,芯片体积小型化及其价格的降低，智能充电器大规模的批量生产已经成为可能。而智能充电器具有操作简单、可靠性高和通用性强等优点，是充电器家族中一个重要的组成部分，也是未来充电器发展的主要方向。因此，对充电器智能化的研究与应用具有深远的现实意义。2 充电器的概述 2.1 充电电池的特性最近的十年、可充电式电池的性能在某些方面有所提高。只有正确地维护好电池的特性，才能充分发挥充电电池的优势。能为充电电池充电的电源有许多种。通常可充电式电池有三种常用的方法：恒压源；恒流源；恒功率源. 恒压源的主要缺点在于当电池电压处于耗尽时开始充电时瞬间会产生一个大的冲击电流，充电

16、电流只流过内部的阻抗。输出特性关系如图2-1（a）所示。当电池电压处于耗尽时开始充电，采用电流源能解决这个问题，但当不接负载时产生的电流为无穷大，因此不能依靠新的输出电压来给电池充电。输出特性关系如图2-1（b）所示： 恒功率源往往没有类似的缺点，它即可看作恒压源的电流，又可看作恒流源的电压。输出特性关系如图2-1（c）所示。 a b c 图2-1 充电电池的典型输出特性曲线图（a）恒压源；（b）恒流源；（c）恒功率源充电电池最好的输出特性似乎是结合了恒压源和恒流源的特性。在另一方面，许多适当的充电特性更趋于具有恒流源有电压限制或恒压源有电压限制的特性。理想的电池充电特件最好具有矩形特性，如图

17、2-2所示。给电池充电最好的方式是使用高效率的开关电源架构，开关电源具有体积小，动态响应快，转换效率高等优点。图2-2 理想的矩形充电电池特性2.2 开关电源开关电源被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已以为稳压电源的主流产品。近20多年来，集成开关电源沿着下述两个方向不断发展。第一个方向是对开关电源的核心单元控制电路实现集成化；第二个方向则是对中、小功率开关电源实现单片集成化。开关电源具有体积小、效率高等一系列优点，在各类电子产品中得到广泛应用。开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。开关电源的基本构成如图2-3所示，其中

18、DC/DC变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有启动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路（R1、R2）检测输出电压变化，与基准电压Ur比较，误差电压放大及脉宽调制（PWM），再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。开关电源的核心部分DC/DC变换器有多种电路形式，常用的工作波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振型变换器。对于串联性稳压源，输出对输入的瞬态响应特性主要由调整管的频率特性决定。但对于开关电源，输入的瞬态变化比较多地表现在输出端。调高开关频率的同时，由于反馈放大器的频率特性得到改善，开关电源的瞬态响应问题也能得到改善。

19、负载变化瞬态响应主要由输出端LC滤波器特性决定，所以可以利用调高开关频率、降低输出滤波器LC体积的方法来改善瞬态响应特性。图2-3 开关电源的基本构成方框图3 充电器的总体设计 3.1 充电器实现的功能及技术指标（1） 充电保护：在充电过程中，能够自行调节输出电流及电压，保证充电电压在44V左右；（2） 充电显示：通过LED灯的闪烁，能够显示当前的充电状态；（3） 技术指标：输入电压是90-264V （AC）；输出电压是44V/1.82A；效率是86%；输出特性是恒压、恒流输出，近似于矩形输出特性。3.2 充电器控制电路设计根据要求和技术指标，本设计研究的充电器主要是为了实现对充电过程的保护，

20、充电状态显示，本充电器的设计包含五部分，即电源电路、输出整流滤波与隔离电路、检测控制电路及充电状态指示电路。充电器控制原理方框图如图3-1所示 图3-1 充电器控制原理方框图 3.3 硬件电路的设计3.3.1 电源电路 电源电路是由EMI抑制电路、桥式整流及滤波电路组成（图3-1）。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，常见的整流电路有单相半波、全波、桥式整流电路等。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，以及由电感、电容组合而

21、成的各种复式滤波电路。该电路是将市电220V由输入端输入，经D1-D4桥式整流变成脉动直流，再经C2滤波将脉动直流转换成直流电压。图3-1 电源电路图3.3.1.1 EMI抑制电路 我们知道之所以会产生EMI干扰，是因为在开关电源中，电压和电流的突变。即高dv/dt和di/dt、是其EMI产生的主要原因。实现开关电源的EMC设计技术措施主要基于两点： （1）尽量减小电源本身所产生的干扰源，利用抑制干扰的方法或产生干扰较小的元器件和电路，并进行合理布局。 （2）通过接地、滤波、屏蔽等技术抑制电源的EMI以及提高电源的EMS。 开关电源的EMI干扰源集少体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，

22、外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。 （1）功率开关管。功率开关管工作在On-Off快速循环转换的状态，dv/dt和di/dt都在急剧变换，因此，功率开关管既是电场耦合的主要干扰源，也是磁场耦合的主要干扰源。 （2）高频变压器。高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换，因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源。 （3）整流二极管。整流二极管的EMI来源集个体现在反向恢复特性上。反向恢复电流的断续点会在电感（引线电感、杂散电感等）产生高dv/dt从而导致强电磁干扰。 （4）PCB布线。准确的说，PCB是上述干扰源的耦合通道，PCB布线的优劣直接对应着

23、对上述EMI源抑制的好坏。从EMl产生的机理来分析，仅仅是简单地将电容从电路个移除或减小其数值一般情况不太可行，因为这样做会显著增加EMI。而在电路中增加共模扼流圈或其他滤波元件又会增加成本。因此，我们必须将注意力集中到如何降低EMI电流上。 目前已有一些减小共模EMI电流的方法。尽管在变压器绕线层之间使用带状物增加线层间距离可以减小层间电容，但单独使用这一方法只能很有限地减小EMI电流。长期以来也在工频变压器中一直应用屏蔽绕组来降低噪声与耦合，在开关变压器中这一方法同样有效。在开关变压器中使用屏蔽绕组是降低共模EMI电流最合效的方法，而且对电源总体成本的影响最小。在这里我们采用交流输入，而交

24、流输入分为低频段差模骚扰和高频段共模骚扰。所以在交流输入端采用适当的滤波器，可以很有效的抑制干扰。本设计由C1、CY1、CY2、R1、R2和L1组成输入回路EMI抑制电路（图3-4-1-1-1）。差模电容用来短路差模噪声电流，而接地的电容是用来短路共模噪声电流。R1，R2是泄放电阻。图 3-2 EMI抑制电路图3.3.1.2 单相整流电路（1） 单相桥式整流电路1） 工作原理单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图3-3（a）所示。在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图3-3（a）的电路图可知：当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电

25、阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图3-3（b）。2） 参数计算根据图3-3（b）可知，输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。（a）桥式整流电路 （b）波形图图3-3 单相桥式整流电路图及波形图流过负载的平均电流为: 式（3-1）流过二极管的平均电流为: 式（3-2）二极管所承受的最大反向电压: 式（3-3）流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析，此时谐波分量中的二次谐波幅度最大。脉动系数S定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。 式（3-4） 式（3-5）3） 单相桥式整流电路的负载特性曲线单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系该曲线如图3-4所示，曲线的斜率代表了整流电路的内阻。图3-4 单相桥式整流电路的负载特性曲线图（2） 单相半波整流电路单相整流电路除桥式整流电路外还有单相半波和单相全波两种形式。单相半波整流电路如图3-5（a）所示，波形图如图3-5（b）所示。根据图3-5可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。负载上输出平均电压