电池充电器课程设计文档格式.docx

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关键词整流稳压恒流可调电压可调充满自动断电

目录

第一章工作方案计…………………………………………5

第一节总体设计……………………………………………5

一系统组图………………………………………………5

第二章主要单元电路设计………………………………………6

第一节整流电路…………………………………………6

第二节恒流可调电路……………………………………7

第三节检测电压电路……………………………………7

第四节充电显示电路……………………………………10

第三章主要芯片简介…………………………………………13

第一节三端正电源稳压电路………………………13

一概述…………………………………………13

二特点…………………………………………13

三7805引脚位配置及参数……………………14

第二节NE555…………………………………………16

一概述…………………………………………16

二特点…………………………………………17

三NE555引脚位配置……………………………17

第三节TL082……………………………………………18

一特点……………………………………………18

二TL082引脚功能及内部结构图……………………18

三TL082典型应用电路………………………………19

第四章基本元件简介…………………………………………19

第一节电阻器的选择………………………………………20

一电阻的分类…………………………………………20

二合成膜电位器参数…………………………………20

三多线圈电位器参数…………………………………21

第二节电容的参数…………………………………………21

一铝电解电容…………………………………………21

二独石电容的特点……………………………………22

第三节1N4001的技术参数…………………………………23

一特点…………………………………………………23

第四节SRD-12VDC-SL-C继电器参数…………………23

第五章总结与体会……………………………………………23

参考文献………………………………………………………25

附录一：

元件清单………………………………………………26

附录二：

设计总原理图…………………………………………28电解电容

　　电解电容是一种由两块平行金属板以及两金属板之间放置电解液所构成的电容。

电容器依照所使用的电极材料.电解液之种类而付予电容器的名称。

介质有电解液涂层有极性，分正负不可接错。

[全文]

第一章工作方案设计

第一节总体设计

一系统组成框图

简易5号电池恒流充电器的总体框图如图1.是由整流电路，恒流可调电路，检测电压电路，充电显示电路四部分构成完整的充电电路。

电源电路

充电显示电路

检测电压电路

恒流可调电路

整流电路

图1简易电池自动可调恒流充电电路的总体框图

变压器整流电路的功能是将电网中的220V交流电转换为合适的电流和电压信号，从而为后续电路提供信号。

恒流可调电路的功能是利用LM7812型三端稳压集成电路产生恒定的充电电流。

检测电压电路的功能是比较器，比较电池两端的电压，控制继电器工作，从而实现当电池充满电时能够自动切断电源。

充电显示电路的功能是利用555构成的多谢振荡器与发光二极管将电路充电状态和结束充电的状态显示出来。

稳压电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电压。

第二章主要单元电路设计

第一节整流电路

图2整流电路

变压器整流电路，其主要由变压器、二极管桥式电路、电容构成。

其中变压器采用常规的铁心变压器，并将电网中的220V交流电变为20V交流电，再通过二极管桥式电路进行整流和电容Cp3和C3滤波。

为了得到平滑的负载电压，一般取τd=RL≥（3~5）T/2,T为电源交流电压的周期，在整流电路内阻不太大和放电时间常数满足上式关系时，V输出=（1.1~1.2）V2。

电路仿真：

第二节恒流可调电路

图2恒流可调电路

恒流源由三端稳压集成块7812构成，它的地端末端0v，工作在悬浮状态。

充电时DC1两端接入1~2节电池，此时输入1脚电压为+24V，输出端2脚和3脚的电势差恒为12V，充电电流可由公式I充=12/R决定，所以，只有调节电阻器R的阻值就可以满足不同型号电池的充电要求，通过J2两端串联一个万用表来测试电流。

第三节检测电压电路

图3检测电压电路

LM7805是固定式三端稳压集成电路，其标称输出电压为+5V，电阻R1与电位器R3组成分压器，分压点接在三端稳压集成块7805的地端GND2脚上，调节电位器R3改变集成块地端电位，故能改变电路的输出电压大小。

当电位器滑到最上端时，相当于2脚地端接地，输出电压等于集成块的标称输出电压5V。

滑动点下移，输出电压增大，最大可使输出达到10V，输出电压与电阻的分压的关系可表示为：

输出=V（1+R3/R1）

式中：

V为7805的标称输出电压，即5V，当R3最大时，输出=5*（1+1000/1000）=10V。

LM7805输出端3脚经二极管D1~D3的正向管压降处理后即可得到3V~8V作业的稳压电压，经过电容Cp2滤波对外送出，作为基准电压。

通过调节基准电压可以对多节电池进行充电，当电池两端的电压低于基准电压时，TL082输出低电平，当电池充满达到3V时，输出高电平，从而控制继电器的开关。

假设电池电压为2.5V时，TL082输出1.53V，不足以使继电器工作。

假设电池充电电压达到3.1V时，TL082输出12.8V，继电器工作，吸合开关，使电源断开，充电结束。

第四节充电显示电路

图4充电显示电路

显示部分由555时基电路产生频率为0.4Hz，占空比为1/5的方波信号，驱动发光二极管发光。

本电路采用的是NE555集成块构成的多振荡器。

其电路运行包含两个过程：

一是利用直流电源经电阻R7和R9对电容Cp4充电，二是经电阻R9放电过程。

通过这两个过程的交替运行，就可以在NE555集成电路的输出电路端Q产生脉冲信号。

其输出脉冲信号的频率f和占空间比q为：

f=1/0.7（R7+2R9）C1=1/0.7（47KΩ+2*100KΩ）10uF≈0.4Hz

q=R7/（R7+2R9）=47KΩ/（47KΩ+2*100KΩ）≈1/5

这样输出电路端产生脉冲信号来控制发光二极管的闪烁，由于发光二极管的导通电压为1.7~2.0V,所以在输出端加保护电阻，一般发光二级管导通后电流一般为10mA。

在充电时，继电器不工作，K1的1,2常闭开关接通，555芯片开始工作，在电池电压逐渐增大时，由于555的地端接电池的正极，导致电位的升高，发光二级管逐渐闪烁变暗。

当充满时，TL082输出高电压，继电器开始工作，常闭点断开，常开点闭合，555控制闪烁的二极管熄灭，K1的1,3闭合，D4发光，指示电池充满。

图a充电中等效仿真

图b电池充满等效仿真

第三章主要芯片简介

第一节三端正电源稳压电路

一概述：

X78XX系列是三端正电源稳压电路，它的封装形式为T0-220。

它有一系列固定的电压输出，应用非常广泛。

每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使它基本是不会损坏。

如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于1.5A的输出电流，虽然是按照固定电压值来设计的，但是当接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的电压和电流。

二特点：

（一）最大输出电流为1.5A

（二）输出电压为5V；

6V；

8V；

9V；

10V；

12V；

15V；

18V；

24V。

（三）热过载保护

（四）短路保护

（五）输出晶体管安全工作区保护

三7805引脚位配置及参数

图9内部电路和引脚图

第二节NE555

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同，而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。

（一）只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。

其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。

（二）它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。

（三）其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

（四）它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

三NE555引脚位配置说明如下：

Pin1-地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。

Pin2-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。

触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。

Pin3-当时间周期开始时，555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。

周期的结束输出回到O伏左右的低电位。

于高电位时的最大输出电流大约200mA。

Pin4-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位，即复位端。

它通常被接到正电源或忽略不用。

Pin5-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。

当定时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。

Pin6-重置锁定并使输出呈低态。

当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。

Pin7-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。

Pin8（V+）-这是555个计时器IC的正电源电压端。

供应电压的范围是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。

第三节TL082

一特点：

（一）TL082是一通用的J-FET双运算放大器。

其特点是：

（二）较低的办入偏置电压和偏置电流；

（三）输出设有短路保护电路；

（四）输入级具有较高的输入阻抗；

（五）内建频率补偿电路；

（六）较高的压摆率:

16V/us（典型值）;

（七）最大工作电压：

Vccmax=+/-18V.

二TL082引脚功能及内部结构图

三TL082典型应用电路

第四章基本元件简介

第一节电阻器的选择

一电阻的分类

（一）金属膜电阻（型号：

RJ）。

在陶瓷骨架表面，经真空高温或烧渗工艺蒸发沉积一层金属膜或合金膜。

精度高、稳定性好、噪声低、体积小、高频特性好。

且允许工作环境温度范围大（-55～+125℃）、温度系数低（（50～100）×

10-6/℃）。

常用额定功率有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等，标称阻值在10W～10MW之间。

（二）金属氧化膜电阻（型号：

RY）。

在玻璃、瓷器等材料上，通过高温以化学反应形式生成以二氧化锡为主体的金属氧化层。

该电阻器由于氧化膜膜层比较厚，因而具有极好的脉冲、高频和过负荷性能，且耐磨、耐腐蚀、化学性能稳定。

但阻值范围窄，温度系数比金属膜电阻差。

（三）碳膜电阻（型号：

RT）。

在陶瓷骨架表面上，将碳氢化合物在真空中通过高温蒸发分解沉积成碳结晶导电膜。

碳膜电阻价格低廉，阻值范围宽（10W～10MW），温度系数为负值。

常用额定功率为1/8W～10W，精度等级为±

5％、±

10％、±

20％，在一般电子产品中大量使用。

二合成膜电位器参数

在绝缘基体上涂敷一层合成碳膜，经加温聚合后形成碳膜片，再与其他零件组合而成。

这类电位器的阻值变化连续、分辨率高、阻值范围宽、成本低。

但对温度和湿度的适应性差，使用寿命短。

常用合成膜电位器的性能指标见表

常用合成膜电位器的性能指标

型号

额定功率（W）

阻值特性

阻值范围（Ω）

精度

最大工作电压（V）

WH118

2

X

470Ω～4.7MΩ

±

20%

500

1

D，Z

4.7kΩ～2.2MΩ

400

WH5

0.5

200

0.25

D,Z

4.7kΩ～2.2MΩ

150

WH19

1kΩ～2.2MΩ

0.1

4.7kΩ～470kΩ

160

WH23

1kΩ～1MΩ

4.7kΩ～100kΩ

100

WH144

220Ω～2.2MΩ

350

三多线圈电位器参数

多圈电位器属于精密电位器。

它分有带指针、不带指针等形式，调整圈数有5圈、10圈等数种。

该电位器除具有线绕电位器的相同特点外，还具有线性优良，能进行精细调整等优点，可广泛应用于对电阻实行精密调整的场合。

第二节电容的参数

一铝电解电容电解电容

选型要点：

容量，耐压，温度范围，元件封装形式与尺寸、纹波电流、纹波电压、漏电流、ESR、散逸因数、阻抗/频率特性、电容寿命、实际需要、性能和成本等综合考量。

铝电解电容是以经过蚀刻的高纯度铝箔作为阳极，以浸有电解液的薄纸或布做阴极构成的极性电容器电容器

　　所谓电容器就是能够储存电荷的“容器”。

只不过这种“容器”是一种特殊的物质——电荷，而且其所存储的正负电荷等量地分布于两块不直接导通的导体板上。

至此，我们就可以描述电容器的基本结构：

两块导体板（通常为金属板）中间隔以电介质，即构成电容器的基本模型。

[全文]铝电解电容本体上标有的容量和耐压，这两个参数是很重要，是选用电容最基本的内容。

　　在实际电容选型中，对电流变化节奏快的地方要用容量较大的电容，但并非容量越大越好，首先，容量增大，成本和体积可能会上升，另外，电容越大充电电流就越大，充电时间也会越长。

这些都是实际应用选型中要考虑的。

　　额定工作电压：

在规定的工作温度范围内，电容长期可靠地工作，它能承受的最大直流电压。

在交流电路中，要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。

常用的固定电容工作电压有6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、2500V、400V、500V、630V。

电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。

　　在滤波电路中，电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。

另外还要注意的一个问题是工作电压裕量的问题，一般来说要在15％以上。

例如某电容的额定电压是50V，虽然涌浪电压可能高至63V，但一般最高只会施加42V电压。

让电容器的额定电压具有较多的余裕，能降低内阻、降低漏电流、降低损失角、增加寿命。

虽然说，48V的工作电压使用50V的铝电解电容短时间不会出现问题，但使用久了，寿命就有可能降低。

二独石电容参数

独石电容的特点:

电容量大,体积小,可靠性高,电容量稳定,耐高温耐湿性好等.

应用范围:

广泛应用于电子精密仪器.各种小型电子设备作谐振,耦合,滤波,旁路.容量范围:

0.5PF--1UF耐压:

二倍额定电压.里面说独石又叫多层瓷介电容,分两种类型,1型性能挺好,但容量小,一般小于0.2U,另一种叫II型,容量大,但性能一般.

就温漂而言:

独石为正温糸数+130左右,CBB为负温系数-230,用适当比例并联使用,可使温漂降到很小.独石电容比一般瓷介电容器大（10pF~10μF），且电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定，耐高温，绝缘性好，成本低等优点，因而得到广泛的应用。

第三节1N4001的技术参数

一特点

产品型号:

1N4001，最大平均正向电流（A）:

1，峰值反向电压VRRM（V）:

50，最大全周期正向压降VFM（V）:

1.100，最大非重复浪涌电流IFSM（A）:

30，最大反向电流IR（mA）:

0.010，封装/温度（℃）:

DO41/-65~175

第四节SRD-12VDC-SL-C继电器参数

线圈消耗功率0.2~0.5W，电压12V，电流30mA最大允许电压12V*1.5=18V，共5个引脚，4接电源，5接地，1脚是开关公共端，1,2是常闭开关，1，3是常开开关

第五章总结与体会

5号电池简易充电器，是由整流电路，恒流可调电路，检测电压电路，充电显示电路四部分构成。

利用LM7806型三端稳压集成电路进行恒流充电，用555定时器构成多谢振荡器，控制二极管闪烁发光，当电池两端的电压逐渐增大时，555集成块的电势差逐渐降低，二极管发光逐渐变暗，当电池两端电压大于3V时，利用TL082通用的J-FET双运算放大器，通过与3V基准电压比较，输出高电平，继电器工作，开关吸合，充电断开，同时二极管发光，表示充满。

通过这次的课程设计，我学会使用protel99se画图软件以multisim仿真软件，对直流稳压电源有了更深刻的认识，巩固了模电知识，对电路的原理的有了进一步的理解，对各元器件功能，特性的有了更熟悉的认识，当然在设计的过程中，我们也遇到了很多困难，做电源充电器时，对如何实现充满电后自动断电这一块很是迷茫，于是到图书馆电子资源里查了相关文献，在网上也搜了些类似电路的设计的资料，吸取其中模块，加以改进，变成自己的东西。

通过仿真软件，对各个模块进行仿真，不断的调试该进，最终设计了一个理论上可行的电路，这个过程是最困难的过程，也是我收获最大的过程，使自己的实验理论与实践相结合的能力有了进一步的提高。

总之，这次设计使我受益匪浅。

参考资料

6.陈有晴，通用集成电路应用与实例分析，中国电力出版社，2007年4月

7.孟贵华，电子元器件选用入门，机械工业出版社，2005年1月

8.李钟灵，电子元器件的检测与选用，科学出版社，2009年1月

元件清单

元件符号

特性与数量

误差

R1,R2,R4,R5,R8,R7,R9

1K*1,4.7K*2,100*2,47K*1，100K*1（电阻，单位Ω）

1/4W碳膜电阻器E96系列

5%

R6

1K*1（单位Ω）

WH5-X型合成碳膜电位器

R8

1K*1（电位器，单位Ω）

WS16-4普通单圈φ17mm支架卧式X

D,Z0.5W

C1~C4

104*3，,033u

独石电容

误差（±

20%）

Cp1,Cp2,Cp3,Cp4

470uF*1,1000uF*1,100uF*1,10uF*1

铝电解电容

额定电压：

25V

D1,D2,D3,D5,D6,D8,D9,D10

8

1N4001

K1

SRD-12VDC-SL-C直流继电器

D1、D8

发光二极管*2

Scr系列

U4

555定时器

NE555

U1

LM7805

U2

LM7812

T1

220V~12V交流电源变压器

设计总原理图

28