毕业设计（论文）新型航空蓄电池自动控制快速充电器.doc

摘 要本文介绍一种新型航空蓄电池自动控制快速充电器，可作为航空蓄电池的地面保障设备。阐述了系统的主电路方案、控制电路的构成及系统故障检测。该充电器的主电路采用全波半控整流电路，其充电电压和充电电流值,能够进行预置，并可对其连续检测，其检测信号用以控制晶闸管的触发角，使充电电压和充电电流保持稳定，从而使充电速率达到最佳化。试验表明，该充电器具有充电电路与电力线路隔离、结构简单、效率高、体积小、重量轻等优点，便于现场应用。关键词：晶闸管；场效应管；检测；触发相位AbstractThis paper discusses a new type of automatic control rapid air battery charger, The air batteries can be used as ground support equipment. On the systems main circuit programme, the control circuit and a system fault detection. The Chargers used the main circuit full-wave rectifier circuit, Charging voltage and charging current can be predetermined and continuously monitored by the sensing means, so as to control the phase-triggered of the thyristor and maintain charging voltage and charging current at levels which is not greaten than predetermined limits, therefore the charging rate is continuously optimized. Experimental results of the prototype show that the proposed charger has the advantages of electric separation, simple frame, high efficiency, small volume, light weight and easy for the field application. Key words: thyristor ; FET; detection ; phase-triggered目录前 言11 总体概述21.1概述21.2设计方案31.2.1设计方案图31.2.2设计思想31.3蓄电池的介绍31.3.1蓄电池的概念31.3.2蓄电池的选用41.3.3蓄电池的使用和维护41.3.4影响蓄电池使用寿命的主要因素51.3.5蓄电池的充电方式62 本课题相关知识介绍92.1电容的特性92.2 二极管的伏安特性92.2.1正向特性102.2.2反向特性102.2.3击穿特性102.2.4频率特性102.3可控硅工作原理102.3.1可控硅基本结构102.3.2基本伏安特性122.4单结晶体管原理132.4.1单结晶体管的特点142.4.2单结晶体管的主要参数142.5场效应管工作原理152.5.1场效应管的主要参数152.5.2场效应管的作用162.5.3结型场效应管的管脚识别162.6电流互感器172.6.1电流互感器定义172.6.2电流互感器的特点183 电路设计分析193.1整流电路分析193.2振荡电路分析203.3检测调整电路分析214 参数计算及元器件选择244.1参数计算244.2元器件选择255充电器装配与调试275.1装配检测275.2调试275.3故障分析与排除27总 结28结束语29致 谢30参考文献31附录I 元器件清单32附录II 总体电路设计图33前 言随着科技的飞速发展，现代工业生产和日常生活已经进入智能化时代。蓄电池具有价格低廉、供电可靠、电压稳定等优点，因此广泛应用于国防、通信、铁路、交通、工农业生产部门。特别在航空方面占有很重要的地位。近年来蓄电池其密封好、无泄漏、无污染等优点，能够保证人体和各种用电设备的安全，而且在整个寿命期间，无需任何维护，从而揭开了蓄电池发展历程新的一页。众所周知，航空设备一般都采用免维护电池作为备用电源，许多电子设备必须的不间断电源系统（UPS）也离不开免维护电池，此外在应急灯、汽车、游艇中也越来越多的选用免维护电池。然而，由于充电方法不正确，充电技术不能适应免维护电池的特殊需求，造成电池很难达到规定的循环寿命。基于此，本文提出了一种用于航空的定电压定电流高速率蓄电池充电器设计方案，采用预置电压预置电流，有效地提高充电效率，延长电池寿命。本文第1章为概述了设计的总体方案，第2章介绍了相关元件的工作原理，第3章电路的总体设计，第4章为参数计算及元器件选择，第5章为元器件焊接及调试。由于作者水平有限，时间仓促，文中的错误及疏漏之处在所难免，敬请读者批评。1 总体概述1.1概述该充电器是在可调电源的基础上，增加可预先设定给蓄电池充电电压和充电电流的电路。对充电电压和充电电流可连续检测，以控制晶闸管的触发相位，而使充电电压和充电电流保持稳定。主电路由降压变压器和一个全波半控整流桥构成。变压器的输入端与50Hz220V单相交流电力线路相接，桥路的输出为100Hz波动的直流提供给蓄电池充电。波动的直流脉冲的宽度决定于晶闸管整流器的触发相位。晶闸管整流器被一个单结晶体管同步振荡电路产生的触发脉冲触发，而振荡器又受控于可指示触发角的桥路输出电压和输出电流检测装置。调整检测装置可调整和限制充电电压和充电电流的上限值。单结晶体管同步振荡电路是一常用电路。检测调整电路主要器件是两只耗尽型绝缘栅场效应管而作为基本元件，需工作在线性区域，起放大作用，一个调整输出电压，一个调整输出电流。检测调整电路，振荡电路，整流电路是一闭环反馈系统，其功能是对蓄电池提供一个不超过其预定极限的稳定的充电电流。1.2设计方案1.2.1设计方案图变压器整流电路蓄电池振荡电路调整电路220V交流电源图1.1设计方案图1.2.2设计思想蓄电池采用脉冲充电方法。整流电路由晶闸管和二极管组成的全波半控整流电路。振荡电路由单结晶体管为主要元件，产生脉冲信号。控制电路由两个场效应管为主要组成元件，进行检测调整。电路由220V交流电压提供交流电源，通过变压器降压达到实验要求的规定交流电压，再经过整流电路将交流电转化为直流电。蓄电池充电电压由整流电路提供，振荡电路产生脉冲信号控制整流电路输出电压的变化，再由反馈电路把整流电路信号反馈给调整电路由调整电路对振荡电路控制采取控制从而达到预先设定给蓄电池的充电电压和充电电流，对充电电压和充电电流可连续检测。1.3蓄电池的介绍1.3.1蓄电池的概念 将电能转化为化学能储存起来，必要时又将化学能转化为电能释放出去的装置称为蓄电池。以金属铅和硫酸为主要材料的蓄电池称为铅酸蓄电池。铅酸蓄电池按其用途可分为：起动用、蓄电池车用、铁路客车用、摩托车用、航标灯用蓄电池等。目前广泛使用的后备电池主要是免维护的全密封铅酸蓄电池，电池密封，无须加水维护。太阳能灯具配备的就是全密封免维护铅酸蓄电池。 1.3.2蓄电池的选用 蓄电池的选用原则 按需选择的原则根据自己的需要,计算出需要的电池容量与数量。 安全的选择原则出于安全的原则,应该选择有一定品牌的蓄电池厂家,选择有技术力量以及服务好的经销代理商。 性价比选择的原则根据产品的质量,有的蓄电池寿命只有2年,有的蓄电池寿命长达10年,进行比较选择最适合用户的蓄电池。 蓄电池的容量计算 蓄电池的容量必须是以所定的电压、所定的时间可向负载提供的容量。具有深放电功能的蓄电池，其电量的计量单位一般为安培小时（Ah），它表明在单位时间（常为20小时）能够提供的电流值（20小时）率容量。如何根据使用的灯具来确定蓄电池的容量，简单的方法就是将其的功率乘以蓄电池每次充电间隔之间的使用时间。得出结果的单位为瓦时，将瓦时除以其额定电压，就可以将瓦时转换为安时。按这种情况选择，蓄电池就将电放尽，而一般蓄电池放电的理想状态为50%，应将其予以考虑来选择蓄电池。 蓄电池的电量（安时）越大，供电能力就越强，蓄电池过度放电的可能性就越小。1.3.3蓄电池的使用和维护 电池密封，一方面带来很多好处，但同时也给观测和维护带来困难。"免维护"这一名词给使用者带来认识上的误区，导致使用者放松对蓄电池的日常维护和管理。因此，正确使用和维护蓄电池是十分重要的。 如果条件允许，使其工作在正常的温度中(1520) 两块蓄电池并联的方法为：将蓄电池的正极与正极、负极与负极联接。这样蓄电池的电量就会增加一倍，而电压与一块蓄电池的电压一样。蓄电池两极柱切不可短路（碰头）。 对于新安装的蓄电池或大修后的第一次充电，一般都要进行一次较长时间的充电，为初充电，应按额定容量1/10的电流来进行充电。安装前必须测量蓄电池是否充足，如电力不足，请在阳光充足的地方对蓄电池进行816小时以上充电或者用交流电先把电池充足，应严格避免过放充电。用交流电正常充电时，最好采用分级充电方式，即在充电初期用较大电流的恒流均充，充到均充电压并恒压一定时间后改用常规的恒压浮充方式。 保持蓄电池本身的清洁。安装好的蓄电池极柱应涂上凡士林，防止腐蚀极柱。 为蓄电池配置在线监测管理技术，对蓄电池进行内阻在线测量与分析，及时发现蓄电池的缺陷，及时进行维护。 在冬季应预防蓄电池冻裂，夏季应将蓄电池放于通风阴冷处，避免阳光直晒。 1.3.4影响蓄电池使用寿命的主要因素 影响蓄电池(主要指免维护的铅酸蓄电池)使用寿命的因素主要有以下几个方面： 环境温度 过高的环境温度是影响蓄电池使用寿命的典型因素，一般蓄电池生产厂家要求的环境温度是在1520，随着温度的升高，蓄电池的放电能力也有所提高，但环境温度一旦超过25，只要温度每升高10，蓄电池的使用寿命就会减少一半。例如蓄电池的使用寿命是6年，环境温度为35，那么其寿命就只有3年了，如果温度再升高10达到45，其寿命就只有1.5年了。 过度放电 蓄电池被过度放电是影响蓄电池使用寿命的另一重要因素。蓄电池的寿命取决于其放电深度，放电深度越大，使用寿命就越短。当蓄电池被过度放电到输出电压为零时，会导致电池内部有大量的硫酸铅被吸付到电池的阴极表面，形成电池阴极的"硫酸盐化"。由于硫酸铅本身是一种绝缘体，它的形成必将对电池的充、放电性能产生不好的影响。因此，在阴极板上形成的硫酸盐越多，电池的内阻越大，电池的充、放电性能就越差，其使用寿命就越短。不能完全放电，避免过度放电，最好放电的幅度在30%50%之间。 板栅的腐蚀与增长 板栅腐蚀是影响蓄电池使用寿命的重要原因。如果电池使用不当，长期处于过充电状态，那么电池的栅板就会变薄，容量降低，会缩短使用寿命。 浮充电状态对蓄电池使用寿命的影响目前，蓄电池大多数都处于长期的浮充电状态下，只充电，不放电，这种工作状态极不合理。大量运行统计资料表明，这样会造成蓄电池的阳极极板钝化，使蓄电池内阻急剧增大，使蓄电池的实际容量(Ah)远远低于其标准容量，从而导致蓄电池所能提供的实际后备供电时间大大缩短，减少其使用寿命。 失水 蓄电池失水也是影响其使用寿命的因素之一，蓄电池失水会导致电解液比重增加，电池栅板的腐蚀，使蓄电池的活性物质减少，从而使蓄电池的容量降低而导致其使用寿命减少。 1.3.5蓄电池的充电方式 脉冲式充电法这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率，而且能够提高蓄电池充电接受率，从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制，这也是蓄电池充电理论的新发展。脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环。充电脉冲使蓄电池充满电量，而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率。  Reflex快速充电法这种技术是美国的一项专利技术，它主要面对的充电对象是镍镉电池。由于它采用了新型的充电方法，解决了镍镉电池的记忆效应，因此，大大降低了蓄电池的快速充电的时间。铅酸蓄电池的充电方法和对充电状态的检测方法与镍镉电池有很大的不同，但它们之间可以相互借鉴。 变电流间歇充电法这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上。其特点是将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段。充电前期的各段采用变电流间歇充电的方法，保证加大充电电流，获得绝大部分充电量。充电后期采用定电压充电段，获得过充电量，将电池恢复至完全充电态。通过间歇停充，使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。 变电压间歇充电法 在变电流间歇充电法的基础上又有人提出了变电压间歇充电法。与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流，而是间歇恒压。 恒流充电法恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选用阶段充电法。 阶段充电法此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法。二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法。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。三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒电流充电，中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少，但作为一种快速充电方法使用，受到一定的限制。 恒压充电法充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控制系这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如，汽车运行过程中，蓄电池就是以恒压充电法充电的。 2 本课题相关知识介绍2.1电容的特性电容是一种能储存电能的元件。两块金属板相对平行地放置而不相接触就构成一个最简单的电容。如果把金属板的两端分别接到电池的正、负极，那么正极的金属板上的电子就会被电池的正极吸引过去，而接到负极的金属板，就会从电池负极得到电子，这种现象就叫做电容的“充电”。充电的时候，电路里就有电流流动。两块金属板有电荷后就产生电压，当这个电压与电池的电压相等时，就停止充电，电路中也就不在有电流流动，相当于开路，这就是电容器能隔断直流电的道理。如果将接在电容器上的电池断开，而用导线把电容器的两个金属板接通，则在刚接通的一瞬间，电路中便有电流流通，这个电流的方向与原充电时的电流方向相反，随着电流的流动，两金属板之间的电压也逐渐降低，直到两金属板上的正、负电荷完全消失，这种现象叫做“放电”。如果电容器的两金属板接上交流电，因为交流电的大小和方向在不断的变化着，电容器两端也必然交替的充电和放电，因此，电路中就不停的有电流流动，这就是电容器能通过交流电的原因。2.2 二极管的伏安特性二极管最主要的特性是单向导电性，其伏安特性曲线如图2.1所示图2.1二极管伏安特性曲线2.2.1正向特性在二极管两端的正向电压（P为正、N为负）很小时（锗管小于0.1伏，硅管小于0.5伏），管子不导通处于“死区”状态，当正向电压起过一定数值后，管子才导通，电压再稍微增大，电流急剧增加（见曲线I段）。不同材料的二极管，起始电压不同，硅管为0.5-.7伏左右，锗管为0.1-0.3左右。2.2.2反向特性二极管两端加上反向电压时，反向电流很小，当反向电压逐渐增加时，反向电流基本保持不变，这时的电流称为反向饱和电流（见曲线II段)。不同材料的二极管，反向电流大小不同，硅管约为1微安到几十微安，锗管则可高达数百微安，另外，反向电流受温度变化的影响很大，锗管的稳定性比硅管差。2.2.3击穿特性当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿（见曲线III)。这时的反向电压称为反向击穿电压，不同结构、工艺和材料制成的管子，其反向击穿电压值差异很大，可由1伏到几百伏，甚至高达数千伏。2.2.4频率特性由于结电容的存在，当频率高到某一程度时，容抗小到使PN结短路。导致二极管失去单向导电性，不能工作，PN结面积越大，结电容也越大，越不能在高频状况下工作。2.3可控硅工作原理2.3.1可控硅基本结构可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图2.2所示图2.2 可控硅等效图解图当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=1ib1=12ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表2.1表2.1 可控硅导通和关断条件状态条件说明从关断到导通1、阳极电位高于是阴极电位2、控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通1、阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流 两者缺一不可从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位2、阳极电流小于维持电流任一条件即可 2.3.2基本伏安特性可控硅的基本伏安特性见图2.3图2.3 可控硅基本伏安特性 反向特性当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图2.4），J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅速增加，图2.4的特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向击穿。图2.4阳极加反向电压 正向特性当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图2.5），J1、J3结正偏，但J2结反偏，这与普通PN结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图2.4的特性发生了弯曲，如特性OA段所示，弯曲处的是UBO叫：正向转折电压 图2.5 阳极加正向电压由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入N1区，空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合，同样，进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合，雪崩击穿，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图2.4的虚线AB段。这时J1、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态-通态，此时，它的特性与普通的PN结正向特性相似，见图2.3中的BC段。 触发导通在控制极G上加入正向电压时（见图2.6）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用（见图2.3）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图2.4的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。图2.6 阳极和控制极均加正向电压2.4单结晶体管原理单结晶体管（简称UJT）又称基极二极管，它是一种只有一个PN结和两个电阻接触电极的半导体器件，它的基片为条状的高阻N型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极b1和b2。在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P区作为发射极e。   单结晶体管工作时，需要在两个基极间加直流电压VBB，且B2接正极，B1接负极。在发射极不加电压时，RB1两端分得电压为 式（2.1）式中凡 称为单结晶体管的分压比，用" "表示，所以 分压比是单结晶体管的一个重要参数，其值与管子结构有关，一般在0.50.9之间。调节RP，使 从零开始逐渐增加。当时，单结晶体管内的PN结处于反向偏置，E和B1之间不能导通，呈现很大的电阻，故单结晶体管处于截止状态。当 时，单结晶体管内的PN结便承受正向电压而导通，发射极电流突然增大。这一使E、B1极之间由截止突然变为导通所需的控制电压称为单结晶体管的峰点电压，用 表示。显然单结晶体管导通后，因E、B1极之间的电阻下降很多，虽然这时 较大，但 上的压降不大，所以A点的电位较低，这时，即使控制电压调节到低于峰点电压 以下，单结晶体管仍继续导通。直到控制电压 降到某一数值以下，使PN结再次反偏时，单结晶体管才由导通突然变为截止。这一使单结晶体管从导通变为截止的控制电压称为单结晶体管的谷点电压，用表示。 2.4.1单结晶体管的特点 单结晶体管相当于一个开关。当发射极电压等于峰点电压 时，单结晶体管可由截止突变为导通。导通之后，当发射极电压小于谷点电压 时，单结晶体管就又突然恢复截止。 不同的单结晶体管，它们有不同的 和 。同一单结晶体管，若所加的 不同，它的 和 也有所不同。例如型号为 BT33B的单结晶体管，若 ，则约等于12. 8 V， 约等于 3 V。若 ，则 约等于 6.7 V， 约等于26V。 单结晶体管的发射极与第一基极之间的电阻 是一个随发射极电流而变的电阻。在单结晶体管未导通时，发射极电流很小， 是一个高电阻。导通后，随着发射极电流的增大， 急剧下降。而 则是一个与发射极电流无关的电阻。所以，在单结晶体管的等效电路中， 用可变电阻表示。2.4.2单结晶体管的主要参数 基极间电阻Rbb 发射极开路时，基极b1、b2之间的电阻，一般为2-10千欧，其数值随温度上升而增大。 分压比 由管子内部结构决定的常数，一般为0.3-0.85。 eb1间反向电压Vcb1 b2开路，在额定反向电压Vcb2下，基极b1与发射极e之间的反向耐压。 反向电流Ieo b1开路，在额定反向电压Vcb2下，eb2间的反向电流。 发射极饱和压降Veo 在最大发射极额定电流时，eb1间的压降。 峰点电流Ip 单结晶体管刚开始导通时，发射极电压为峰点电压时的发射极电流 2.5场效应管工作原理场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108109）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。2.5.1场效应管的主要参数 I DSS 饱和漏源电流。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压U GS=0时的漏源电流。 UP 夹断电压。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚截止时的栅极电压。 UT 开启电压。是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压。 gM 跨导。是表示栅源电压U GS 对漏极电流I D的控制能力，即漏极电流I D变化量与栅源电压UGS变化量的比值。gM 是衡量场效应管放大能力的重要参数。 BUDS 漏源击穿电压。是指栅源电压UGS一定时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压。这是一项极限参数，加在场效应管上的工作电压必须小于BUDS。 PDSM 最大耗散功率。也是一项极限参数，是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。使用时，场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量。 IDSM 最大漏源电流。是一项极限参数，是指场效应管正常工作时，漏源间所允许通过的最大电流。场效应管的工作电流不应超过IDSM 2.5.2场效应管的作用 场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。 场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。 场效应管可以用作可变电阻。 场效应管可以方便地用作恒流源。 场效应管可以用作电子开关。 2.5.3结型场效应管的管脚识别场效应管的栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。将万用表置于R×1k档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为数K时，则这两个管脚为漏极D和源极S（可互换），余下的一个管脚即为栅极G。对于有4个管脚的结型场效应管，另外一极是屏蔽极（使用中接地）。 判定栅极用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小，说明均是正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧。注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，测量时只要有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子损坏。 估测场效应管的放大能力将万用表拨到R×100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，相当于给场效应管加上1.5V的电源电压。这时表针指示出的是D-S极间电阻值。然后用手指捏栅极G，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。由于管子的放大作用，UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子已经损坏。由于人体感应的50Hz交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同，因此用手捏栅极时表针可能向右摆动，也可能向左摆动。少数的管子RDS减小，使表针向右摆动，多数管子的RDS增大，表针向左摆动。无论表针的摆动方向如何，只要能有明显地摆动，就说明管子具有放大能力。本方法也适用于测MOS管。为了保护MOS场效应管，必须用手握住螺钉旋具绝缘柄，用金属杆去碰栅极，以防止人体感应电荷直接加到栅极上，将管子损坏。MOS管每次测量完毕，G-S结电容上会充有少量电荷，建立起电压UGS，再接着测时表针可能不动，此时将G-S极间短路一下即可。2.6电流互感器2.6.1电流互感器定义电流互感器和变压器很相像，所以电流互感器从前也叫做变流器。后来，一般把直流电变成交流电的仪器设备叫做变流器，把改变线路上电流大小的电器，根据它通过互感的工作原理，叫做电流互感器。2.6.2电流互感器的特点 一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流而与二次电流无关； 电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定互感比：kn=I1n/I2n 因为一次线圈额定电流I1n己标准化，二次线圈额定电流I2n统一为5(1或0.5)安，所以电流互感器额定互感比亦已标准化。kn还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比，即knkN=N1/N2式中N1、N2为一、二线圈的匝数。3 电路设计分析3.1整流电路分析如图3.1所示。变压器B1是一降压变压器，其作用除降压外，还有把充电电路与电力线路隔离作用，而且能呈现一定的电抗，以减小蓄电池可能吸收的危险的峰值电流。与变压器次级并联的是一金属氧化物变阻器Rt，其作用是限制输入峰值电压。变压器的次级上端线与全波半控桥一输入端相接于a点，次级的另一端线经电流互感器Ta的一次绕组与全波半控桥的另一输入端相接于b点。电流互感器的二次绕组上并接一电阻R1，并引出一对充电电流检测线AB。二次绕组会得到一交流电压信号，并用来指示提供给蓄电池充电电流的大小。AB线引至图3.3中电流检测调整装置。图3.1全波半控整流电路全波半控整流电路是一常用的桥路，由整流二极管D1,D4和晶闸管T2T3等构成。C1和R2串接，C2和R3串接各自组成辅助整流网络，并分别与T3T2并联，一方面起保护晶闸管作用，另一方面优化晶闸管的开关作用。全波半控整流桥输入的是50Hz正弦交流电，其输出端分别接蓄电池的正极和负极(直流地)，输出的是100Hz脉冲直流。直流脉冲的持续时间由触发角决定。晶闸管的触发角可在任意时间点稳定，其大小由同步振荡器确定，并与电压过零点有关。全波半控桥输出的波动直流加在蓄电池上，其中电压的大小可由一伏特表测定，即伏特表壳直观测出波动的直流电压的平均值。而整流桥提供给蓄电池的电流可用一安培表测定。安培表串联在桥路与蓄电池的连接线中。另外由蓄电池的两极引出两根充电电压检测线CD，至图3.3中电压检测调整装置。3.2振荡电路分析图3.2是对晶闸管整流器进行相位触发的单结晶体管同步振荡电路。同步变压器B2的两输入端的端线分别与变压器B1的两输入端相接，但其中一端线中串有一熔断器和一个具有过流跳闸的起停开关。B2的次级绕组上并接一指示灯。开关闭合，指示灯亮，表示蓄电池充电电路通电工作。同步变压器的次级获得与变压器B1相同步的正弦电压，然后加至由D5D6D7D8四个整流二极管构成的整流桥的输入端cd。整流桥输出为100Hz直流，经电阻R7限流后，再经齐纳二极管D2削波得到梯形波电压，该电压即为单结晶体管T4的电源电压，并与半控桥上的电压相同步，电容C5和R7并联，其作用是使波动的直流在下降沿达到并保持暂停的零电压，而在上升沿给齐纳二极管更大的电流即使齐纳二极管输出的梯形波更加陡直。当接于单结晶体管发射极的电容C6上的电压达到并大于单结晶体管的峰值电压Up时，单结晶体管迅速导通，从而在隔离变压器BM的次级产生触发脉冲去触发晶闸管T2T3。C3和C4为脉冲增宽电容，分别与BM的两次级并联，进一步保证T2T3可靠工作。R6是一阀值电阻，给单结晶体管加上偏置，使其处于临界导通状态。限流电阻R5决定单结晶体管触发电容C6的最大充电速率（最小充电时间）。电阻R5和R6的连接点与控制线E相接，也和单结晶体管发射极相接。振荡器发出的触发脉冲时刻，即单结晶体管导通时刻受检测装置由EF线送来的信号控制。图3.2单结晶体管振荡器3.3检测调整电路分析如图3.3所示。指示给蓄电池充电电流大小的电压信号经AB线加到又一整流桥的输入端ef。该整流桥是充电电流检测电路的一部份，它由整流二极管D9D10D11D12构成。加到该整流桥输出端的是50Hz交流电压，经整流桥转换成100Hz脉动直流电压，再经C7的滤波，在R8R9R10分压网络上就得到一平滑直流电压。电阻R9是可调定的可变标准电阻，电阻R8也是可变电阻，安装在充电器面板上，由用户根据蓄电池的承受能力，调整充电电流的最大值。从电阻R8R9连接点输出一指示充电电流大小的直流电压，经R11R12分压加到场效应管T6的栅极。场效应管T6的工作在线性区域，流过T6的漏极电流Id6与加在其栅极上的电压成正比。T6的漏极通过一电阻R13与控制线E先连，通过这条控制线调节单结晶体管振荡器，控制触发脉冲的产生时刻。由于加到场效应管的直流电压信号与蓄电池充电电流成比例，而其漏极电流Id6与充电电流成比例。即充电电流的大小决定了Id6的大小，而 Id6的大小又决定振荡器电容C6充电的快慢，即调整振荡器输出脉冲的时间，也就调整了全波半控桥送给蓄电池的充电电平。图3.3检测调整电路例如，如果蓄电池充电处于欠流状态，则流过T6漏极电流Id6将减小，即振荡器通过E线分出的电流减小，而对C6提供的能量加大，使C6快速充电，振荡器输出脉冲前移，整流器T2T3的触发角减少，使整流输出提高，即增加了蓄电池充电电流。如果蓄电池过流则T6的Id6增加，减少了C6充电速度，而增大T2T3的触发角，进而减少提供给蓄电池的能量。图3.3的另一部分是充电电压调整电路，它与充电电流调整电路相似。电压检测信号从蓄电池由CD两线输出。C线与电阻R18相接，D线接直流共地线。电阻R18R19R20R21串联构成输出电压量程网络，用来对电压调整电路进行调整，以确定蓄电池能承受的最大电压。电阻R20是用来校准的，电阻R19设计在面板上，以便允许用户调到最大合适电压。从电阻网络来的电压经C8滤波电阻R16R17分压加在场效应管T5的栅极，T5也是工作在线性区域。T5的漏极通过电阻R14也与E线相连。若过压，则加在T5的栅极电压增加，其漏极电流Id5增加，振荡器C6的充电电流减小，即振荡器产生的触发脉冲后移，使晶闸管T2T3的触发角增加，而使加在蓄电池上的平均电压减小。若是欠压，则T5栅极电压相对减小，Id5减小，电容C6充电加快，从而