电力电子课程设计简单安全充电器电路.doc

目 录1课题名称 12设计目的13课题分析13.1 方案一43.2 方案二64 各局部电路设计 74.1 整流滤波电路 74.2恒压电路84.3恒流电路 94.4充电提示电路 105组装调试106元件清单 147 设计心得体会 158 参考文献 16关键词：充电器 降压 整流 滤波 恒压1 课题名称简单安全充电器电路。2 设计目的1) 了解系统的工作原理2) 掌握晶闸管电路的设计方法3) 通过课程设计培养学生的的自学能力和分析问题解决问题的能力4) 通过课程设计培养学生的自学能力和分析问题解决问题的能力5) 通过设计使学生具有一定的计算能力制图能力以及查阅手册使用国家标准的能力和一定的文字表达能力3 课题分析我们设计的充电器整体上应该有降压、整流、滤波、恒压电路。降压电路可以用最简单的变压器完成，将220V电压变为10V左右的低压，为了让优化波形使其更加稳定，可采用滤波电容去除高频干扰。手机通用的锂电池充电电压为4.2V，因此需要设计一个恒压源电路。充电电流在一定程度上影响了充电的时间，过高的电流会缩短电池的使用寿命，所以我们还需要一个可靠地恒流源来保证充电的时间和手机的使用寿命。当上述条件都具备时对于不同容量的手机电池充电时间是不一样的，因此需要一个不以时间为参考的充电完成信号，我们可以根据电池两端的电压是否达到标准电压来判断是否充满电。3.1 方案一本方案采用的是现行手机充电器的通用电路，主要是由开关电源和充电电路组成的。电路图如下。图3.1原理图制作成功后该充电器能自动识别电池极性，自动调整输出电流使得电池达到最佳充电状态，可保护电池延长电池寿命。充电饱和时七彩灯会自动熄灭。当接入电源后，通过整流二极管VD1、R1给开关管Q1提供启动电流，使Q1开始导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2中感应出使Q1基极为正，发射极为负的正反 馈电压，使Q1很快饱和。与此同时，感应电压给C1充电，随着C1充电电压的增高，Q1基极电位逐渐变低，致使Q1退出饱和区，Ic开始减小，在 L2中感应出使Q1基极为负、发射极为正的电压，使Q1迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止 时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又经R1给C1反向充电，逐渐提高Q1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下 去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器的次级绕组向负载输出所需要的电压，在C4的两端获得9V的直流电，供充电电路工作。 在充电电路中Q2与CH（七彩发光二极管）组成充电指示电路。R7与PW（红色二极管）组成电池好坏检测及电源通电指示电路。Q4、Q5、Q6、Q7组成自动识别电池极性的电路。 当充电端1接电池的正，端2接电池的负时，充电回路是电源的+、Q5（发射极）、Q5（集电极）、端1接+ 、Q7（饱和）、端2接-；当充电端2接电池的正，端1接电池的负时，充电回路是电源的+、Q4（发射极）、Q4（集电极）、端2接+、Q6（饱和）、端2接-。即可完成自动极性的识别，保证充电回路自动工作。3.2 方案二本方案是前期分析的具体实现，也是比较简单的一种。电路图如下。图3.2 原理图该电路有四部分组成电源输入电路、恒流电路、恒压电路、充电指示电路组成。电源输入电路由电源变压器T、整流桥堆D1，D2，D3，D4和滤波电容C组成。恒压电路由电阻R1、R2、电位器RP1、晶体管V1、精密稳压基准源IC组成。恒流电路由晶体管V2、电阻R3、电位器RP2。充电指示电路由晶体管V3、电阻R4、R5和发光二极管VL组成。交流电220V电压经过变压器T（二次侧电压9V）、整流桥、滤波电容C后，产生8.1V的直流电压。该电压经过恒流电路恒压电路处理后对电池充电。同时V3导通，VL发光。随着电池两极板电压的升高充电电流将逐渐减小。当电池电压到达4.2V时，R1上电压降低使V3截止VL熄灭，提醒用户充电结束。4 各局部电路的设计4.1 整流滤波电路图4.1电源输入部分变压器源边是220V交流电，二次侧电压为9V经过四个二极管组成的整流桥就变为了直流电，DE电压为8.1左右，滤波电容是为了滤除交流成分。在实际购买原器件时为了降低成本和焊接方便购买的是集成整流桥堆，规格是2A、50V。4.2 恒压电路在这边部分电路中使用了TL431。TL431是TL、ST公司研制开发的并联型三端稳压基准，其突出优点是封装简单（型如三极管）、参数优越（高精度、低温漂）、性价比高（民品1.31.5元/只），是作为电压基准的良好选择。其电压调节范围为2.5V36V。本方案中的接法类似于下图（b）调节电位器RP1就可以调节输出电压，这也正是本方案的一大优点，可以做到电压连续可调，这样不仅可以为手机电池充电还可以作为电源为其他电子芯片、元件供电。图4.2.1 TL431原理图图4.2.2 恒压电路BC电压可以被精确的调整到一个值，再经过V2的CE管压降就得到充电电压。4.3 恒流电路图4.3恒流源流经B点的电流经过三极管V2，1013被放大，最终提供给手机电池。调节RP2可以调节基极电流,由公式 （4.3）就可以由IB调节整个充电电流的大小。4.4充电提示电路图4.4 充电提示电路当充电结束时电池阳极电压接近4.2V，此时R1上的电压降低，使得V3截止，VL熄灭。此时电池并没有充满而是进入恒压充电方式，在恒流充电阶段，电池充到 70% 的总容量时通常需要约 30% 的充电时间，而在恒压阶段用 70% 的充电时间仅能充 30% 的总电池电量。这是由于电池具有内部电阻。电池内部电阻越低，电池充电时间就越短。为了保证电池能够充满可在VL熄灭后继续充电12个小时，当充电电流降至100mA以内时则应停止充电。这使得本方案有了一个缺陷，当二极管灯灭时不能说明电池已经充满，需要特别说明否则一般用户会自然的认为充电结束而致使电池充不满。5 组装和调试组装时选用的是11*8cm的PCB电路板，变压器独立放置。一句电路图从左至右从中间到两边依次焊接。由于变压器独立放置所以将变压器安排在最后焊接。为了焊接的方便和减少电线的使用在焊接过程中尽量使用引脚连接，最后只使用了三根导线。为了连接充电器的方便使用了一般万能充都采用的夹板和引针，这样可以很好的固定手机电池。调试分为两部分，电压的调试和电流的调试。首先是调节RP1的电阻值使得充电电压为4.2V再调节RP2的电阻阻值使得充电电流为200mA。调试时将万用表接入夹板两引针再调节相应电阻使各参数达到要求。实验结果：灯亮！6元件清单电容三极管R73.3kC12.2uF/400V 电解Q1D13001（NPN）R8390C2101 瓷片电容Q2S8550（PNP）R9390C32.2uF/50V 电解Q3S8050（NPN）R10390C4220uF/16V 电解Q4S8550（PNP）R11390C52.2uF/50V 电解Q5S8550（PNP）R12390C6104 瓷片电容Q6S8050（NPN）R1330二极管Q7S8050（NPN）R143.3kD11N4007电阻R151kD21N4148R1470k 其它D31N5819R230U1ZXT-604（彩灯控制芯片）Z1C2（2V稳压管）R38.2T1开关变压器LED1 LED2绿色（发光二极管）R48.2k外壳前后盖LED3红色（发光二极管）R56.8电源接触片金属片（2片）7设计心得课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，电力电子技术已经成为当今科学应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握电力电子技术是十分重要的。 回顾起此次电力电子技术课程设计，我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在接近两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的性能通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。 通过这次电力电子课程设计，我不仅加深了对电力电子技术理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。 这个设计过程中，我们通过在原有的充电器系统进行了改进，使之增添了新的控制功能，使之成为一个更加适用，功能更加完备的属于自己的一个系统。设计结果能够符合题意，成功完成了此次实习要求，我们不只在乎这一结果，更加在乎的，是这个过程。这个过程中，我们花费了大量的时间和精力，更重要的是，我们在学会创新的基础上，同时还懂得合作精神的重要性，学会了与他人合作。8. 参考文献1王梅义.高压电网继电保护运行技术.北京：电力工业出版社，1981 2He Jiali, Zhang Yuanhui, Yang Nianci. New Type Power Line Carrier Relaying System with Directional Comparison for EHV Transmission Lines. IEEE Transactions PAS-103，1984(2) 3沈国荣.工频变化量方向继电器原理的研究.电力系统自动化，1983(1)  4葛耀中.数字计算机在继电保护中的应用.继电器，1978(3)  5杨奇逊.微型机继电保护基础.北京：水利电力出版社，1988  6He Jiali, Luo shanshan, Wang Gang,et al. Implementation of a Digital Distributed Bus Protection. IEEE Transactions on Power Delivery,1997,12(4)  7吴斌，刘沛，陈德树.继电保护中的人工智能及其应用.电力系统自动化，1995(4)  8段玉清，贺家李.基于人工神经网络方法的微机变压器保护.中国电机工程学报，19989 江晓安 董秀峰 模拟电子技术（第三版） 西安电子科技大学出版社10 王兆安 刘进军 电力电子技术（第五版） 机械工业出版社11 杜刚 电路板设计与制作 清华大学出版社12 党宏社.电路、电子技术试验与电子实训.华中科技大学. 电子工业出版.2008