大功率電動(dòng)三輪車(chē)電瓶充電電路的設(shè)計(jì)

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2015 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 大功率電動(dòng)三輪車(chē)電瓶充電電路的設(shè)計(jì) 姓 名 許申林 系 別 物理與電氣信息學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 110314090 指導(dǎo)教師 鄭世旺 2015 年 5 月 14 日 商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 I 目 錄 摘要與 關(guān)鍵詞 II 0 引言 1 1 電動(dòng)車(chē)蓄電池 1 2 蓄電池的充電方式 1 2 1 恒流充電方式 1 2 2 恒壓充電方式 2 2 3 階段充電方式 2 2 4 脈沖式充電方式 2 3 系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì) 2 3 1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基本要求 2 3 2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)圖 2 4 整體硬件電路的設(shè)計(jì) 4 4 1 整體電路的連接及工作原理 4 4 2 調(diào)試及說(shuō)明 5 5 部分硬件電路的設(shè)計(jì) 5 5 1 電源電路的設(shè)計(jì) 6 5 2 振蕩電路的設(shè)計(jì) 6 5 2 1 振蕩電路的振蕩方式 7 5 2 2 振蕩電路的作用 7 5 3 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 7 5 3 1 過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 8 5 3 2 輸出回路的設(shè)計(jì) 8 5 3 3 基準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì) 9 5 3 4 電壓比較電路的設(shè)計(jì) 9 5 4 充電狀態(tài)指示電路的設(shè)計(jì) 10 6 結(jié)語(yǔ) 10 參考文獻(xiàn) 11 致謝 11 商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 II 大功率電動(dòng)三輪車(chē)電瓶充電電路的設(shè)計(jì) 摘 要 本次大功率電動(dòng)三輪車(chē)充電電路的設(shè)計(jì)是將 220V 的電壓經(jīng)過(guò)整流 濾波后再對(duì)蓄電池進(jìn)行充 電 整體硬件電路設(shè)計(jì)包括了電源電路設(shè)計(jì) 振蕩電路設(shè)計(jì) 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 充電狀態(tài)指示電路設(shè) 計(jì)四大模塊 其中四運(yùn)算放大器 LM324 有充放電狀態(tài)控制和過(guò)流保護(hù)等作用 基準(zhǔn)電路采用了精 密穩(wěn)壓專用集成電路 TL431 來(lái)精確控制主回路輸出電壓 關(guān)鍵詞 充電器 電源 振蕩 保護(hù)電路 Design of high power electric tricycle charging circuit Abstract The design of high power electric tricycle charging circuit is the 220V voltage is rectified filtered and then charging the battery the overall design of hardware circuit includes power circuit oscillator circuit design protection circuit design charging state indication circuit design four modules The four operational amplifier LM324 state of charge and discharge control and overcurrent protection function Using a precision voltage reference circuit ASIC TL431 to accurately control the main circuit output voltage Keywords The charger power oscillation protection circuit 商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 1 0 引言 近幾年隨著全世界工業(yè)化進(jìn)程的突飛猛進(jìn) 車(chē)輛越來(lái)越多 機(jī)動(dòng)車(chē)燃油排放的尾氣成為危機(jī)大 氣的一個(gè)重要污染源 而電動(dòng)三輪車(chē)因其輕巧 安全 省力并有益于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn) 成為了人們青睞 的理想交通工具 如今 鉛酸蓄電池已獲得人們的青睞 并得到普遍利用 主要在與其具有很多優(yōu) 點(diǎn) 比如能夠保持平穩(wěn)的電壓 可以長(zhǎng)時(shí)間使用 用于制造蓄電池的材料多且便宜等等 但是 在 蓄電池的充電過(guò)程中 如果不能合理使用充電器或充電器選擇不當(dāng) 都會(huì)導(dǎo)致蓄電池的使用時(shí)間大 大降低 在給蓄電池充電時(shí)一定要充足電 同時(shí)避免過(guò)充電來(lái)延長(zhǎng)其充電壽命 1 現(xiàn)在大部分蓄電 池只能正常使用 3 5 年 遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 10 15 年的設(shè)計(jì)要求 研究發(fā)現(xiàn) 電池的過(guò)早損壞主要是由于充電 方式不當(dāng)和充電器質(zhì)量差造成的 因此 一個(gè)性能良好的充電器對(duì)電池的使用壽命具有舉足輕重的 作用 2 蓄電池充放電的研究在很早以前就有人開(kāi)始研究 人們從各個(gè)角度來(lái)探索影響蓄電池壽命的原 因 1935 年 伍德布里奇發(fā)現(xiàn)了影響蓄電池充電過(guò)程的有溫度這個(gè)條件 溫度不同 充電效率也 不一樣 麥斯在 1967 年發(fā)現(xiàn)了對(duì)蓄電池充電時(shí)析氣的原因和規(guī)律 在人們的不斷研究和探索下 創(chuàng)造出了很多種充電裝置 例如隨著電流的變化而變化的鉛酸蓄電池充電裝置等 但這些充電設(shè)備 基本上是采用模擬電路實(shí)現(xiàn) 調(diào)試復(fù)雜 體積大 并且控制效果很差 隨著時(shí)代的發(fā)展 集充放電 于一體 檢測(cè)和管理相結(jié)合的智能化充電控制器在 90 年代被開(kāi)發(fā)出來(lái) 3 在我國(guó)的蓄電池研究中 其充電裝置中的整流設(shè)備多用晶閘管硅來(lái)制造 雖然其有功率密度低 的缺點(diǎn) 但是由于它工作可靠的性能 仍然被大家所普遍應(yīng)用 最近幾年 由于快速充電技術(shù)用途 越來(lái)越廣泛 因此人們也是努力研究和探索 并且很成功的將這種技術(shù)應(yīng)用到蓄電池中 4 但是這 些充電技術(shù)仍然有很多不理想之處 尤其是思想和方法的守舊 已經(jīng)不符合蓄電池的性能指標(biāo) 如 今 一直有人提出一些新型的充電方法 但是更完善更快速的充電方式仍需要被探索和發(fā)現(xiàn) 5 本次大功率電動(dòng)三輪車(chē)充電電路的設(shè)計(jì)是將 220V 的電壓經(jīng)過(guò)整流 濾波后再對(duì)蓄電池進(jìn)行充 電 整體硬件電路設(shè)計(jì)包括了電源電路設(shè)計(jì) 振蕩電路設(shè)計(jì) 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 充電狀態(tài)指示電路設(shè) 計(jì)四大模塊 其中 LM324 四運(yùn)算放大器起到充放電狀態(tài)控制和過(guò)流保護(hù)等作用 基準(zhǔn)電路采用了 精密穩(wěn)壓專用集成電路 TL431 來(lái)精確控制主回路輸出電壓 1 電動(dòng)車(chē)蓄電池 蓄電池是一種新能源動(dòng)力 在使用過(guò)程中不斷放電 電量逐漸降低 經(jīng)過(guò)對(duì)蓄電池的研究和技 術(shù)的發(fā)展 蓄電池種類(lèi)越來(lái)越豐富 比如有氫鎳電池 鐵鎳電池 鎘鎳電池 鋰二次電池和鉛酸電 池 如今鉛酸蓄電池已經(jīng)普遍進(jìn)入市場(chǎng)并為人們所用 本文即為鉛酸電池充電電路的設(shè)計(jì) 由于電能源車(chē)具有環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn) 國(guó)內(nèi)外對(duì)其能源供應(yīng)的蓄電池的研究和發(fā)展尤其重視 而 當(dāng)今社會(huì)節(jié)奏加快 機(jī)動(dòng)車(chē)可以直接添加汽油保持其動(dòng)力 如果電動(dòng)車(chē)充電需要很長(zhǎng)一段時(shí)間的話 那么其速度較慢的缺點(diǎn)將導(dǎo)致它不被大家所認(rèn)可 因此 提出一種能夠快速充電的充電方式和充電 電路的設(shè)計(jì)來(lái)保證蓄電池能夠快速充電及能夠具有更長(zhǎng)的壽命 具有深遠(yuǎn)的意義 隨著人們對(duì)蓄電 池的深入研究 現(xiàn)在人們已經(jīng)清晰的了解到它的工作原理以及內(nèi)部能量的轉(zhuǎn)化 這將有助于了解影 響電動(dòng)車(chē)壽命的外界因素和內(nèi)部電路設(shè)計(jì)優(yōu)劣所在 鉛酸電池的正極板和負(fù)極板放在電解質(zhì)溶液里 在蓄電池放電時(shí) 二氧化鉛和海綿狀鉛分別在 正極板和負(fù)極板上相互轉(zhuǎn)化 所以 在蓄電池放電至能量消耗完畢后 當(dāng)再對(duì)蓄電池充電后還能回 到原來(lái)的狀態(tài)供電 如此循環(huán) 來(lái)達(dá)到持續(xù)循環(huán)供電的目的 商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 2 2 蓄電池的充電方式 多次實(shí)踐得出 正確的充電方法對(duì)蓄電池壽命的影響非常大 對(duì)蓄電池進(jìn)行充電時(shí)經(jīng)常把粗電 池串聯(lián)起來(lái)提高輸出電壓進(jìn)行充電 但只有在充電過(guò)程中能夠均衡的進(jìn)行才能保證蓄電池的壽命持 續(xù) 充電不均衡對(duì)蓄電池壽命影響很大 以下介紹了當(dāng)下常用的充電方式 6 2 1 恒流充電方式 恒流充電法是將蓄電池放完電后 在蓄電池充電時(shí) 按照充電器的 A h 數(shù)來(lái)確定一個(gè)穩(wěn)定的輸 出電流對(duì)蓄電池進(jìn)行充電 充電時(shí)充電電流一直不變 優(yōu)點(diǎn)是方便控制 但是 充電的時(shí)間越長(zhǎng) 電池的接受電流的能力也隨之減弱 缺點(diǎn)是充電器出氣量較大 這是由于充電后期電流電解水產(chǎn)生 氣體的結(jié)果 2 2 恒壓充電方式 恒壓充電方式指在充電時(shí)一直用一個(gè)特定的電壓 這種方式在充電開(kāi)始階段 由于蓄電池內(nèi)部 的電動(dòng)勢(shì)處于較低狀態(tài) 則充電電流比較大 充電維持的時(shí)間越長(zhǎng) 充電的電流也越少 這種充電 方式的優(yōu)點(diǎn)在于電流不剩余 很少用于電解水 電池出氣量較少 缺點(diǎn)是充電開(kāi)始時(shí)充電電流過(guò)大 容易導(dǎo)致電池極板變形 很大程度地縮短了蓄電池的壽命 由于這些原因 這種充電方式并不被人 們所青睞 只有在電源電壓低電流大時(shí)使用 7 2 3 階段充電方式 階段充電方式可以利用二階段充電方式進(jìn)行 也可以使用三階段充電方式來(lái)實(shí)現(xiàn) 其充電方式 也是按照恒流充電方式維持電流不變和恒壓充電方式保持電壓不變來(lái)實(shí)現(xiàn) 但是還有區(qū)別在其中 二階段充電方式是先使用恒流充電方式 等電壓到一個(gè)確定的值后 再按照這個(gè)確定值 使用恒壓 充電法進(jìn)行充電 三階段充電方式同樣先使用恒流充電方式 然后用恒壓充電 當(dāng)電流逐漸減少至 一個(gè)預(yù)定值時(shí) 再使用恒流充電法進(jìn)行充電 三階段充電法雖然出氣量很少 但是并不能快速充電 方式的要求 8 2 4 脈沖式充電方式 脈沖式充電方式是充電理論的新發(fā)展 能夠有效地提高蓄電池充電接受率 這種充電方式在充 電前期使用脈沖電流 然后停止充電 接著再用脈沖電流充電 一直循環(huán)直到充電完成 脈沖電流 將電池充滿電后 停止充電這段時(shí)間可以將充電產(chǎn)生的氣體重新化合吸收 消除掉歐姆極化和濃差 極化來(lái)減輕蓄電池的內(nèi)部壓力 從而滿足蓄電池充電程度的最大化 同樣 在充電停止時(shí)有足夠反 應(yīng)時(shí)間 減少析氣量 有效地提升了蓄電池的充電電流接受率 9 3 系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì) 3 1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基本要求 1 電壓參數(shù) 22V 交流電經(jīng)過(guò)整流和濾波轉(zhuǎn)變成 44V 的直流電 2 充電顯示 LED 燈閃爍 充電正常 LED 燈不閃爍 充電關(guān)斷 3 充電保護(hù) 使充電電壓大約為 44V 且輸出的電流及電壓能夠自行調(diào)節(jié) 3 2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)圖 由課題可知 整體電路必須滿足有充電狀態(tài)指示和充電保護(hù)等部分電路 這樣有很多種方案供 選擇 進(jìn)過(guò)多重的分析和篩選 最終確定了包括充電狀態(tài)指示電路的設(shè)計(jì) 電源電路的設(shè)計(jì) 振蕩 電路的設(shè)計(jì)和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)的整體電路圖 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)圖如圖 1 商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 3 圖 1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖 4 整體硬件電路的設(shè)計(jì) 4 1 整體電路的連接及工作原理 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSize B Date 15 May 2015 Sheet of File G PROGRAM FILES PROTELL NEW EXAMPLES MyDesign ddbDrawn By R10 33 3W R247K 3W R10 1K R148K2 R164K7 R1110K R27 247K R8RES2 R9RES2 R10RES2 R2943K R264K7 R1943K R242K R21680K R23R3R4 R9 3K R27 1 1K5 3W R27RES2 R154K7 D2 FR2 07 D3 FR2 07 R24 0 1 3 W D4 FR2 07 R2215K D1 FR2 07 E1 68U 400V 12 JP1220V 12 JP244V F12A D5 FR2 07 Q1 4N9 0C D154148 D164148 D174148 D12 4148 C3 222 1000V D114148 E3 22U 50V E422U 50V D8 D10 5404 D7 F18 D6 FR107 D14 D185404 R5 100 R7 47 R6 1K 36V 12AH E6 10U 100V E2 Q2H5609 E7 10U 100V Q1PC817 C5472 1000V U2CLM324 LM324U2D U2BLM324 U2ALM324 C6 222 C2104 LED1 RED Z215V Z1 VTL 431 LED2GREE Q38050 Q48050 44V 44V HVG HVG VEE HVG B1 圖 2 整體電路圖 如圖 2 所示 插座 JP1 連接上 220V 交流電 JP2 連接上蓄電池 此時(shí)有充電過(guò)程和充電結(jié)束 兩種狀態(tài) 最大電壓為 當(dāng) 220V 電壓加至變壓器后 變壓器出現(xiàn)了 MOS 場(chǎng)效12URM 應(yīng)管 Q14N90C 的導(dǎo)通與閉合兩種狀態(tài) 變壓器變壓后輸出電壓 44V 和反向電壓 VEE 由于3U 充電時(shí) 蓄電池電壓約為 36V 低于 44V 因此二極管 D8 導(dǎo)通 電流分為供給蓄電池充電和3 供給圖上半部分電流兩部分 當(dāng) LED1 導(dǎo)通時(shí) 會(huì)一直發(fā)出紅光 Z2 穩(wěn)壓后的電壓供給充電狀態(tài) 指示電路 Z1 穩(wěn)壓后的電壓供給 U2ALM324 和 U2BLM324 兩個(gè)比較器 對(duì)于 U2ALM324 和 U2BLM324 兩個(gè)比較器來(lái)說(shuō) 它們的正端接地 負(fù)端與 2 5V 電壓與 VEE 之間的兩個(gè)電阻分壓后相連接 當(dāng) VEE 小于負(fù)向最大電壓時(shí) 比較器 U2BLM324 輸出的是低電平 電源 電路 振蕩 電路 電壓保護(hù) 電路 充電狀態(tài)指示 電路 商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 4 比較器 U2ALM324 相反為高電平 因此 二極管 D11 截止 D12 導(dǎo)通 無(wú)電流流向發(fā)光二極管 則二極管不發(fā)綠光 當(dāng) VEE 負(fù)向電壓為最大時(shí) 比較器 U2BLM324 負(fù)端電壓變化低至小于正端電 壓時(shí) 其輸出為高電平 二極管 D12 處于截止?fàn)顟B(tài) 對(duì)于比較器 U2ALM324 來(lái)說(shuō) 狀態(tài)剛好相反 二極管 D11 導(dǎo)通 發(fā)光二極管發(fā)出綠光 發(fā)光二極管在整個(gè)充電過(guò)程中一直處于閃爍狀態(tài) 2 5V 和 VEE 由電阻 R22 和電阻 R14 分壓后與 U2CLM324 負(fù)端相連接 當(dāng) VEE 小于最大反向電壓時(shí) 該比較器的負(fù)端輸入小于 0 輸出為高電平 D15 導(dǎo)通 U1PC817 處于工作狀態(tài) Q2 導(dǎo)通 場(chǎng)效 應(yīng)管由于沒(méi)有電壓 因此處于斷開(kāi)狀態(tài) 當(dāng) VEE 達(dá)到最大反向電壓時(shí) 該比較器負(fù)端輸入大于 0 輸出為低電平 D15 截止 U1PC817 不工作 Q2 不導(dǎo)通 場(chǎng)效應(yīng)管有電壓供給 處于導(dǎo)通狀態(tài) 且 D5 截止 充電結(jié)束后 充電電壓已經(jīng)和蓄電池電壓基本相等 這個(gè)時(shí)候二極管 D8 截止 對(duì)于比較器 U2ALM324 來(lái)說(shuō) 其輸入為低電平 LED2 導(dǎo)通 并發(fā)出綠光 U2DLM324 正極輸入電壓大于負(fù)極 其輸出也一直處于高電平狀態(tài) 光耦合器有輸入電壓 Q2 正常工作 此時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管斷開(kāi) 充電結(jié) 束 4 2 調(diào)試及說(shuō)明 在對(duì)整體電路進(jìn)行調(diào)試時(shí) 用膠布將與插頭相連接的 220V 電壓的導(dǎo)線粘接好 這樣可以有效 避免導(dǎo)線接觸短路 然后再用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量 接著將充電電池接入 220 電源 充電開(kāi)始時(shí)發(fā)光二 極管亮起 過(guò)一段時(shí)間對(duì)電壓是否變化做再一次檢查 充放電電路檢查一樣 直流輸出時(shí) 電壓可以直接用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量 將電阻和發(fā)光二極管相連 如果發(fā)光二極管發(fā) 光 電源可以使用 5 部分硬件電路的設(shè)計(jì) 在上文中介紹了整體電路的設(shè)計(jì) 下面詳細(xì)介紹各個(gè)部分電路的設(shè)計(jì)方案和功能 其中包括電 源電路的設(shè)計(jì) 振蕩電路的設(shè)計(jì) 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)和充電狀態(tài)指示電路設(shè)計(jì)這四個(gè)模塊 商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 5 5 1 電源電路的設(shè)計(jì) 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title N umber R evisio nSize B D ate 15 May 2 015 Sh eet of File G PR O GR A M F IL ES PR O TEL L NE W EX AMP LES MyD esign dd bD raw n B y D 2 FR 207 D 3 FR 207 D 4 FR 207 D 1 FR 207 E1 68U 40 0V 12 JP1 22 0V F1 2A H VG 30 0V 圖 3 電源電路 如圖 3 該電路為電源電路 用于整體電路的的電壓供應(yīng) 由 JP1 輸入 220V 的電壓 經(jīng)過(guò)四 個(gè)二極管和 E1 的整流和濾波轉(zhuǎn)換成 311V 的直流電壓 二極管是該電源電路中的主要原件 主要 在于二極管的單向?qū)щ娮饔?電流經(jīng)過(guò)整流后再經(jīng)過(guò)濾波電路濾去電壓中的紋波 整流電路一般包 括橋式整流 全波和單相濾波 濾波電路可以由電感器 電容器和電感電容結(jié)合而成 電源電路見(jiàn) 圖 3 5 2 振蕩電路的設(shè)計(jì) 振蕩電路如圖 4 所示 該電路由 311V 的直流電壓進(jìn)行供壓 直流電壓由 JP1 輸入的 220V 電 壓經(jīng)過(guò)整流和濾波所得 該 311V 直流電壓經(jīng)過(guò) R3 R4 兩個(gè)電阻串聯(lián)接到場(chǎng)效應(yīng)管柵極 同時(shí)與開(kāi) 關(guān)變壓器的初級(jí)線圈上端相連 假設(shè)開(kāi)始時(shí) Q1 關(guān)斷 因?yàn)?R3 R4 兩個(gè)電阻的阻值比較大 從而 造成場(chǎng)效應(yīng)管由關(guān)斷逐漸部分導(dǎo)通 并一直處于這個(gè)狀態(tài) 則初級(jí)電勢(shì)為上正下負(fù) 同時(shí)感應(yīng)到下 次級(jí)線圈 使其產(chǎn)生上負(fù)下正的電勢(shì) 再經(jīng)過(guò) C5 進(jìn)一步導(dǎo)通后 初級(jí)電勢(shì)穩(wěn)定 下次級(jí)電勢(shì)消失 Q1 從關(guān)斷繼而微導(dǎo)通 這個(gè)時(shí)候初期電勢(shì)和下次級(jí)感應(yīng)電勢(shì)分別為上負(fù)下正和上正下負(fù) 隨后 Q1 關(guān)斷 Q1 形成了一個(gè)不斷循環(huán)的振蕩周期 其過(guò)程為從關(guān)斷變化為微導(dǎo)通 緊接著再導(dǎo)通 隨后由 導(dǎo)通再變化為微導(dǎo)通 再關(guān)斷 因此 可以推斷出該振蕩電路為自激式電路 10 商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 6 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSize B Date 15 May 2015 Sheet of File G PROGRAM FILES PROTELL NEW EXAMPLES MyDesign ddbDrawn By R2 47K 3W R23R3R4 C3 222 1000V D5 FR 207 Q1 4N 90C 36V 12AH E6 10U 10 0V C5 472 1000V R7 47 B1 HVG 300V 圖 4 振蕩電路 5 2 1 振蕩電路的振蕩方式 本次設(shè)計(jì)所選用的繞組方式包括反饋繞組方式 初級(jí)繞組方式和負(fù)載繞組方式 其中初級(jí)繞組 和反饋繞組分別參與振蕩和維持振蕩 本次振蕩電路的電壓是經(jīng)過(guò)電源電路的整流濾波得到的 300V 直流電壓 與開(kāi)關(guān)管的集電極連接在一起 將直流電進(jìn)行高頻振蕩 接著再由負(fù)載電路維持 電路的振蕩 負(fù)載所得的電能由負(fù)載繞組感應(yīng)的電信號(hào)經(jīng)過(guò)整 流 濾 波 穩(wěn) 壓 所 得 同 時(shí) 由 于 負(fù) 載 繞 組 能 夠 監(jiān) 測(cè) 電 壓 的 輸 出 變 化 情 況 并 將 該 情 況 反 饋 給 振 蕩 電 路 來(lái) 調(diào) 整 振 蕩 頻 率 的 功 能 因 此 反 饋 繞 組 也 具 有 穩(wěn) 定 電 壓 的 功 能 同 時(shí) 可 看 出 該 振 蕩 電 路 為 自 激 式 振 蕩 5 2 2 振蕩電路的作用 振 蕩 電 路 可 以 定 義 為 自 行 將 直 流 電 轉(zhuǎn) 變 為 有 一 定 頻 率 和 振 幅 的 交 流 電 信 號(hào) 此 過(guò) 程 不 需 外 加 信 號(hào) 其 重 要 作 用 在 于 能 夠 產(chǎn) 生 交 流 信 號(hào) 一 般 來(lái) 說(shuō) 振 蕩 器 是 由 選 頻 電 路 正 反 饋 電 路 和 放 大 器 三 個(gè) 部 分 組 成 選 頻 電 路 僅 限 某 一 個(gè) 特 定 的 頻 率 通 過(guò) 使 振 蕩 器 的 輸 出 為 一 個(gè) 單 一 頻 率 正 反 饋 電 路 主 要 用 來(lái) 維 持 電 路 進(jìn) 行 振 蕩 能 夠 保 證 其 提 供 的 信 號(hào) 的 相 位 相 同 放 大 器 能 夠 放 大 輸 入 信 號(hào) 并 且 使 輸 出 信 號(hào) 保 持 恒 定 不 變 5 3 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 如圖 5 所示 本次保護(hù)電路的設(shè)計(jì)主要由電壓比較電路 基準(zhǔn)電路 輸出回路和過(guò)流保護(hù)電路 四部分組成 其中 TL431 用在基準(zhǔn)電路上來(lái)促使電壓為 2 5V 并且提供電壓給 U2D 再通過(guò) U2D 的穩(wěn)定電壓功能 使輸出電壓保持穩(wěn)定 輸出回路的主要功能在于對(duì)輸出電流進(jìn)行監(jiān)測(cè) 同時(shí)為 U2C 供壓 由于 PC817 的導(dǎo)通與截止功能 為電路提供過(guò)流保護(hù)的作用 商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 7 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSize B Date 15 May 2015 Sheet of File G PROGRAM FILES PROTELL NEW EXAMPLES MyDesign ddbDrawn By R10 33 3W R247K 3W R10 1K R164K7 R148K2 R11 10K R27 247K R27 1 1K5 3W R154K7 R23R3R4 R24 0 1 3W R2215K R9 3K C3 222 1000V D5 FR 207 Q1 4N 90C D8 D10 5404 D7 F18 D6 FR107 D14 D185404 D154148 D164148 36V 12AH E6 10U 100 V E2 E7 10U 100 V C5472 1000V R5 100 R7 47 R6 1K Q2 H5609 Q1 PC817 LED1 RED Z215V Z1 VT L43 1 U2C LM324 LM324U2D C6 222 44V B1 HVG HVG VEE 300V 2 5V 圖 5 保護(hù)電路 5 3 1 過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 如圖 6 所示 電阻 R1 三極管 Q2 組成該過(guò)流保護(hù)電路 為了增強(qiáng)電路的可靠性 保護(hù)元件的 安全 則必須使三極管 Q1 關(guān)斷 因此必須促使電阻 R1 上的電壓增大 使 R1 上的電壓增大的方法 可以增大 Q1 的漏極電流 而其源電流也必將隨著漏極電流的增大而增大 如果電壓增大到 0 7V 時(shí) Q2 飽和導(dǎo)通 使三極管 Q1 柵極電位限制 從而達(dá)到 Q1 關(guān)斷的要求 商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 8 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSize B Date 20 Apr 2015 Sheet of File G PROGRAM FILES PROTELL NEW EXAMPLES MyDesign ddbDrawn By R1 0 33 3W Q1 4N 90C R5 100 R7 47 Q2 H5609 HVG 圖 6 過(guò)流保護(hù)電路 5 3 2 輸出回路的設(shè)計(jì) 輸出回路的設(shè)計(jì)如圖 7 所示 它用來(lái)向需要供電的部分電路和負(fù)載供電的回路供電 電壓經(jīng)過(guò) 二極管 D8 的整流 E2 濾波 得到的電壓來(lái)用于整個(gè)電路 電路中的電阻 R12 能夠檢測(cè)電路負(fù)載 電流的大小 從而來(lái)控制輸出電流 當(dāng)電流過(guò)大時(shí) D14 導(dǎo)通的條件為其電壓不高于電阻 R12 上的 電壓 當(dāng) D14 進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)后 電阻 R12 才不會(huì)被損壞 同時(shí) 電路中各元件的供電由 E7 D7 的整流和濾波作用后的電壓供應(yīng) 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number Revisio nSize B Date 15 May 2 015 Sh eet of File G PROGRAM FILES PROTELL NEW EXAMPLES MyDesign dd bDrawn By R24 0 1 3W D8 D1 0 54 04 D7 F1 8 D14 D18 54 04 36 V 12 AH E2 E7 10 U 10 0V B1 V EE 圖 7 輸出回路電路 5 3 3 基準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì) 基準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)如圖 8 所示 由于電路需要一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的輸出電壓 因此必須有一個(gè)基準(zhǔn)電 壓來(lái)參考比較 并且要用 TL431 精確控制 因?yàn)?TL431 是精密穩(wěn)壓專用集成電路 電壓經(jīng)過(guò)二極 管 Z2 和 Z1 的穩(wěn)壓作用產(chǎn)生 2 5V 的基準(zhǔn)電壓 來(lái)達(dá)到主回路輸出電壓能夠精確控制的目的 商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 9 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number Revisio nSize B Date 15 May 2 015 Sh eet of File G PROGRAM FILES PROTELL NEW EXAMPLES MyDesign dd bDrawn By R16 4K7 R27 1 1K5 3W D7 F1 8 36 V 12 AH E7 10U 10 0V Z2 15 V Z1 VT L4 31 B1 2 5V 圖 8 基準(zhǔn)電路 5 3 4 電壓比較電路的設(shè)計(jì) 在電壓比較電路中 U2C 具有過(guò)流保護(hù)的作用 U2D 具有使電壓輸出穩(wěn)定的作用 電源由 LM324 中的運(yùn)算放大器 U2C 和 U2D 供用 供電電壓由穩(wěn)壓二極管及運(yùn)算放大器供應(yīng) U2C 的工作過(guò)程是 1 6A 的電流和 VEE 0 16V 經(jīng)過(guò)電阻 R14 R22 的分壓 將在 0V 以下的分 壓點(diǎn)電位送至 U2C 的反向輸入端 使 U2C 輸出電壓大于 0V 在經(jīng)過(guò)電阻 D15 R10 送至 PC817 光 電耦合器 發(fā)光強(qiáng)度越來(lái)越強(qiáng) Q1 電位降低 Q2 接近飽和 輸出電壓降低 輸出電流負(fù)載下降 從而實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)的作用 U2D 的工作過(guò)程為輸出電壓 44V 逐漸變小時(shí) 經(jīng)過(guò)電阻的分壓 將電壓送到 U2D 的同向輸入 端 與反向輸入端的 2 5V 電壓比較 二極管 D16 二極管接近截止 經(jīng)過(guò)電阻 R10 送到 PC817 光電 耦合器 它的發(fā)光強(qiáng)度減弱 內(nèi)部三極管接近截止 Q2 接近截止 Q1 柵極電位升高 漏源之間更 趨向接通 達(dá)到輸出電壓升高和穩(wěn)壓的目的 5 4 充電狀態(tài)指示電路的設(shè)計(jì) 充電狀態(tài)指示電路如圖 9 所示 本電路主要是由 LM324 和雙色發(fā)光管 LED2 構(gòu)成 集成電路 LM324 電壓變化信號(hào)由電阻 R12 取得 經(jīng)過(guò)電阻送入 U2B 的反向輸入端 由于在出點(diǎn)開(kāi)始時(shí) 其 電流比較大 則電阻 R18 上的壓降也增大 正向輸入端電位高于反向輸入端電位 輸出端輸出為高 電平 充電指示燈 LED2 點(diǎn)亮 當(dāng)電池快充滿時(shí) 電阻 R18 上的電壓隨著充電電流的減少而減低 當(dāng) U2B 反向輸入端電位大于正向輸入端電位時(shí) U2A 輸入端為低電平 輸出端輸出高電平 LED2 熄滅 商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 10 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSize B Date 15 May 2015 Sheet of File G PROGRAM FILES PROTELL NEW EXAMPLES MyDesign ddbDrawn By R14 8K2 R8 RES2 R9 RES2 R10 RES2 R29 43K R26 4K7 R19 43K R24 2K R21 680K R27 RES2 D15 4148 D17 4148 D12 4148 D11 4148 E3 22U 50 V E4 22U 50V U2B LM324 U2A LM324 C2 104 LED2 GREE Q3 8050 Q4 8050 VEE 2 5V 2 5V 圖 9 充電狀態(tài)指示電路 6 結(jié)語(yǔ) 本設(shè)計(jì)對(duì)蓄電池的結(jié)構(gòu) 充放電原理進(jìn)行了分析 簡(jiǎn)要分析和論述了蓄電池的充電方式 分析 指出現(xiàn)在三段式是最為常見(jiàn) 理論最為成熟 也是最容易使用的充電方式 同時(shí) 重點(diǎn)分析了電動(dòng) 三輪車(chē)充電電路的設(shè)計(jì) 主要從總體方案設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì) 整體電路調(diào)試等方面做了詳細(xì)介紹 電路設(shè)計(jì)是將 220V 的電壓經(jīng)過(guò)整流 濾波后再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電 整體硬件電路設(shè)計(jì)包括了振蕩 電路設(shè)計(jì) 充電狀態(tài)指示電路設(shè)計(jì) 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 電源電路設(shè)計(jì)四大模塊 其中四運(yùn)算放大器 LM324 有充放電狀態(tài)控制和過(guò)流保護(hù)等作用 基準(zhǔn)電路采用了精密穩(wěn)壓專用集成電路 TL431 來(lái)精 確控制主回路輸出電壓 如今 影響鉛酸蓄電池壽命的瓶頸主要在于充電電路的設(shè)計(jì)技術(shù) 未來(lái)的 蓄電池的充電電路設(shè)計(jì)技術(shù)將向著更復(fù)雜的快速充電技術(shù)邁進(jìn) 我相信在不久的將來(lái) 新一代的蓄 電池充電技術(shù)將會(huì)誕生 參考文獻(xiàn) 1 AFFANNI A BELLINI A FRANCESCHINI G el al Battery choice and management for new generation electric vehicles J IEEE Transactions on Industrial Eiectronics 2005 52 5 1343 1349 商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 11 2 呼志剛 鄭冰 一種新型電動(dòng)自行車(chē)充電電路的設(shè)計(jì) J 微計(jì)算機(jī)信息 2010 26 11 157 158 3 戚艷 鉛酸蓄電池快速充電器的設(shè)計(jì) D 碩士學(xué)位論文 天津大學(xué) 2009 4 周時(shí)欣 鉛酸蓄電池快速充電技術(shù)的研究 D 碩士學(xué)位論文 安徽理工大學(xué) 2002 5 馮義 一種智能充電系統(tǒng)的初步研究 D 碩士學(xué)位論文 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 2000 6 KUKUT N H WIEGMAN H L N DIVAN D M Design congidermion for charge equalzation of an electric vehicle battery system J IEEE Transactions on Industry Applications 1999 35 1 28 35 7 包坤 白小軍 蓄電池充電電路的研究 J 河南科技 2011 05 70 71 8 劉炳權(quán) 蓄電池常規(guī)充電方法 J 科技信息 2007 34 395 396 9 李旺達(dá) 鄧云霄 脈沖式快速智能充電技術(shù)的研究 J 通信技術(shù) 2008 12 10 吳金 劉桂芝 一種脈沖振蕩電路的分析與設(shè)計(jì) J 微電子學(xué) 2004 34 64 66 致 謝 本論文的研究工作是在我的指導(dǎo)老師鄭世旺老師的認(rèn)真指導(dǎo)下完成的 在畢業(yè)設(shè)計(jì)研究過(guò)程中 出現(xiàn)了很多問(wèn)題 鄭世旺老師每次都是很仔細(xì)的跟我講述跟我一起解決這些問(wèn)題 更重要的是通過(guò) 這次論文 讓我學(xué)會(huì)了如何利用各種資源 教會(huì)了我學(xué)習(xí)方法 使我少走了很多彎路 讓我終身受 益 在這里再次對(duì)鄭世旺老師的關(guān)心和教導(dǎo)表示感謝 在撰寫(xiě)論文期間 因?qū)I(yè)基礎(chǔ)知識(shí)不夠扎實(shí) 所以在電路圖分析中遇到了很多困難 由于有時(shí) 不能及時(shí)聯(lián)系老師 所以會(huì)出現(xiàn)不少耽擱 這時(shí)候很多同學(xué)在我編寫(xiě)論文中給予了熱情幫助 同時(shí) 宿舍里濃厚的學(xué)習(xí)氛圍使我充實(shí)而快樂(lè)的度過(guò)了每一天 再次向他們表示誠(chéng)摯的謝意 此外還有感謝我的父母和家人 大學(xué)期間 他們一直很關(guān)心我的學(xué)業(yè) 經(jīng)常跟我通電話 支持 和鼓勵(lì)我的學(xué)習(xí) 他們是我強(qiáng)大的精神支持 使我能夠在學(xué)校順利完成我的學(xué)業(yè)