直流电源、恒流充电两用电路

目录第1章直流电源、恒流充电两用电路设计方案论证 (1)1.1直流电源、恒流充电两用电路的应用意义 (1)1.2直流电源、恒流充电两用电路设计的要求及技术指标 (1)1.3 设计方案论证 (1)1.4 总体设计方案框图及分析 (2)第2章直流电源各单元电路设计 (2)2.1 直流稳压电源结构图 (3)2.2 单相桥式整流电路 (3)2.3 滤波电路设计 (4)2.4 稳压电路设计 (5)第3章恒流充电各单元电路设计 (6)3.1 充电电路结构图 (6)3.2充电电路原理 (6)第4章直流电源、恒流充电两用电路整体电路设计4.1 整体电路图及工作原理 (7)4.2 电路参数计算 (8)第5章设计总结 (9)参考文献 (9)第1章 直流电源、恒流充电两用电路设计方案论证1.1直流电源、恒流充电两用电路的应用意义在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。

直流稳压电源是为各种电子电路或电子设备提供直流供电电压的电子设备。

在电网电压或负载变化时，它能使输出电压基本保持不变。

可近似看成一个理想电压源，即内阻接近于零。

镍镉电池是一种可以反复使用、反复充电的直流电源，它的充放电次数一般在500次左右，性价比较高。

镍镉电池在电能基本释放之前，要进行充电，充电的工具就是充电器。

简易充电器采用半波整流方式，具有线路简单、实用可靠等优点。

1.2直流电源、恒流充电两用电路设计的要求及技术指标要求输出直流电压连续可调，可对镍镉电池充电，并具有功能显示设计。

要求广开思路、构思出各种总体方案，绘制结构框图。

要求设计的直流电源、恒流充电两用电路简单实用。

稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等。

这些质量的含义，可简述如下：由于输出直流电压V o 随输入直流电压V I （即整流滤波电路的输出电压，其数值可近似认为与交流电源电压成正比）、输出电流I O 和环境温度T （摄氏度）的变动而变动，即输出电压V O =f(V I ,I O ,T)，因而输出电压变化量的一般式可表示为：O O O O I O I O V V V V V I T V I T∂∂∂∆=∆+∆+∆∂∂∂ 或： 00O V I T V K V R I S T ∆=∆+∆+∆1.3 设计方案论证直流电源、恒流充电两用电路由直流电源与恒流充电器连接而成，电源变压器是将交流电网220V 的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。

由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。

但这样的电压还随电网电压波动、负载和温度的变化而变化。

因而在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路。

稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时。

维持输出直流电压稳定。

提供连续可调直流电源。

后接充电器，可对镍镉电池充电，充电电流流过电阻5r 及晶体管到电池，其中有电流显示功能进行充电。

符合设计要求。

1.4 总体设计方案框图及分析第2章 直流电源各单元电路设计2.1直流稳压电源结构图电源变压器整流电路 滤波电路 稳压电路2.2单相桥式整流电路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，常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。

（1）工作原理电路如图，图中r T 为电源变压器，它的作用是将交流电网电压1v 变成整流电路要求的交流电压22sin v t ω=，L R 是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管14~D D 接成电桥式整流电路之称。

２．２．１在电源电压2v 的正、负半周（设a 端为正，b 端为负时是正半周）内电流通路分别用图中表示负载上的直流电压L V 和直流电流L I 的计算：L v22444cos 2cos 4cos 631535t t t ωωωππππ⎛⎫---⋅⋅⋅ ⎪⎝⎭式中恒定分量即为负载电压L v 的平均值，因此有：L V2=0.92V 2.2.1直流电流为 : 20.9L L V I R = 2.2.2 由式2.2.1看出,最低次谐波分量的幅值为2/(3)π,角频率为电源频率的两倍,即2ω。

其他交流分量的角频率为4ω、6ω…等偶次谐波分量。

这些谐波分量总称为纹波，它叠加于直流分量之上。

常用纹波系数r K 来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即：r K=L L L V V γ=（2）整流元件参数的计算在桥式整流电路中，二极管1D 、3D 和2D 、4D 是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为： 20.4512D L LV I I R == 2.2.4 二级管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从图2.2.1看出。

在2v 的正半周时，1D 、3D 导通，2D 、4D 截止。

此时2D 、4D 所承受的最大反向电压均为2v 的最大值，即：2RM V 2.2.5同理，在2v 的负半周，1D 、3D 也承受到同样大小的反向电压。

2.3滤波电路设计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 ，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。

C 型滤波电路由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C 在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C 具有平波的作用；与负载串联的电感L ，当电源供给的电流增加时，它能把能量存储起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L 也有平波作用。

电容滤波电路如图，负载L R 未接入时的情况：设电容器两端初始电压为零，接入交流电源后，当2v 为正半周时，2v 通过1D 、3D 向电容器C 充电；2v 为负半周时，经2D 、4D 向电容器C 充电，充电时间常数为 int c R C τ= 2.3.1其中int R 包括变压器副绕组的直流电阻和二极管D 的正向电阻。

由于int R 一般很小，电容器很快就充电到交流电压2v 2，极性如图所示。

由于电容器无放电回路，2，输出为一个恒定的直流。

接入负载L R 的情况：设变压器副边电压2v 从0开始上升时接入负载L R ，由于电容器在负载未接入前充了电，故刚接入负载时2v <c v ，二级管受反向电压作用而截止，电容器C 经L R 放电，放电的时间常数为 d L R C τ= 2.3.2因d τ一般比较大,故电容两端的电压c v 按指数规律慢慢下降.其输出电压L v =c v 。

2.4 稳压电路设计串联反馈稳压电路结构图中I V 整流滤波电路的输出电压，T 为调整管，A 为比较放大电路，REF V 为基准电压，它由稳定管Z D 与限流电阻R 串联所构成的简单稳压电路获得，1R 与2R 组成反馈网络，是用来反映输出电压变化的取样环节。

这种稳压电路的主回路是起调整作用的BJT 与负载串联，故称为串联制调整管T 的c e -极间的电压降，从而达到稳定输出电压O V 的目的。

稳压原理可简述如下：当输入电压I V 增加时，导致输出电压O V 增加，随之反馈电压212/()O O F V V R V R R F V =+=也增加（VF 为反馈系数）。

F V 与基准电压REF V 相比较，其差值电压经比较放大电路放大后使B V 和C I 减小，调整管T 的c e -极间电压CE V 增大，使O V 下降，从而维持O V 基本恒定。

同理，当输入电压I V 减小时，亦将使输出电压基本保持不变。

第3章 恒流充电各单元电路设计3.1充电电路结构图电路工作原理图3.2 充电电路原理(1)将电源整流,制作DC16V 以上20V 程度电压的电源。

(2)使充电电流流过5r (5Ω)及晶体管到电池。

取出在5r 上产生的电压2V ，在OP 放大器IC741上将2V 与设定值1V 进行比较，如果存在差值将差值放大施加在晶体管的基极上，进行控制使得1V 和2V 相同。

(3)如果i 被规定，则电源的16V 以上的电压2V ……5r 的电压B V ……电池的电压，随充电有若干变化CE V ……剩余部分全部接受比较1V 和2V ，将1V 和2V 的差值放大，输出01V 。

从电源电压减去01V 就得出O V 。

01V 是2V 和EB V 的和，将01V 从电源的16~18V 减去的值成为O V ，用该O V 值控制晶体管。

这时，电源是在16~18V 变动很大的值。

EB V 也是约0.5V*2=1V ，也是变动的值。

因此，O V 就成为从变动的电源减去变动的值而成的量，初看起来这样原封不动的使用，是不能进行正常的控制的，但是，实际情况不是这样的，能够十分正确稳定地进行控制。

其原因在于OP 放大器IC 的放大功率很大。

由于在OP 放大器上不加反馈的比较仪的使用方法中，放大率都在数千倍以上，一般为数万倍，上述认为不良的变动被该放大率覆盖，电路中看就完全消失了。

第4章 直流电源、恒流充电两用电路整体电路设计4.1 整体电路图及工作原理4.2 电路参数计算(1)直流电源参数计算二极管的导电角θπ<,流过二极管的瞬时电流很大,电流的有效值和平均值的关系与波形有关,在平均值相同的情况下,波形越尖，有效值越大。

在纯电阻负载时，变压器副边电流的有效值2 1.11L I I =，而有电容滤波时2(1.5~2)L I I =负载平均电压L V 升高，纹波减小，且L R C 越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。

为得到平滑的负载电压，一般取 (3~5)2d L T R C τ=≥ 式中T 为电源交流电压的周期。

负载直流电压随负载电流增加而减小。

L V 随L I 的变化关系称为输出特性。

C 值一定，当L R =∞，即空载时，0221.4L V V =，当C=0时，即无电容时。

020.9L V V =。

在整流电路的内阻不太大和放电时间常数满足式的关系时，电容滤波电路的负载电压L V 与2V 的关系约为2(1.1~1.2)L V V =。

（2）充电电路参数计算当电池是1个的情况下，B V 约为1.3~1.4V ，当电池是10个串联的情况下，约为13~14V 。

因此，当i 被规定，一旦电池的数目确定后，由于2V 用i 规定，剩余部分全部被晶体管的CE V 接受。

电源的直流电压为16V电池1个，因此，B V 是1.4V设电流为0.5A ，则250.5 2.5V A V =Ω⨯=因此，16 2.5 1.412CE V V V V V =--≈晶体管的发热量为：120.56V A W ⨯=设流过2r T 的集电极电流0i =0.5A ，基极电流10.54012.5i mA =÷=1i 是1r T 的集电极电流为了得到集电极电流1i ，1r T 的基极电流2i 为：212.5700.1100i mA mA A μ=÷≈⋅⋅⋅⋅⋅⋅由于在基极上串有100Ω的电阻。