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电源充电器的毕业设计

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电源充电器的毕业设计电源充电器的毕业设计 — 直流电源充电器的设计 学生姓名 曹婷婷 专业 电子信息工程 班级 0402电信 学号 04810103 题 目 直流电源充电器的设计 指导教师 董 庆 源 职称 实验师 学 位 本科 题目类别 ? 工程设计 ? 基础研究 ?? 应用研究 ? 其它 【课题的内容与要求】 本电路设有快慢充电3V、6V直流电源输出转换、正负极转换,同时一次可充4节5号或7号电池。 【前言】 撰写毕业论文是检验学生在校学习成果的重要措施,也是提高教学质量的重要环节。大学生在毕业前都必须完成毕业的撰写任务。 毕业设...
电源充电器的毕业设计
电源充电器的毕业设计 — 直流电源充电器的设计 学生姓名 曹婷婷 专业 电子信息工程 班级 0402电信 学号 04810103 题 目 直流电源充电器的设计 指导教师 董 庆 源 职称 实验师 学 位 本科 题目类别 ? 工程设计 ? 基础研究 ?? 应用研究 ? 其它 【课题的内容与要求】 本电路设有快慢充电3V、6V直流电源输出转换、正负极转换,同时一次可充4节5号或7号电池。 【前言】 撰写毕业论文是检验学生在校学习成果的重要措施,也是提高教学质量的重要环节。大学生在毕业前都必须完成毕业的撰写任务。 毕业设计(论文)的教学目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能, 提高分析与解决实际问题的能力,使学生获得从事专业工作所必需的基本训练和科学研究工作的 初步能力。毕业设计(论文)作为培养学生创新精神和实践能力的一次较为系统的训练,应注重 以下方面能力的培养: (1)调查研究、阅读文献资料和收集资料的能力; (2)理论分析、制定设计工作的能力; (3)独立进行数据的处理、编写代码的能力; (4)撰写设计说明书或论文的能力; (5)语言表达、思辩能力,阐述观点准确、清楚回答问题的能力。 【方案的比较与评价】 虽然我们的设计比较粗糙,但都是结合我们专业进行设计制做的,工作原理与现实中的实物 一样。 【预期的效果及指标】 经过自我的学习以及资料的查找和阅读,对直流电源充电器的原理有了比较全面的了解,并且设计出的实物能够正常使用(误差在允许范围内)。 【进度安排】2009 年 2 月1日 - 2009 年2月25日 选题、调研、收集资料 2009 年 3 月1日 - 2009 年3月25日 论证、开题 2009 年 4 月2日 - 2009 年4月28日 设计实物(写作初稿) 2009 年 5 月3日 - 2009 年5月20日 修改、定稿、打印 【参考文献】 1. 陈其纯主编.《电子线路》.北京高等教育出版社. 2. 王兆义主编.《电工电子技术基础》. 北京高等教育出版社.2006.6. 3. 《模拟电子技术基础》.电子系列实验教材. 4. 钱静 倪涌宏主编.《电子工艺基础及》.扬州工业职业技术学院出版. 5. 王港元等编.《电子技能基础》.成都科技大学出版. 【指导教师意见】(有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等) ?同意提交开题论证 ?修改后提交 ?不同意提交(请说明理由) 指导教师签章: 年 月 日 【系部意见】 ?同意指导教师意见 ?不同意指导教师意见(请说明理由) ?其它(请说明) 队系(部)主任签章: 年 月 日 扬州工业职业技术学院毕业设计 第1章 电源的分类及知识 ...................................................................................... 4 1.1交流稳压电源的分类及其特点......................................................................... 4 1.2 直流稳定电源的种类及选用 ............................................................................. 5 第2章 变压器 ................................................................................................................ 7 2.1 变压器的用途及基本结构 ................................................................................ 7 2.2 单相变压器的工作原理 .................................................................................. 8 2.3 单相变压器的运行特 .................................................................................... 11 2.4三相变压器 ........................................................................................................ 13 2.5 其他用途变压器及变压器的应用 ............................................................... 14 第3章 晶体二极管整流电路 ....................................................................................... 16 3.1单相半波整流电路 ............................................................................................ 16 3.2桥式单相全波整流电路 ................................................................................... 17 第4章 滤波器的介绍 .................................................................................................. 19 4.1滤波器的功能 .................................................................................................... 19 4.2滤波器的分类 ..................................................................................................... 19 4.3 滤波器的主要参数 .......................................................................................... 20 4.4 有源滤波器的阶数 .......................................................................................... 20 4.5极性转换 ............................................................................................................ 20 第5章 ZX2003型电流电源充电器的介绍 ................................................................ 22 5.1电路的工作原理................................................................................................ 22 5.2主要性能参数 .................................................................................................... 22 5.3元器件的选择 .................................................................................................... 22 5.4电路原理图 ........................................................................................................ 24 5.5印制电路板设计一般步骤 ............................................................................... 25 第6章 焊接与安装 ...................................................................................................... 28 第7章 充电电池 .......................................................................................................... 29 7.1充电电池的介绍................................................................................................ 29 7.2充电电池的种类与特征 ................................................................................... 29 第 1 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 7.3充电池充电的名词解释 ................................................................................... 29 7.4充电电池的充放电的基本要求....................................................................... 31 7.5 镍氢电池保养与使用 ...................................................................................... 32 设计感言 ........................................................................................................................... 36 致 谢 ................................................................................................................................. 37 参考文献 ........................................................................................................................... 38 附图 ................................................................................................................................... 39 第 2 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 曹婷婷 0402电信 本文主要介绍ZX2003型充电电池的应用,通过对充电电池的原理和Protel应用的介绍,给出了充电电池的使用方法。主要涉及电源、变压器、滤波器以及整流电路的介绍。 Cao Tingting Telecom 0402 This article introduces the ZX2003 type of rechargeable battery applications, rechargeable batteries through the application of the principles and Protel, given the use of rechargeable batteries。 Related to the main power transformer, rectifier, and filter introduction. 第 3 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 第1章 电源的分类及知识 1.1交流稳压电源的分类及其特点 能够提供一个稳定电压和频率的电源称交流稳定电源。目前国内多数厂家所 做的工作是交流电压稳定。下面结合市场有的交流稳压电源简述其分类特点。 参数调整(谐振)型 这类稳压电源,稳压的基本原理是LC 串联谐振,早期出现的磁饱和型稳压 器就属于这一类.它的优点是结构简单,无众多的元器件,可靠性相当高稳压范围 相当宽,抗干扰和抗过载能力强.缺点是能耗大、噪声大、笨重且造价高。 在磁饱和原理的基础上的发育进形成的参数稳压器和我国50 年代已流行的“磁放大器调整型电子交流稳压器”(即614 型)均属此类原理的交流稳压器。 自耦(变比)调整型 1 、机械调压型,即以伺服电机带动炭刷在自耦变压器的的绕组滑动面上移 动,改变Vo 对Vi 的比值,以实现输出电压的调整和稳定。该种稳压器可以从 几百瓦到几千瓦。它的特点是结构简单,造价低,输出波形失真小;但由于炭刷 滑动接点易产生电火花,造成电刷损坏以至烧毁而失效;且电压调整速度慢。 2 、改变抽头型,将自耦变压器做成多个固定抽头,通过继电器或可控硅(固 态继电器)做为开关器10 件,自动改变抽头位置,从而实现输出电压的稳定。 该种型稳压器优点是电路简单,稳压范围宽(130V-280V),效率高(?95%),价格低。而缺点是稳压精度低(&#177;8~10%)工作寿命短,它适用于家庭给 空调器供电。 大功率补偿型——净化型稳压器(含精密型稳压器) 它用补偿环节实现输出电压的稳定,易实现微机控制。 它的优点是抗干扰性能好,稳压精度高(?&#177;1%)、响应快(40~60ms)、电路简单、工作可靠。缺点是:带计算机,程控交换机等非线性负载时有低频振 荡现象;输入侧电流失真度大,源功率因数较低;输出电压对输入电压有相移。 对抗干扰功能要求较高的单位,在城市里应用为宜,计算机供电时,必须选用计 算机总功率的2-3 倍左右稳压器来使用。因具有稳压、抗干扰,响应速度快、 价格适中等优点,所以应用广泛。 开关型交流稳压电源 它应用于高频脉宽调制技术,与一般开关电源的区别是它的输出量必须是与输入侧同上 第 4 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 频、同相的交流电压。它的输出电压波型有准方波、梯型波、正弦波等,市场上的不间断电 源(UPS)抽掉其中的蓄电源和充电器,就是一台开关型交流稳压电源的稳压性好,控制功 能强,易于实现智能化,是非常具有前途的交流稳压电源。但因其电路复杂,价格较高,所 以推广较慢。 1.2 直流稳定电源的种类及选用 直流稳定电源按习惯可分为化学电源,线性稳定电源和开关型稳定电源,它 们又分别具有各种不同类型: 1、化学电源 我们平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一 类,各有其优缺点。 随着科学技术的发展,又产生了智能化电池;在充电电池材料方面,美国研 制人员发现锰的一种碘化物,用它可以制造出便宜、小巧、放电时间长,多次充 电后仍保持性能良好的环保型充电电池。 线性稳定电源 线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区,靠 调整管之间电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大,需要安装一个很大的散 热器给它散热。而且由于变压器工作在工频(50Hz)上,所以重量较大。 该类电源优点是稳定性高、纹波小、可靠性高、易做成多路、输出连续可调 的成品。缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。这类稳定电源又有很多种,从 输出性质可分为稳压电源和稳流电源及集稳压、稳流于一身的稳压稳流(双稳) 电源。从输出值来看可分定点输出电源、波段开关调整式和电位器连续可调式。 2、开关型直流稳压电源 与线性稳压电源不同的一类稳电源就是开关型直流稳压电源,它的电路型式 主要有单端反激式,单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根 本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功能管不 是工作在饱和及截止区即开关状态;开关电源因此而得名。 开关电源的优点是体积小,重量轻,稳定可靠;缺点相对于线性电源来说纹 波较大(一般?1%VO(P-P),好的可做到十几mV(P-P)或更小)。它的功率可自几瓦-几千瓦均有产品。价位为3 元-十几万元/瓦,下面就一般习惯分类介绍几种开关电源: 第 5 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 (1)AC/DC 电源 该类电源也称一次电源,它自电网取得能量,经过高压整流滤波得到一个直 流高压,供DC/DC 变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压,功率从几 瓦-几千瓦均有产品,用于不同场合。属此类产品的规格型号繁多,据用户需要 而定通信电源中的一次电源(AC220 输入,DC48V 或24V 输出)也属此类. DC/DC 电源在通信系统中也称二次电源,它是由一次电源或直流电池组提供 一个直流输入电压,经DC/DC 变换以后在输出端获一个或几个直流电压。 (2)通信电源 通信电源其实质上就是DC/DC 变换器式电源,只是它一般以直流-48V 或-24V 供电,并用后备电池作DC 供电的备份,将DC 的供电电压变换成电路的 工作电压,一般它又分中央供电、分层供电和单板供电三种,以后者可靠性最高。 (3)电台电源 电台电源输入AC220V/110V,输出DC13.8V,功率由所供电台功率而定,几安几百安均有产品.为防止AC 电网断电影响电台工作,而需要有电池组作为备份,所以此类电源除输出一个13.8V 直流电压外,还具有对电池充电自动转换功能。 (4)模块电源 随着科学技术飞速发展,对电源可靠性、容量/体积比要求越来越高,模块 电源越来越显示其优越性,它工作频率高、体积小、可靠性高,便于安装和组合 扩容,所以越来越被广泛采用。目前,目前国内虽有相应模块生产,但因生产工 艺未能赶上国际水平,故障率较高。 DC/DC 模块电源目前虽然成本较高,但从产品的漫长的应用周期的整体成本 来看,特别是因系统故障而导致的高昂的维修成本及商誉损失来看,选用该电源 模块还是合算合算的,在此还值得一提的是罗氏变换器电路,它的突出优点是电 路结构简单,效率高和输出电压、电流的纹波值接近于零。 (5)特种电源 高电压小电流电源、大电流电源、400Hz 输入的AC/DC 电源等,可归于此类,可根据特殊需要选用。开关电源的价位一般在2-8 元/瓦特殊小功率和大功率电源价格稍高,可达11-13 元/瓦。 第 6 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 第2章 变压器 2.1 变压器的用途及基本结构 2.1.1压器的用途 变压器是将某一数值的交流电压变换为统一频率另一数值的交流电压的电 气设备,在工程上有着广泛地应用。 在电力输送方面,为了减小输电损失,采用升压变压器将发电机发出的电压 升高到35kV以上,在用电目的地又通过降压变压器将高压降为供用户使用的低 电压。在整个输配电过程中变压器是关键设备。 在电子仪器中,采用电源变压器将220V电压变为合适的低电压给电路供电, 起到了电压配合和隔离作用;在电路中采用耦合变压器来进行信号的传递等。 在其他方面,有实验用调压器;有用于交流测量的电压和电流互感器;有用 于电焊、电炉及整流用的专用变压器等。图4-1所示为几种变压器的外形。 电子变压器在电源中的作用: 电子变压器和半导体开关器件,半导体整流器件,电容器一起,称为电源装 置中的4大主要元器件。根据在电源装置中的作用,电子变压器可以分为: 1、电压和功率变换作用的电源变压器,功率变压器,整流变压器,逆变变 压器,开关变压器,脉冲功率变压器; 2、起传递宽带、声频、中周功率和信号作用的宽带变压器,声频变压器, 中周变压器; 3、起传递脉冲、驱动和触发信号作用的脉冲变压器,驱动变压器,触发变 压器; 4、起原边和副边绝缘隔离作用的隔离变压器,起屏蔽作用的屏蔽变压器; 5、起单相变三相或三相变单相作用的相数变换变压器,起改变输出相位作 用的相位变换变压器(移相器); 6、起改变输出频率作用的倍频或分频变压器; 7、起改变输出阻抗与负载阻抗相匹配作用的匹配变压器; 8、起稳定输出电压或电流作用的稳压变压器(包括恒压变压器)或稳流变压器,起调节输出电压作用的调压变压器; 9、起交流和直流滤波作用的滤波电感器; 10、起抑制电磁干扰作用的电磁干扰滤波电感器,起抑制噪声作用的噪声滤 第 7 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 波电感器; 11、起吸收浪涌电流作用的吸收电感器,起减缓电流变化速率的缓冲电感器; 12、起储能作用的储能电感器,起帮助半导体开关换向作用的换向电感器; 13、起开关作用的磁性开关电感器和变压器; 14、起调节电感作用的可控电感器和饱和电感器; 15、起变换电压、电流或脉冲检测信号的电压互感器、电流互感器、脉冲互 感器、直流互感器、零磁通互感器、弱电互感器、零序电流互感器、霍尔电流电 压检测器。 2.1.2变压器的基本结构 变压器虽然种类很多,用途各不相同,但其基本结构都是由铁心和套装在铁 心上的绕组组成。 为了减小涡流及磁滞损耗,变压器的铁心是用表面涂有绝缘层、厚度为 0.35-0.5mm的硅钢片叠装而成。根据铁心的结构不同,分为心式和壳式两种, 绕组绕在两侧的铁心柱上,多用于容量较大的变压器中。它的高压、低压绕组都 绕在中间的铁心柱上,常用于小容量的变压器中。 绕组构成变压器的电路部分,一般小容量变压器的绕组是用高强度漆包线绕制,大容量 变压器可用扁铜线或扁铝线绕制。 2.2 单相变压器的工作原理 图2-1为单相变压器原理图。通常把与电源相连接的绕组称为一次绕组,与 负载相连接的绕组称为二次绕组。为讨论方便,一般:凡与一次绕组有关的 各量都在其下角标以“1”,而与二次绕组有关的各量都在下角标以“2”,例如,一次、二次电压、电流分别用U、U、I、I表示,匝数分别用N、N表示。 121212 + u 1 NN 1 2 - + - 图2-1 变压器工作原理 2.2.1变压原理 第 8 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 当变压器的一次绕组接入交流电压u时,在一次绕组中便有交流电流流过,1 并产生交流磁通。该磁通的绝大部分通过铁心同时穿过一次、二次绕组,称为主 磁通;在一次绕组产生的交流磁通中,还有很少一部分通过周围空气闭合,称为 漏磁通。通常漏磁通很少,为讨论问题方便而把它忽略不计。 当主磁通同时穿过一次、二次绕组时,就在两个绕组中分别产生与电源频率 相同的感应电动势e和e。设一次、二次绕组匝数分别为N、N,则由法拉第1212电磁感应定律可知,一次、二次绕组上感应电动势的数学表达式为 e= -N(dφ/dt) 11 e= -N(dφ/dt) 22 设φ=φsin代入上式计算得 mwt e= —Nφcos 1w1mwt 0 =2πfN1φsin(wt-90) m =Esin(wt-90) 1m 式中, E=2πfNΦm是一次绕组感应电动势的最大值,其有效值为 1m1 E=(1/1.414)fNΦ=4.44fNΦ (2-1) 11m1m 同理,二次绕组感应电动势的有效值为 E=4.44fNΦ (2-2) 22m 当忽略一次、二次绕组的直流电阻和漏电磁通时,有U=E,U=E,将式(2-1)1122和式(2-2)取比值 U/U=E/E=N/N=K (2-3) 121212 式中,K—变压器的变化,即变压器一次、二次绕组的匝数之比。 上式表明,变压器一次、二次侧的电压之比等于匝数之比。当K>1 时,U>U,为降压变压器;当 K<1时,U公式
是一样的,即 V=0.9V L2 I=0.9V/R L2L 桥式整流电路中,每个二极管在电源电压变化一周内只有半个周期导通,因 此,每个二极管的平均电流值是负载电流的一半,即 I=0.5IVL 每个二极管在截止时承受的反向峰值是υ的峰值。即 2 V=1.41VRM2 桥式全波整流电路与变压器中心抽头式全波整流电路相比,所使用的整流二极管 多了一倍、但二极管承受的反向峰值电压低了一半,而且变压器无需中心抽头, 因而获得广泛的应用。 整流元件的组合件称为整流队,常见的有半桥2CQ型整流堆和全桥QL型 整流堆,它们的内部电路及外形,使用一个全桥整流堆或连接两个半桥整流堆, 就可以代替四只整流二极管与电源变压器相连,组成桥式整流电路,既方便又可 靠。选用时仍应注意它们的额定工作电流值和允许的最高反向电压值要符合整流 电路的要求。 第 18 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 第4章 滤波器的介绍 4.1滤波器的功能 滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过,而另外一部分频率 的信号则受到较大的抑制,它实质上是一个选频电路。 滤波器中,把信号能够通过的频率范围,称为通频带或通带;反之,信号受 到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带;通带和阻带之间的分界频率称为 截止频率;理想滤波器在通带内的电压增益为常数,在阻带内的电压增益为零; 实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带。 4.2滤波器的分类 (1)按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。 (2)按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。 低通滤波器:它允许信号中的低频或直流分量通过,抑制高频分量或干扰和 噪声。 高通滤波器:它允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量。 带通滤波器:它允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、 干扰和噪声。 带阻滤波器:它抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过。 (3)按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。 无源滤波器: 仅由无源元件(R、L 和C)组成的滤波器,它是利用电容和电 感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是:电路比 较简单,不需要直流电源供电,可靠性高;缺点是:通带内的信号有能量损耗, 负载效应比较明显,使用电感元件时容易引起电磁感应,当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大,在低频域不适用。 有源滤波器:由无源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成运算放大器)组成。这类滤波器的优点是:通带内的信号不仅没有能量损耗,而且还可以放大, 负载效应不明显,多级相联时相互影响很小,利用级联的简单方法很容易构成高 阶滤波器,并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽(由于不使用电感元件);缺点是:通带范围受有源器件(如集成运算放大器)的带宽限制,需要直流电源供 电,可靠性不如 无源滤波器高,在高压、高频、大功率的场合不适用。 第 19 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 4.3 滤波器的主要参数 (1)通带增益A0:滤波器通带内的电压放大倍数。 (2)特征角频率 和特征频率fn:它只与滤波用的电阻和电容元件的参数有 关,通常对于带通(带阻)滤波器,称为带通(带阻)滤波器的中心角频率 或中心频率f0,是 通带(阻带)内电压增益最大(最小)点的频率。 (3)截止角频率 和截止频率f0:它是电压增益下降到 (即)时所对应的角频率。必须注意 不一定等于 。带通和带阻滤波器有两个 (4)通带(阻带)宽度BW:它是带通(带阻)滤波器的两个之差值。 (5)等效品质因数Q:对低通和高通滤波器而言,Q值等于 时滤波器电路电压增益的模与通带增益之比,即 ;对带通(带阻)滤波器而言,Q值等于中心角频率与通带(阻带)宽度BW之 比。 4.4 有源滤波器的阶数 有源滤波器传递函数分母中“S”的最高“方次”称为滤波器的“阶数”。 阶数越高,滤波器幅频特性的过渡带越陡,越接近理想特性。一般情况下,一阶 滤波器过渡带按每十倍频20dB速率衰减;二阶滤波器每十倍频40dB速率衰减。高阶滤波器可由低阶滤波器串接组成。 低通和高通滤波器之间的对偶关系 (1)幅频特性的对偶关系 当低通滤波器和高通滤波器的通带增益 A0、 截止频率或f0分别相等时,两者的幅频特性曲线相对于垂直线f=f0对称。 (2)传递函数的对偶关系 将低通滤波器传递函数中的S换成1/S,则变成对应的高通滤波器的传递函 数。 (3)电路结构上的对偶关系 将低通滤波器中的 起滤波作用的电容C换成电阻R,并将起滤波作用的电阻R换成电容C,则低通滤波器转化为对应的高通滤波器。 4.5极性转换 极性转换(英文:Umpolung),也称极性翻转、极性反转、极性颠倒,指有 机化学中官能团极性的改变,是有机合成重要概念之一。 [1]此概念首先由德国化 学家Dieter Seebach(迪特尔?泽巴赫)与美国化学家艾里亚斯?詹姆斯?科 第 20 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 里提出,极性转换的英文名称Umpolung也由德语的Umpolung得来,意为极性倒转。 这里的极性,指的是官能团不同原子的亲电/亲核反应性;从逆合成分析来看,是指不同原子的供电子/受电子反应性。杂原子(如金属原子、氧、硫、硅 等)的引入会改变化学键的极性,从而使某一基团的极性发生翻转,这也是极性 转换的常用技巧。这样,这个基团既可作为正离子,也可作为负离子;既可作为 供电子基团,也可作为受电子基团,很多看似无法获得的合成子都可以得到,官 能团可以作为不同的“身份”来参与化学反应,有机合成反应的范围因此大大扩 展。 第 21 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 第5章 ZX2003型电流电源充电器的介绍 5.1电路的工作原理 本电路由直流电源和充电器两部分组成 (1)直流电源部分 从电路原理图可以看出,它由多抽头电源变压器、桥式整流器、滤波器、极 性转换电路等部分组成。电源变压器T将220v的交流电分别降压至4v,5v和8v。 当电源调节开关k1打到“3”的位置时,4v的交流电压通过VD2-VD5构成的桥式整流电路变为相应的脉动直流电,再经C和R2组成的滤波电路可将脉动直流 电变为较为平滑的直流输出。 当电源调节开关K1到“6v”位置时,这时将8v的交流电通过同样方式变成相应的直流电输出。 (2)充电部分 由电路原理图可以看出,它由VD1,VD6及相应元件组成的二路完全相同 的充电电路。K2是慢充,块充转换开关,慢充是交流5v供电,VD1,VD6分别是二路充电电路的整流二极管,R1,R3是限流电阻,LED1,LED2起稳压和充电指示的双重作用。二路充电电路可以同时使用,每路可以充电二节电池,可以充 5号或7号电池。 5.2主要性能参数 (1)直流电源部分 输入电压:交流220V;输出电压:直流3V,6V;最大输出电流:550mA (2)充电部分 慢充充电电流50-60mA,两路充电电路可以同时使用。 5.3元器件的选择 电源变压器的额定功率5W,初级电压是交流4V,5V和8V,整流二极管可采用的型号是IN4007,IN4002等。LED1,LED2采用专业定做的发光二极管,质 量优,引线长,不能用其发光二极管代替。开光K1和K2选用三只脚的单双掷双关,其它元件及附件参照元件清单表。 第 22 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 元件清单 表格 1 序号 名称 型号规位号 数量 序号 名称 型号规数量 格 格 1 二极管 1N4007 D1-D6 6只 12 图纸 1张 2 发光二红 LED1-LED2 2只 13 直流电 1个 极管 源插座 3 电阻 2.2欧 R1.R3 2只 14 导线 若干 4 电阻 330欧 R2 1只 15 热缩管 2根 5 电解电1000u C 1只 16 十字直1M 1根 容 流插头 6 变压器 220V/5W T(4 5 8V) 1个 17 螺丝 2个 7 直脚开1 X 2 K1.K2 2个 18 电源插1.5M 1根 关 头线 8 直脚开2 X 2 K3 1个 关 9 主线路 1块 板 10 负极线 1块 路板 11 电源插 1块 座线路 板 第 23 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 5.4电路原理图 直流电源充电器的设计原理图 第 24 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 5.5印制电路板设计一般步骤 印制电路板设计步骤如图5-2,具体步骤如下: 第一步:电路板框架设计。设计印制电路板之前,用户要对电路板有一个初 步的规划,如电路板的边框尺寸,采用几层电路板,是单面板还是双面板,各元 器件采用何种封装形式及其安装位置等。 第二步:参数设置。主要设置元器件的布置参数、板层参数、布线参数等。 一般某些参数可用其默认值,而某些参数在使用过Protel 99 SE之后,即第一次设置后,以后几乎无须修改。 第三步:装入网络表及元件封装。网络表是电路板自动布线的灵魂,也是电 路原理图设计系统与印制电路板设计系统的接口。元器件的封装是指元器件的实 际外形、尺寸,对于每个装入的元器件必须有相应的外形封装,才能保证电路板 布线的顺利进行。只有将网络表装入之后,才可能完成对电路板的自动布线。 第四步:元器件布局。Protel 99 SE可以对元器件进行自动布局。亦可让 用户手工布局。元件布局合理,对下一步自动布线至关重要。 第五步:自动布线。Protel 99 SE采用世界最先进的无网络、基于形状的 对角线自动布线技术。只要将有关的参数设置得当,元件布局合理,自动布线的 成功率几乎是100%。 第六步:手工调整。自动布线结束后,对某些令人不满意 之处可进行手工调整。 第七步:文件保存及输出。完成电路板的布线后,保存 完成的电路线路图文件。然后利用各种图形输出设备, 如打印机或绘图仪输出电路板的布线图。 第 25 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 图表 1 图5-2电路板设计步骤 第 26 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 27 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 第6章 焊接与安装 焊接按下列步骤进行,只有完成了上一步才能进行下一步,一般先焊装低矮、耐热元件。若有需与印制板紧固的较大型元件,或与面板上孔、槽相嵌装的元件, 也需给予特别的注意,具体焊装步骤: a、清查元器件的数量(见元件清单)与质量,对不合格元件应及时更换; b、确定元器件的安装方式、安装高度, 它由该器件在电路中的作用、印制 板与外壳间的距离以及该器件两安装孔之间的距离?(见印制板图)所决定; c、进行引脚处理,即期间的引脚弯曲成型并进行烫锡处理。成型时不得从 引脚根部弯曲(应>1.5mm卧装需从根部弯曲的元件请小心弯曲),尽量把有字符 的器件面置易于观察的位置; d、插装。根据元件位号对号插装,不可插错,对有极性的元器件(如二极 管、三极管、电解电容等)及三极管的管脚,插孔时应特别小心; e、焊接。各焊点加热时间及用锡量要适当,对耐热性差的元器件应使用工 具辅助散热,如三极管。焊接时防止虚焊、错焊,避免因拖锡而造成短路; f、焊后处理。剪去多余引脚线,检查所有焊点,对有缺陷的焊点进行修补, 必要时用无水酒精清洗印制板; 安装时应注意的问题有: a、注意所有与面板孔嵌装元件的高度与孔的配合(如发光二极管的圆顶部 应与面孔相平,面板与拨动开关K1、K2、K3是否灵活到位; b、由于空间不够,C卧装在铜泊上; c、整流二极管全部卧装; d、从变压器及印制板上焊出的引线长的度应适当,导线剥头时不可伤及铜 芯有松散现象,需捻紧以便烫锡、插孔、焊装。接支流插座的两根线和变压器输 出的线焊在铜泊面;四个电池的负极引线从元件面的孔插入焊接;为了便于装焊, 可根据具体情况采用分类、分片焊装。 安装时要注意的问题: (1)在木板上要固定好变压器 (2)把电路板固定在木板上,不可损伤电路板 第 28 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 第7章 充电电池 7.1充电电池的介绍 充电电池是充电次数有限的可充电的电池。配合充电器使用.市场上一般卖5号,7号,但是也有1号.充电电池的好处是经济,环保,电量足,适合大功率,长时间使用的电器(如随身听,电动玩具等) 充电电池的电压比型号相同的一次性电池低,AA电池(5号充电)是1.2伏,9V充电电池实际上是8.4伏 ,现在一般充电次数能在1000次左右。 7.2充电电池的种类与特征 1、镍镉电池(Ni-Cd) 电压:1.2V 使用寿命为:500次 放电温度为:-20度~60度 充电温度为:0度~45度 备注:耐过充能力较强。镍镉: 有记忆效应 容量小 2、氢电池(Ni-Mh) 电压:1.2V 使用寿命为:1000次 放电温度为:-10度~45度 充电温度为:10度~45度 备注:目前最高容量是2100mAh左右。镍氢: 记忆效应小 容量大 3、锂离子电池(Li-lon) 电压:3.6V 使用寿命为:500次 放电温度为:-20度~60度 充电温度为:0度~45度 备注:重量比镍氢电池轻30%~40%,容量高出镍氢电池60%以上。但是不耐过充,如果过充会造成温度过高而破坏结 构=>爆炸。锂离子: 无记忆效应 身薄 容量大 4、锂聚合物电池(Li-polymer) 电压:3.7V 使用寿命为:500次 放电温度为:-20度~60度 充电温度为:0度~45度 备注:锂电的改良型,没有电池 液,而改用聚合物电解质,可以做成各种形状,比锂电池稳定。 5、铅酸电池(Sealed) 电压:2V 使用寿命为:200~300次 放电温度为:0度~45度 ,充电温度为:0度~45度 备注:就是一般车用电瓶(它是以6个2V串联成12V的),免加水的电池使用寿命长达10年,但体积和最量是最大的。 7.3充电池充电的名词解释 1、充电率(C-rate) C是Capacity的第一个字母,用来表示电池充放电时电流的大小数值。 例如:充电电池的额定容量为1100mAh时,即表示以1100mAh(1C)放电时间可持续1小时,如以200mA(0.2C)放电时间可 持续5小时,充电也可按此 对照计算。 第 29 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 2、终止电压(Cut-off discharge voltage) 指电池放电时,电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。 根据不同的电池类型及不同的放电条件,对电池的容量和寿命的要求也不 同,因此规定的电池放电的终止电压也不相同。 3、开路电压(Open circuit voltage OCV) 电池不放电时,电池两极之间的电位差被称为开路电压。 电池的开路电压,会依电池正、负极与电解液的材料而异,如果电池正、负 极的材料完全一样,那么不管电池的体积有多大,几何结构如何变化,起开路电 压都一样的。 4、放电深度(Depth of discharge DOD) 在电池使用过程中,电池放出的容量占其额定容量的百分比,称为放电深度。 放电深度的高低和二次电池的充电寿命有很深的关系,当二次电池的放电深 度越深,其充电寿命就越短,因此在使用时应尽量避免深度放电。 5、过放电(Over discharge) 电池若是在放电过程中,超过电池放电的终止电压值,还继续放电时就可能 会造成电池内压升高,正、负极活性物质的可逆性遭到损坏,使电池的容量产生 明显减少。 6、过充电(Over charge) 电池在充电时,在达到充满状态后,若还继续充电,可能导致电池内压升高、 电池变形、漏夜等情况发生,电池的性能也会显著降低和损坏。 7、能量密度(Energy density) 电池的平均单位体积或质量所释放出的电能。 一般在相同体积下,锂离子电池的能量密度是镍镉电池的2.5倍,是镍氢电池的1.8倍,因此在电池容量相等的情况下,锂离子电池就会比镍镉、镍氢电池 的体积更小,重量更轻。 8、自我放电(Self discharge) 电池不管在有无被使用的状态下,由于各种原因,都会引起其电量损失的现 象。 若是以一个月为单位来计算的话,锂离子电池自我放电约是1%-2%、镍氢电池自我放电约3%-5%。 第 30 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 9、充电循环寿命(Cycle life) 充电电池在反复充放电使用下,电池容量回逐渐下降到初期容量的60%-80%。 10、记忆效应(Memory effect) 在电池充放电过程中,会在电池极板上产生许多小气泡,时间一久,这些气泡会减少电 池极板的面积,也间接影响电池的容量。 7.4充电电池的充放电的基本要求 1、新买的充电电池要充电8-12小时? 不论任何电池都有自我放电的特性,所以当新充电电池到你手中时,这中间 可能充电电池已经经过了一段时间的自我放电了。这就是充电电池内部的化学原 料已经历一段时间没有使用,出现“钝化”状态,无法充分发挥化学反应,提供 足够的电压。在这种情况下,第一次使用充电电池时,一定要将充电电池充满, 让电压恢复到原有的水平。事实上,如果你的充电电池长时间没有使用,也一样 会产生这种“钝化”现象,而且情况会更严重。最好能对充电电池进行3次充放 电的过程,将有助充电电池的活化作用。让充电电池内部的化学物质可以充分发 挥应有的效果(镍镉电池)。有时新购买的充电电池,放进充电器的时候,会在 还没充饱电之前充电器就停止充电了。当遇见这种问题的时候,你只要将充电电 池移开充电器,然后在放进充电器继续充电。这对于新充电电池是很正常的现象, 不是你购买到不良的充电电池(镍氢、锂离子电池)。一般来说对充电的时间不 能太久,最多12小时就足够,如果一旦过度充电就会对充电电池造成损坏。 2、如何计算充电时间? 充电时间(小时)=充电电池容量(mAh)/充电电流(mA)*1.5的系数 假如你用1600mAh的充电电池,充电器用400mA的电流充电,则充电时间为:600/400*1.5=6小时(注意:这种方法不适用新购买或长期未使用的充电电 池) 3、镍氢充电电池和锂离子充电电池其实也是有记忆效应,使用起来真的不 用放电吗? 其实上镍氢充电电池和锂离子充电电池的记忆效应是十分轻微的,并不值得 我们去注意它。 (请注意看到这里时,就不要利用充电器的放电功能对镍氢充电电池和锂离子充电电池 进行放电动作,尤其是锂离子充电电池,由于本身的材质因数,并不允许电池本身能够承受 第 31 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 充电器的强制放电。如果你硬要对锂离子充电电池进行放电,最终将导致电池损坏。)另外, 你使用需放电的镍镉充电电池,那么建议你,不论使用电池的次数是否频繁,最好每隔两、 三个月左右就对镍镉充电电池进行一次充放电,这样可以确保镍镉充电电池的记忆效应对电 池的影响减到最低状态。 7.5 镍氢电池保养与使用 随着数码行业的爆破性增长,镍氢电池以其实惠、环保的优势越来越得到玩 家的青睐和批量采购,用途也从传统的小家电产品:手电筒、钟表、灯具、收音 机、录音机、剃须刀、洗手机、吹风机、美容器、电动牙刷等广泛应用到我们新 兴的MP3、PDA、WALKMAN、数码相机、录音笔、电动玩具、数码无绳电话等产品 中来。很多朋友通过将镍氢电池和CRAB品牌电池盒、标签的搭配,为以上不同 的产品购置了匹配的镍氢电池。 国内外诸多厂商不断推出的使用镍氢电池的新产品也加速了大家的采购热, 当然她独有的“气质”,比如能量密度大、充电次数多、记忆效应小、不含汞镉 等有害金属一系列优点也成就了镍氢电池在市场的地位不断攀升。 随着大家手中的镍氢电池数量在不断的增加,科学的使用和保养也逐渐跃入 大家关注的视线中来。众所周知,品牌镍氢电池的使用寿命按官方声称都可以充 电500-1000次,实际上这只是一个理想值,往往达不到这样的寿命。但只要合 理的使用充电器,更加深入的了解镍氢电池,我们仍可以让她做到“延年益寿”。 1、一般情况下,新的镍氢电池只含有少量的电量,大家购买后要先进行充 电然后再使用。但如果电池出厂时间比较短,电量很足,推荐先使用然后再充电。 2、新买的镍氢电池一般要经过3-4次的充电和使用,性能才能发挥到最佳 状态,很多朋友第一次充电碰到的小问题,比方第一次充电后拍PP数量没有想 象的那么多呀?在3-4次充电和使用后就都迎刃而解了。 3、虽然镍氢电池的记忆效应小,仍然推荐大家尽量每次使用完后再充电, 并且是一次性充满,不要充一会用一会然后再充。这可是“延年益寿”的重要一 点噢。 4、电池充电时,要注意充电器周围的散热,太刻意用什么风扇吹没有什么 必要,但要注意的是充电器周围不要放置太多杂物。普通用户在使用电池的过程 中,电池往往没有专用的存放包;用户在替换电池后,会习惯性的把电池随手放 好,而不管所放的地方是否干净、潮湿。这样的后果就是电池容易弄脏、触点易 第 32 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 设置一个电池专用放置点,并保持电池的清洁。为了避免电量流失等问题发生, 保持电池两端的接触点和电池盖子的内部干净,必要时使用柔软、清洁的干布轻 擦。 5、长时间不用的时候,记得把电池从电池仓中取出,置于干燥的环境中推 荐放入牌电池盒中,可以避免电池短路。 6、长期不用的镍氢电池会在存放几个月后,电池自然进入一种“休眠”状 态,电池寿命大大降低。如果镍氢电池已经放置了很长的时候,建议你先用慢充 进行充电为宜。 这里涉及到另一个关键问题:对于镍氢电池,电池是应该完全 放电后再保存,还是带电保存?这两种截然不同的观点,应该采用哪种呢?许多 人都认为应采用前者,但笔者却认为电池带电保存比较合理。因为:据测试,镍 氢电池保存的最佳条件是带电80%左右保存。这是因为镍氢电池的自放电较大(一 个月10%-15%左右),如果电池完全放电后再保存,很长时间内不使用,电池的 自放电现象就会造成电池的过放电,会损坏电池。不信?那你想一想新买的镍氢 充电电池是不是都还有电的,其中就是这个道理。建议:多比较,纠正错误的观 点,从正确的方向入手保养电池,否则会事与愿违。 7、有很多朋友发帖子询问,如何对镍氢进行放电?在询问了诸多电池专家 后,得出了一致的结论提醒朋友们。尽量不要对镍氢电池放电,过放会导致充电 失败,这样做的危害远远大于镍氢电池本身的记忆效应! 8、万用表自检电池充满与否。一般镍氢电池在充电前,电压在1.2V以下,充满后正常电压在1.4V左右。大家以此判断,也就很容易判断电池的状态了。 9、充电器主要分为快充和慢充。慢充电流小,通常在200mA左右,比如我们常见的充电电流是在160mA左右。她的充电时间长,充电1800mAh的镍氢电池要16个小时左右。时间虽然是慢了些,可是充电会充的很足,并且不伤电池。 快充电流通常都在400mA以上,充电时间明显减少很多,3-4个小时就可以搞定,也赢得了大家的喜爱。快充种类很多,价格不一。所以大家也常常有疑问,同是 快充,价格为什么相差甚大呢?好的充电器特别是好的快充都带有防过度充电保 护功能的,比方我们常见的松下极品充电器BQ 390在这方面表现尤为出色,优秀的芯片软件设计能力在对电池充电时,也把快充对电池的伤害降到了最低。 10、矛盾出现:慢充不伤电池但是充电时间太长;快充可以节省时间,但对 第 33 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 电池有伤害,即使是目前世面上最好的松下极品充电器BQ390也只能很好的降低伤害程度,但不可完全避免。解决矛盾的方法就是要买一个快充和一个慢充。用 快充充一段时间,比方5、10次之后,改用慢充充电一两次。这样就又把电池的 性能恢复到最佳状态。 11、电池使用时一般都是电池组,就是4节或6节串联起来,这时候,保持每节电池的平衡就很重要了,否则因为其中的一节电池问题而影响整个电池组的 工作。首先要保证电池容量一致,最好选择相同牌子相同型号同时购买的电池。 然后,要保持电池内部的电量一致,简单的说,就是电池组的电要么都是满的, 要么都是空的。如果有比较多的电池组成若干组电池组,可以试着“精选”一下。 具体就是说,将容量、电压等参数相近的电池单体串联成一组电池组,由于条件 不足,一般情况下测一下放完点后的电压和冲好电的电压就可以了。 12、最后谈谈充放电。 高档的NI-MH充电器用的是-DELTA V检测电池电压来判断电池是否充满。 电池充电时的电压曲线和放电时有点相似,开始时是比较快的上升,之后缓慢上 升,等到充好的时候,电压又开始快速下降,只是下降的幅度不是很大。之前常 用的镍镉电池也类似,只是下降的速度和幅度比NI-MH都大。 而市场上最多的充电器(比较便宜的那种)常常用的就是衡压充电,比如老GP充电宝就是1.4V衡压,就是电池冲到1.4V时由于没有电压差了,充电就结束了。这样的结果, 往往就是电池无法充满,特别是一些比较旧的电池,由于内阻增大,真正加在电 池上的电压更低。而且这种充电器电流往往较小,充电往往要10多个小时。而用-DELTA V自动切断的充电器,由于能够准确地控制充电时间,因此可以比较 可靠的使用大电流充电。大电流充电对于镍氢电池的损害并没有大家想象的利 害,相反的时,现在DC的使用状况,更需要大电流充电。首先是时间问题,不 用讲了。然后,镍氢电池有个特性,就是你充的电流越大,它能放出的电流也就 越大,现在DC都是电老虎,电流都不小,因此相对来说使用相对来说较大的电 流充电是个明智的选择,可以让电池放得更加干净。一般5号充电电流不能超过1.5C,C为电池容量,就是1000MAH的电池,不要超过1.5A。我一般用0.5C进 行充电(我的充电器可调电流)。放电方面,一般情况下,DC黑屏后拿去充就可以了,NI-MH记忆效应很小。不过在一段时间使用后,以及要平衡电池、激活电 池的时候,要控制好电池放电的终止电压。NI-MH电池的终止电压为0.9V,放电 第 34 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 的时候注意不要过放电,放到每节电池0.9V时就可以停止放电了。NI-MH电池没有镍镉电池强悍,对过充过放以及高温都比较敏感。 充放电温度。一般来说, 不要让电池的温度高于45度。电池充满的时候,电池会发热,大电流充满时温 度应该为42度左右,不要超过45度,否则寿命会很快降低,电池内阻将会增大。 还有,充电后电池温度较高,等冷却后才可对其充电,充电钱也要等电池冷却。 长时间不用后重新使用,最好充放几遍重新激活电池。平时使用的时候要注意保 持包装皮的完整,不能有破损,以免短路。不要摔打冲击电池,不要火烧等等 。 第 35 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 设计感言 时间过的真快,到了毕业的日子,到了做毕业设计的日子,有点兴奋,有点哀愁,一如这个秋。 长这么大终于可以去找属于自己的天空,挣脱学校和家庭的怀抱,展翅翱翔,有种莫名的兴奋和冲动,仿佛美好的未来也变成现实,激动不已.毕业的日子,都是分别的日子,那淡淡的哀伤,浓浓的友谊,那岁月洗涤的友谊,那和蔼可亲的老师,那陪伴我走过几年的种种,真是一种无法抗拒的思潮。 通过这次毕业设计,方知自己乃井底之蛙,有太多太多的幼稚和无知.真有道是:黑发不知勤学早,白首方悔读书迟.还好毕业设计老师领导有道,让我少走了不少的弯路,并且在老师的诱导下,以前学习的知识逐渐清晰和明朗起来,达到了一定程度的融合.此次设计还有很多不足。 作为数以百万计电子专业学习者中的一员,我感到幸运并伴随着莫大的压力,在学校学习到的知识到社会上到底有多大的用处?能不能学以致用,发挥自己最大的社会价值?就让时间来证明一切好了.从毕业设计完成的那一历史瞬间开始,就意味着我将踏上社会这条漫漫的征服之路,或许道路平坦,或许荆棘,或许蜿蜒,来吧,这就是生命的过程. 在老师和同学们的帮助下我完成了这次毕业设计,也从许多的文献中得到了 很多有益的启发。由于我的水平有限,论文中有许多不到之处,敬请老师指正。 谢谢! 第 36 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 致 谢 作者在研究学习和课题设计期间,经董庆源老师的悉心指导和耐心启发,学 习到了设计课题的基本方法,具备了将一定的理论知识用于实践的能力,提高了 自学水平,基本上达到的学以致用。董老师严谨的治学态度,渊博的知识,和谐 的为人及忘我的工作精神让我钦佩不已,这不但使的我的毕业设计能够顺利的完 成,还在为人做事方面给我做了一个好的榜样。我真诚的感谢他——董老师。 此外,我还要感谢实验室的陆老师、王老师在我设计期间提供了完备的设计 的器件及相关的资料。特别感谢董老师的一些指导。 感谢帮助过我的所有人。 最后,我要感谢扬州工业职业技术学院的培养。 感谢评阅和阅读本论文的老师付出的辛勤劳动! 第 37 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 参考文献 1. 陈其纯主编. 电子线路.北京高等教育出版社. 2.王兆义主编. 电工电子技术基础. 北京高等教育出版社.2006.6. 3.模拟电子技术基础,电子系列实验教材. 4.钱静 倪涌宏主编.电子工艺基础及标准.扬州工业职业技术学院出版. 5.王港元等编.电子技能基础.成都科技大学出版. 第 38 页 扬州工业职业技术学院毕业设计 附图 第 39 页
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