汽车蓄电池电压报警电路的设计

汽车蓄电池电压报警电路的设计 题目:汽车蓄电池电压报警电路的设计 与仿真 系 别: 机电工程系 专 业: 车辆工程(电子技术) 姓 名: 刘 卓 学 号: 2009030443121 指导教师: 安明华 蒋文明 日 期: 2012年6月 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 汽车蓄电池电压报警电路的设计与仿真 摘要 本文介绍了一种汽车蓄电池过压欠压告警器。其中，可调直流稳压电源为电压比较器供电，通过电压比较器对输入电压的判断比较，决定各集成运放输出端的电压输出情况。再通过发光二极管LED灯检测，如果电压小于10V，则黄灯亮;如果输入的电压大于10V而小于13V，两灯均不亮;如果电压大于13V，红灯亮。经过实验验证，所设计的电路检验灵敏，价格较低，具有很强的实用功能。 关键词:整流滤波;稳压;电压比较 目 录 1 绪论 ................................................................ 1 2 方案论证 ............................................................ 1 2.1可调直流稳压电源电路 ............................................ 1 2.2电压比较器电路 .................................................. 2 3 电路工作原理及说明 .................................................. 4 3.1可调直流稳压电源电路 ............................................ 4 3.1.1 电源变压器电路 ............................................. 4 3.1.2 整流滤波电路 ............................................... 5 3.1.3稳压电路 .................................................... 6 3.1.4可调直流稳压电源电路 ........................................ 7 3.2电压比较器电路 .................................................. 7 4 电路性能指标的测试 .................................................. 8 4.1可调直流稳压电源电路 ............................................ 8 4.2电压比较器电路 .................................................. 9 4.3汽车蓄电池过压欠压报警电路 ..................................... 10 5 结论 ............................................................... 11 6 心得体会 ........................................................... 11 参考文献 .............................................................. 12 附录? 元器件清单 .................................................... 13 附录? 整体电路图 .................................................... 14 附录? 整体电路图PCB ................................................. 15 附录? 整体电路图3D .................................................. 16 汽车蓄电池电压报警电路的设计与仿真 1 绪论 本课程设计题目涉及的内容为模拟电子技术基础以及电路基础的一些知识。在我们的日常生活中有很多地方都会用到蓄电池，比如汽车，电动自行车，电冰箱等都用得到，蓄电池给人们带来了很多方便。但是，由于老化和人为损坏问题，一些蓄电池是不稳定，要对其供电情况做出监控，因此，设计一个过压欠压告警器非常必要。此系统的技术指标为:(1) 电压的输出范围在5V ~15V可调;(2) 在10V ~13V内正常工作; 大于13或小于10V只有一个灯亮。 2 方案论证 2.1可调直流稳压电源电路 方案一:稳压电路主要由集成稳压器构成 集成稳压电路如图2.1所示。 图2.1 集成稳压电路 方案二:稳压电路主要由稳压管构成 稳压电路如图2.2所示。 图2.2 稳压管稳压电路 1 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 :方案一虽然调节方便，输出电压稳定性强，但是它功耗大，效率低，体积大笨重，成本高，不利于小型简单成本低的元器件使用。相比之下，方案二简单、实用、成本低，对于电压波动范围不大的电路不会造成稳压管击穿的问题。因此，选择方案二。 2.2电压比较器电路 方案一:电压比较器电路主要由单限比较器构成 电压比较器电路如图2.3所示。 图2.3 单限比较器电路 电压传输特性如图2.4所示。 图2.4 电压传输特性 方案二:电压比较器电路主要由滞回比较器构成 滞回比较电路如图2.5所示。 汽车蓄电池电压报警电路的设计与仿真 图2.5 滞回比较器电路 电压传输特性如图2.6所示。 图2.6 电压传输特性 方案三:电压比较器电路主要由窗口比较器构成 窗口比较电路如图2.7所示。 图2.7 窗口比较器电路 电压传输特性如图2.8所示。 3 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 图2.8 电压传输特性 分析:方案一采用单限比较可以输出正电压和负电压，并且单限比较器的灵敏度比较高，电路构成简单，但是抗干扰能力比较差无惯性区;方案二滞回比较器的灵敏度比较低，但是却有一定的抗干扰能力因为它有一个滞回的过程，即惯性区，但在惯性区内的电压并不是稳定的，可以是正值，也可以是负值，也可以是零，无法知道其具体状态;方案三采用窗口比较器同样具有稳定的高低电平的输出特性，具备抗干扰的能力，具有一定的惯性区，反应速度也比较快，能够灵敏的输出高电平和低电平。综合来看，选择方案三。 3 电路工作原理及说明 3.1可调直流稳压电源电路 3.1.1 电源变压器电路 电源变压器电路如图3.1所示。 图3.1 电源变压器电路 1、主要指标: 原副线圈砸数比为6:1 输入电压为市压有效值为220V，频率为50Hz 汽车蓄电池电压报警电路的设计与仿真 输出电压有效值为: 1u,，220V,36.7V 3.1 26 3.1.2 整流滤波电路 整流滤波电路如图3.2所示。 图3.2 整流滤波电路 1、 工作原理: 当时，有一对二极管导通，对电容充电，非常小。 u,u,2C充电 ,,RCR当时，所有二极管均截止，电容通过放电，。 u,uL放电L2C 滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。 输出电压波形如图3.3所示。 图3.3 理想情况下输出电压波形 2、 主要指标及元器件选择: 电容的选择: 为了获得较好的滤波效果，在实际电路中应选择电容的容量满足 5 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 RC,(3,5)T/2的条件，此时。 U,1.2ULO(AV)2 二极管的选择: 变压器输入的电压峰峰值为: 3.2 U,2URmax2 变压器输入的电流峰峰值为: I0.45UL(AV)2 3.3 I,,D(AV)2RL 考虑到电网电压波动范围为?10,，二极管的极限参数应满足: 0.45U,2I,1.1，F, R 3.4 L, ,U,1.12UR2,3.1.3 稳压电路 稳压电路如图3.4所示。 图3.4 稳压电路 1、工作原理: I,I，IU,U，U RDLIROZ 电网电压 ,,U,,U,(U),,I,,I,,U,,U,IOZDRROZ 若,U,,U，则U基本不变。利用 R上的电压变化补偿 U的波动。() IROI ,R,,U,U,,I,,I,(),LOZDRZ, ,R,,I,,I,LLR, I 利用的变化来补若,I,,,I，则U基本不变，U也就基本不变。DDLROZZ I偿的变化。 L 2、 主要指标及元器件选择: 汽车蓄电池电压报警电路的设计与仿真 UU输出电压:, OZ R,r?R,r稳压系数: ozz 由于要使输出电压从5V到15V变化，因此，稳压管的稳压值为15V。 3.1.4可调直流稳压电源电路 直流可调稳压电路如图3.5所示。 图3.5 直流可调稳压电路 1、工作原理: 直流可调稳压电路由电源变压器电路、整流滤波电路及稳压电路组成， 通过电源变压器变压使有效值为220V的市电变为较小的电压值，然后经过 整流滤波器使其变为脉动系数较小的电压，再由稳压电路变成值为15V的直 RRL1流电压，最后调节滑动变阻器的阻值使两端电压从5V到15V变化。 2、主要指标及元器件选择: ,,,RR 为阻值从0到2k变化的滑动变阻器阻值为1 k 1L 3.2电压比较器电路 电压比较器电路如图3.6所示。 7 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 图3.6 电压比较器电路 1、工作原理: u,,u,uu,uu,UDD 当时，;导通，截止; 。 O1O2OMOZIRH12 u,,u,uu,uu,UDD当时，;导通，截止; 。 O2O1OMOZIRH21 u,u,,uu,0U,u,UDD当时，;、均截止; 。 O1O2OMORLIRH12 2、主要指标及元器件选择: ,RR ==1 k 12 4 电路性能指标的测试 ,,测试过程:改变滑动变阻器的阻值从0到2k变化,使输出端电压从5V到15V变化，电路变化情况依次为绿灯亮、两灯都不亮、红灯亮。 4.1可调直流稳压电源电路 ,,测试过程:改变滑动变阻器的阻值从0到2k变化,使输出端电压从5V到15V变化。 1、电压输出的最小值电路如图4.1所示。 汽车蓄电池电压报警电路的设计与仿真 图4.1 电压输出的最小值电路 2、电压输出的最大值电路如图4.2所示。 图4.2 电压输出的最大值电路 4.2电压比较器电路 测试过程:引入可变直流稳压电压源，使其电压从5V到15V变化，电路情况依次为绿灯亮、两灯都不亮、红灯亮。 1、欠压电路如图4.3所示。 图4.3 欠压电路 9 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 2、正常工作电路如图4.4所示。 图4.4 正常工作电路 3、过压电路如图4.5所示。 图4.5 过压电路 4.3汽车蓄电池过压欠压告警电路 ,,测试过程:改变滑动变阻器R2的阻值从0到2k变化,使R3两端电压从5V到15V 变化，电路变化情况依次为绿灯亮、两灯都不亮、红灯亮。 汽车蓄电池电压报警电路的设计与仿真 汽车蓄电池过压欠压告警电路如图4.6所示。 图4.6 汽车蓄电池过压欠压告警电路 5 结论 通过以上的测试可以看出，结果与理论值基本相同，能够达到当蓄电池电压高于13V和低于10V时，各由一个发光二极管LED发光告警的目的。 6 心得体会 通过本次课程设计，我对模拟电子技术基础有了更深入的理解，并且进一步了解到模拟电子技术基础及所有专业课的重要。这段时间我查阅了很多关于汽车蓄电池的资料，认识到自己的能力有限，需要不断地加强锻炼。 两周的时间虽然短暂，但在这两周里我所学到的东西却是很多的。在仿真中不可避免会遇到很多问题，但经过老师、同学的帮助，仿真电路终于可以正常运行了。我觉得出现错误并不可拍，重要的是要学会改正和排错的过程，在这个过程中，我锻炼了自学的能力并且培养出了坚强的信念，而这些恰恰是我日后工作所需要的。 最后，非常感谢这次课程设计，希望今后能多开设这样的课程。同时，也向我的指导教师致以深深的谢意，感谢您的耐心指导和无微不至的关怀。 11 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 参考文献 [1] 童诗白，华成英主编. 模拟电子技术基础. 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