1、簡易5號電池恒流充電器鄭州輕工業學院本科課程設計（論文）題 目 簡易5號電池恒流充電器學生姓名 專業班級 學 號 院 系 指導教師 完成時間 2014年2月21日 鄭州輕工業學院課程設計任務書題目：簡易5號電池恒流充電器專業學號姓名主要內容、基本要求、主要參考資料等：主要內容1、 閱讀相關科技文獻。2、 學習protel軟件的使用。3、 學會整理和總結設計文檔報告。4、 學習如何查找器件手冊及相關參數。技術要求4、要求電路能夠以恒定的電流對兩節5號電池進行充電。5、要求電路能夠在充滿的時候，自動切斷電源。6、要求電路能夠顯示電池是否充滿。主要參考資料1、 何小艇，電子系統設計，浙江大學出版社，

2、2001年6月2、 姚福安，電子電路設計與實踐，山東科學技術出版社， 2001年10月3、 王澄非，電路與數字邏輯設計實踐，東南大學出版社，1999年10月4、 李銀華，電子線路設計指導，北京航空航天大學出版社，2005年6月5、 康華光，電子技術基礎，高教出版社，2003年完 成 期 限 ： 2014年2月21日 指導教師簽章 ： 專業負責人簽章： 2014年2月16日簡易5號電池恒流充電器摘要 普通電池充電均采用恒流方式時，只需控制充電時間即可完成對電池的充電，并不考慮電池會提前充滿，電池充滿后若不切斷電源會影響電池的壽命，且浪費電資源。而本文介紹的是一種經濟實用的簡易電池恒流充電器，能夠

3、以恒定的電流對兩節5號電池進行充電，當電池電量充滿時可以自動顯示電量充滿，并且會自動切斷電源停止充電。本文設計的充電器是由變壓器，橋式整流電路、恒流成生電路、自動斷電電路、顯示電路和電源電路6部分組成。本文較為詳細的介紹了變壓器整流電路、恒流成生電路、自動斷電電路、顯示電路和電源電路的工作原理及功能，向大家簡單的展示了簡易電池恒流充電器的設計過程。關鍵詞 電源電路/整流電路/恒流生成電路/自動斷電電路/顯示電路。目 錄第一章 設計目的1第二章 簡易5號電池恒流充電器的功能2第三章 設計原理及方案3第四章 元器件清單8第五章 結束語9第六章 致謝10第七章 參考文獻 11第一章 設計目的一、掌握

4、個芯片的邏輯功能及使用方法二、了解電路結構及其接線方法三、了解元器件的工作原理四、熟悉簡易5號電池恒流充電器的設計制作第二章 簡易5號電池恒流充電器的功能一、電路能夠以恒定的電流對兩節5號電池進行充電；二、電路能夠在電池充滿時自動切斷電源；三、電路能夠顯示電池是否充滿。第三章 設計原理及方案第一節 設計思路總體框圖整流電路恒流成生電路自動斷電電路顯示電路電源電路簡易5號電池恒流充電器電路總體框圖如上圖所示，它是由電源電路、變壓整流電路、恒流生成電路、自動斷電電路、顯示電路和5部分組成。 通過電源電路可以將電網中的220V電壓轉變成為兩節5號電池所需要的3V電壓，經過橋式整流電路將交流電變成直流

5、電，再通過濾波電路、D1穩壓電路，出來后就可以出來穩定的直流電，為電路提供穩定的3V直流電。 經過變壓、整流、濾波、穩壓出來的穩定3V直流電進入恒流生成電路，利用運算放大器構成的電流負反饋放大電路起到穩定輸出電流的作用，為電路產生恒定的充電電流。從運放出來的電流經過了一組電阻、發光二極管正反接的顯示電路進入自動斷電電路，當電池是在充電的狀態下，電池正極電壓小于3V,比較器輸出低電平。當電池電量充滿后，電流串聯反饋電路的電壓繼續增大，只要電池正極的電壓大于3V，則比較器輸出高電平，繼電器中通過電流，將開關吸上去，斷開電路，發光二極管放光顯示電已充滿。第二節 電路結構1.整流電路圖1如圖1，橋式整

6、流電路電路具有將雙向的交變電壓變換為單向的脈動電壓的功能，可以將從電路中輸入的交流電變成直流電，是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成"橋"式結構，便具有全波整流電路的優點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。 以上滿足了我們提高變壓器利用率并降低整流管最大反向電壓的要求，實現了二極管整流輸出的最佳性能。需要特別指出的是，二極管作為整流元件，要根據不同的整流方式和負載大小加以選擇。如選擇不當，則或者不能安全工作，甚至燒了管子；或者大材小用，造成浪費。另外，在高電壓或大電流的情況下，如果手頭沒有承受高電壓或整定大電濾的整流元件，可以把二極管串聯或并聯起來

7、使用。2.濾波穩壓電路 交流電經過二極管整流之后，方向單一了，但是大小（電流強度）還是處在不斷地變化之中。這種脈動直流一般是不能直接用來給無線電裝供電的。要把脈動直流變成波形平滑的直流，還需要再做一番“填平取齊”的工作，這便是濾波。換句話說，濾波的任務，就是把整流器輸出電壓中的波動成分盡可能地減小，改造成接近恒穩的直流電。濾波穩壓電路由電容濾波電路和穩壓管組成。2.1電容濾波圖2.1 圖2.2如圖2.1，電容器是一個儲存電能的倉庫。在電路中，當有電壓加到電容器兩端的時候，便對電容器充電，把電能儲存在電容器中；當外加電壓失去（或降低）之后，電容器將把儲存的電能再放出來。充電的時候，電容器兩端的電

8、壓逐漸升高，直到接近充電電壓；放電的時候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。電容器的容量越大，負載電阻值越大，充電和放電所需要的時間越長。這種電容帶兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來承擔濾波的任務。二極管的導電角<，流過二極管的瞬時電流很大，電流的有效值和平均值的關系與波形有關，在平均值相同的情況下，波形越尖，有效值越大，在純電阻負載時，變壓器副邊電流的有效值I2=1.11IL,而有電容濾波時，I2=(1.5-2)IL;負載平均電壓VL升高，紋波減小，且RLC越大，電容放電速率越慢，則負載電壓中的紋波成分減小，負載平均電壓越高。為了得到平滑的負載電壓，一般取T=RLC；負載直流電

9、壓隨負載電流增加而減小，C值一定，當RL=，即空載時VLO=1.4V2，當C=0，即無電容時VLO=0.9V2，在整流電路的內阻不太大和放電時間常數滿足以上關系式時，電容濾波電路的負載電壓VL和V2的關系約為VL=(1.1-1.2)V2，總之，電容濾波電路簡答，負載直流電壓VL較高，紋波也較小，它的缺點是輸出特性較差，故適用于負載電壓較高，負載變動不大的場合。2.2穩壓管 如圖2.2，電網電壓升高，整流電路的輸出電壓Usr也隨之升高，引起負載電壓Usc 升高。由于穩壓管DW與負載Rfz并聯，Usc 只要有根少一點增長，就會使流過穩壓管的電流急劇增加，使得I1也增大，限流電阻R1上的電壓降增大，

10、從而抵消了Usr的升高，保持負載電壓Usc 基本不變。反之，若電網電壓降低，引起Usr下降，造成Usc 也下降，則穩壓管中的電流急劇減小，使得I1減小，R1上的壓降也減小，從而抵消了Usr的下降，保持負載電壓Usc 基本不變。3恒流生成電路（電流串聯負反饋電路） （+） （+） （+） 圖3.如圖3.a所示，此電路以集成運放作為基本放大電路，同樣可用瞬時極性法判斷塔爾的反饋極性，當在它的輸入端施加一信號Vs，且其瞬時極性如圖中的（+）所示時，輸出電流Io流過Rl和Rf時，在Rf兩端產生反饋電壓Vf,其極性亦如圖所示。顯然，在輸入回路中，Vf抵消了Vs的一部分，所以基本放大電路的凈輸入電壓Vid

11、減小，Io亦減小，其互導增益下降，故所引入的是負反饋。該電路為電流串聯負反饋電路。該電路的特點是能維持輸出電流的基本恒定。4.自動斷電電路4.1電壓比較電路 Vo VREF Vi 圖4.1 a 圖4.1b當電池的電壓充滿至3V時，繼續充電，電池的電壓大于3V,輸出高電平。4.2自動斷電電路（繼電器）圖4.2a 圖4.2b當電池正在充電時，繼電器中的開關閉合，當電池的電壓大于3V，輸出高電平，使繼電器的線圈通電，將閉合的開關吸上去，并與地段相連。原充電電路斷開。5.顯示電路（發光二極管）圖5 如圖5所示，光二極管（LED）是用半導體材料制作的正向偏置的PN結二極管。其發光機理是當在PN結兩端注入

12、正向電流時，注入的非平衡載流子（電子空穴對）在擴散過程中復合發光，這種發射過程主要對應光的自發發射過程。按光輸出的位置不同，發光二極管可分為面發射型和邊發射型。發光二極管具有可靠性較高，室溫下連續工作時間長、光功率電流線性度好等顯著優點，而且由于此項技術已經發展得比較成熟，所以其價格非常便宜。因此在一些簡易的光纖傳感器的設計中，如果LED能夠勝任，選用它作為光源即可大大降低整個傳感器的成本。然而LED的發光機理決定了它存在著很多的不足，如輸出功率小、發射角大、譜線寬、響應速度低等。因此，在一些需要功率高、調制速率快、單色性好的光源的傳感器設計中，就不得不以提高成本為代價，選用其它更高性能的光源

13、。當電池充滿電，輸出高電平，發光二極管發光，顯示電池已充滿電。6.總原理圖 圖6如圖6，220V交流電壓通過變壓器變為需要的電壓值，通過橋式整流電路和濾波電路得到需要的直流電，給兩節5號電池充電需要穩定的3V電壓，通過在橋式整流電路中并聯上一個穩壓二極管就可以得到穩定的3V電壓，通過電流串聯負反饋電路使輸出端的電流保持恒定，就可以給兩節5號電池充電，為了能夠讓電池充滿電能夠自動斷開電路，需要加上一個比較器電路和自動斷電電路，當電池的電壓超過3V就能夠使得比較器的輸出端得到高電平，使得繼電器中的磁鐵將開關吸上去，斷開電路，同時高電平使得發光二極管發光，顯示電路充滿電。這時兩節5號電池放電讓發光二

14、極管發光，當電池的電壓小于3V時，比較器的輸出端輸出低電平，二極管不亮 ，同時繼電器中的的線圈沒有電流通過，開關掉落，原電路導通，繼續充電,依次循環下去。第四章 元器件清單符號（名稱）大小（類別）數目Rs10千歐1Rf470千歐1D1，D2，D3，D4,IN40074LED1發光二極管1QL51A橋式整流堆1LM324電壓比較器1負載5號電池2Tr3V-220V1DZ穩壓管1C濾波電容0.33F第五章 結束語這次課程設計花費了將近一周的時間，讓我認識到自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經驗還是比較缺乏，理論聯系實際的能力還急需提高。 這次的課程設計也讓我看到了團隊的力量，我認

15、為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發揚團結協作的精神。剛開始的時候，大家就分配好了各自的任務，大家有的繪制原理圖，進行仿真實驗，有的積極查詢相關資料，并且經常聚在一起討論各個方案的可行性。在課程設計中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結協作是我們成功的一項非常重要的保證。而這次設計也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。 通過本次課程設計,在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我們通過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養了獨立思考、，在各種其它能力上也都有了提高。更重要

16、的是，我們學會了很多學習的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。 本次設計的恒流充電器比較簡單而且是只能為兩節五號電池充電，由于時間有限，不能更加仔細的考慮，任然有一些地方存在不足，這是本次設計所存在的一個遺憾。第六章 致謝在本次論文設計過程中，感謝我的學校，給了我學習的機會，在學習中，老師從選題指導、論文框架到細節修改，都給予了細致的指導，提出了很多寶貴的意見與建議，老師以其嚴謹求實的治學態度、高度的敬業精神、兢兢業業、孜孜以求的工作作風和大膽創新的進取精神對我產生重要影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。這篇論文是在老師的精心指導和大力支持下才完成的，多虧了小組組員之間的團隊合作還有老師的悉心指導。在上了老師這么多課時之后，對于電路知識的運用更加靈活，對電路的系統理解更加規范，在這次設計課程的過程中，運用了不少新的知識，這也使我自己感到很驕傲。感謝所有授我以業的老師，沒有這些年知識的積淀，我沒有這么大的動力和信心完成這篇論文。感恩之余，誠懇地請各位老師對我的論文多