具有放電功能的自動(dòng)充電器課設(shè)

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)(論文)具有放電功能的自動(dòng)充電器 院（系）名稱:電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí): 學(xué)號(hào): 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師:起 止 時(shí) 間： 2015.7.62015.7.19課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電子信息工程 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)電氣132班課程設(shè)計(jì)（論文）題目具有放電功能的自動(dòng)充電器課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)任務(wù)要求：具有放電功能的自動(dòng)充電器可以改善電池的使用壽命和使用周期，一定程度上方便了日常生活的使用。充、放電可通過(guò)繼電器的閉合和打開(kāi)自動(dòng)控制充電器的充、放電功能。由電源電路、充電電路、放電電路等部分組成。技術(shù)要求：1、充電電流為500mA。2、充電電

2、壓為3.2V（每節(jié)1.6V）。3、設(shè)計(jì)電路所需的直流穩(wěn)壓電源。4、利用Multisim（或EWB）進(jìn)行電路仿真與調(diào)試。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)成績(jī)： 答辯成績(jī)： 論文成績(jī)： 作品成績(jī)： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：平時(shí)成績(jī)占20%，答辯成績(jī)占20%，論文成績(jī)占40%，作品成績(jī)20%。摘 要現(xiàn)代社會(huì)，科技日益發(fā)展，便攜式、迷你型設(shè)備更能博得人們的眼球。蓄電池、鎳氫電池等可充電電池在生活中應(yīng)用非常廣泛，但往往因?yàn)槌潆姴划?dāng)，而使電池過(guò)早夭折。作為其電源的二次電池使用率日益提高，一款性價(jià)比高的充電器成為一種迫切的需求，電能是當(dāng)今最重要的能源形式,電能使用最方便,適用范圍廣闊,并且是清潔的。

3、本課程設(shè)計(jì)為具有放電功能的自動(dòng)充電器。具有放電功能的自動(dòng)充電器一定程度上方便了日常生活的使用。電源部分主要經(jīng)過(guò)電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定的直流電壓。通過(guò)調(diào)整器件的參數(shù)，控制電源電路輸出電壓為3.2V。充電放電通過(guò)繼電器的控制（閉合與打開(kāi)）和電壓升高降低的變化進(jìn)行自動(dòng)控制充放電功能。本設(shè)計(jì)所涉及的知識(shí)：方案論證，產(chǎn)品說(shuō)明，原理說(shuō)明，安裝工藝，調(diào)試與測(cè)試，焊接技術(shù)，元件清單，操作說(shuō)明。隨著科技的發(fā)展，電氣、電子設(shè)備已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于日常、科研、學(xué)習(xí)等各個(gè)方面。電源作為電氣、電子設(shè)備必不可少的能源供應(yīng)部件，需求日益增加，而且對(duì)電源的功能、穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)也提出了更高的要求。單元電

4、路展開(kāi)分析，進(jìn)過(guò)Multisim仿真，驗(yàn)證輸出電壓的穩(wěn)壓值，基本滿足設(shè)計(jì)要求，焊接調(diào)試的話，實(shí)測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果有一定誤差，但在允許誤差范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)基本達(dá)到預(yù)期要求.日常生活有了具有放電功能的自動(dòng)充電器就方便了許多，它進(jìn)一步改善了電池的使用壽命和使用周期，并且在實(shí)用性和安全性上都盡可能達(dá)到較高的水準(zhǔn)。本充電器不僅電路簡(jiǎn)單，制作容易，成本較低，并且方便實(shí)用，便于推廣。關(guān)鍵詞：充電器；自動(dòng)充放電；直流穩(wěn)壓電源；方便實(shí)用；環(huán)保節(jié)能目 錄第1章 緒論11.1 具有放電功能的自動(dòng)充電器的發(fā)展概況11.2 本文研究?jī)?nèi)容1第2章 總體設(shè)計(jì)方案22.1 設(shè)計(jì)方案論證22.2 總體設(shè)計(jì)方案框圖3第3章 具有

5、放電功能的自動(dòng)充電器各單元電路設(shè)計(jì)53.1 具有放電功能的自動(dòng)充電器具體電路設(shè)計(jì)53.1.1 電源電路設(shè)計(jì)部分53.1.2 充電電路設(shè)計(jì)部分63.1.3 放電電路設(shè)計(jì)部分63.2 元器件型號(hào)選擇73.3 電路參數(shù)計(jì)算73.4 整體電路及原理8第4章 仿真與調(diào)試104.1 電路分析仿真104.1.1 電源電路波形104.1.2 充電仿真114.1.3 放電仿真124.2 仿真結(jié)果分析13第5章 實(shí)物制作14第6章 作品測(cè)試與數(shù)據(jù)分析15第7章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)16參考文獻(xiàn)17附 錄 I18附 錄 II19第1章 緒論1.1 具有放電功能的自動(dòng)充電器的發(fā)展概況為加強(qiáng)對(duì)元器件的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)運(yùn)用基本知識(shí)進(jìn)行

6、簡(jiǎn)單電路設(shè)計(jì)的能力，扎實(shí)基礎(chǔ)理論，我們現(xiàn)初次進(jìn)行模電課程設(shè)計(jì)。具有放電功能的自動(dòng)充電器可以改善電池的使用壽命和使用周期，一定程度上方便了日常生活的使用，并且在安全性和實(shí)用性上都盡可能的達(dá)到了較高的水準(zhǔn)。充、放電可通過(guò)繼電器的閉合和打開(kāi)自動(dòng)控制充電器的充、放電功能。一般電池為鎘鎳電池，有記憶效應(yīng)，所以需要在充電前對(duì)電池進(jìn)行一次放電，以使電池能能夠在每次充電時(shí)能夠充分充放電。所以這次具有放電功能的自動(dòng)充電器就此產(chǎn)生，本充電器電路簡(jiǎn)單。制作容易，成本較低，并且具有自動(dòng)充電放電功能，方便實(shí)用，便于推廣。通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)，能夠加深對(duì)電路理論知識(shí)的理解和掌握，更主要的是學(xué)習(xí)和掌握驗(yàn)研究方法。學(xué)會(huì)運(yùn)用理論和

7、實(shí)驗(yàn)兩種研究方法，解決實(shí)際問(wèn)題能力，更培養(yǎng)了我們掌握電子技術(shù)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，實(shí)驗(yàn)技術(shù)，測(cè)量技術(shù)等實(shí)驗(yàn)研究方法，使其具有獨(dú)立實(shí)驗(yàn)研究的能力，以便在未來(lái)的工作中開(kāi)拓創(chuàng)新。1.2 本文研究?jī)?nèi)容本文研究的具有放點(diǎn)功能的自動(dòng)充電器的設(shè)計(jì)與制作，經(jīng)過(guò)對(duì)資料的查找和分析確定了如下設(shè)計(jì)方案與要求，進(jìn)行了元器件的選擇以及參數(shù)的確定，并確定了總體的結(jié)構(gòu)。具體如下：任務(wù)要求：具有放電功能的自動(dòng)充電器可以改善電池的使用壽命和使用周期，一定程度上方便了日常生活的使用。充、放電可通過(guò)繼電器的閉合和打開(kāi)自動(dòng)控制充電器的充、放電功能。由電源電路、充電電路、放電電路等部分組成。技術(shù)要求： 1、充電電流為500mA。 2、充電電

8、壓為3.2V（每節(jié)1.6V）。 3、設(shè)計(jì)電路所需的直流穩(wěn)壓電源。 4、利用Multisim（或EWB）進(jìn)行電路仿真與調(diào)試第2章 總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)方案論證方案1：如圖1.1，將220V交流電壓經(jīng)過(guò)變壓器到10V左右再通過(guò)橋式電路D1-D4整流，經(jīng)過(guò)C1濾波，然后再其上加一個(gè)12V直流電壓并作為穩(wěn)壓電路輸入，由C2和7805穩(wěn)壓調(diào)整后，從電容C3的兩端輸出穩(wěn)定的3.2V直流電壓。圖2.1.1電源電路方案2： 電源方案：如圖2.1.2，將 220V交流電壓經(jīng)過(guò)變壓器到10V左右交流電壓，再通過(guò)整流電路D1-D4整流，C1濾波，再通過(guò)LM317穩(wěn)壓器穩(wěn)壓輸出3.2V直流比較電壓。圖2.1.2電

9、源電路分析：本課設(shè)要求結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，故選用方案2，可以是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，電路圖相對(duì)簡(jiǎn)單，在實(shí)際的電路連接中，方案二比較可行，從經(jīng)濟(jì)方面看。方案二比較便宜，總之選擇方案2是正確的抉擇。2.2 總體設(shè)計(jì)方案框圖放電電路充電電路電源電路圖2.2方案框圖整個(gè)電路分為三個(gè)部分，及放電電路、充電電路和電源電路。通過(guò)對(duì)器件參數(shù)的控制，電源電路是輸出電壓為3.2V。充電和放電電路中通過(guò)LM317（可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器）和比較放大器LM324（比較放大器）構(gòu)成的比較電路將反饋控制晶體三極管VT的導(dǎo)通和截止，從而控制繼電器K1和K2的吸合和釋放，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)充放電的控制。電源電路部分總體由電源變壓器，整流電路，濾波電路

10、，穩(wěn)壓電路構(gòu)成。放電電路充電電路充電電路與放電電路能夠?qū)崿F(xiàn)相互切換、自動(dòng)控制。充電：當(dāng)電池電壓充滿到3.2V時(shí)，繼電器控制電路斷開(kāi)，不再充電，LED1燈熄滅（LED1 為充電指示燈）放電：電池放電放到小于2.1V時(shí)，繼電器控制電路斷開(kāi)，不再放電，LED2燈熄滅（LED2 為放電指示燈）第3章 具有放電功能的自動(dòng)充電器各單元電路設(shè)計(jì)3.1 具有放電功能的自動(dòng)充電器具體電路設(shè)計(jì)3.1.1 電源電路設(shè)計(jì)部分電源部分總體由電源變壓器，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路構(gòu)成。電源方案：如圖2.1，將 220V交流電壓經(jīng)過(guò)變壓器到10V左右交流電壓，再通過(guò)整流電路D1-D4整流，C1濾波，再通過(guò)LM317穩(wěn)壓器

11、穩(wěn)壓輸出3.2V直流比較電壓。圖3.1.電源電路圖3.1.1電源電路3.1.2 充電電路設(shè)計(jì)部分 如圖2.2所示，將電池放入電池盒中，接通電源，當(dāng)LM324（比較放大器）（2）腳的參考基準(zhǔn)電壓小于3.2V，而放大器（3）腳上鎘鎳電池反饋電壓等于3.2V，放大器（1）腳輸出正信號(hào)，晶體管處于飽和區(qū)，繼電器K1中有電流流過(guò)，繼電器右端閉合，通過(guò)R8，J1對(duì)電池進(jìn)行充電。當(dāng)電池電壓到達(dá)3.2V后，LM324（比較放大器）的（1）腳輸出負(fù)信號(hào)，使晶體三極管VT處于截止區(qū)，繼電器K1沒(méi)有電流流過(guò)，使其常閉觸點(diǎn)（繼電器右端）斷開(kāi)，充電結(jié)束，LED1是充電指示燈，充電完畢熄滅。充電電路還可以通過(guò)J1人為控制

12、充電或者不充。圖3.1.2充電電路3.1.3 放電電路設(shè)計(jì)部分如圖2.3所示，電池在充電前要對(duì)鎘鎳電池進(jìn)行一次放電。將電池放入后接通220V電源，閉合J2，通過(guò)查閱書(shū)籍LM317的(輸出基準(zhǔn)電壓)設(shè)定為1.25V，若反饋電壓高于此值，晶體管導(dǎo)通，繼電器K2有電流流過(guò)使得繼電器右端閉合，同時(shí)點(diǎn)亮LED2，當(dāng)電池電壓小于2.1V時(shí)，晶體管截止，繼電器K2無(wú)電流流過(guò)，LED2熄滅，放電結(jié)束。放電電路還可以通過(guò)J2人為控制放電或者不充。圖3.1.3放電電路3.2 元器件型號(hào)選擇運(yùn)放大器選用LM324，變壓器選擇變比為22：1變壓器，次級(jí)電壓為10V左右晶體三極管選用2N3711，穩(wěn)壓器選擇LM317，

13、繼電器選用EMR12A08，濾波電容為電解電容1000uF。3.3 電路參數(shù)計(jì)算 運(yùn)放大器選用LM324，變壓器選擇變比為22：1變壓器，次級(jí)電壓為10V左右晶體管選用2N3711，穩(wěn)壓器選擇LM317。LM317計(jì)算公式為(Iadj非常小，加號(hào)后面那項(xiàng)可以舍去) 查閱書(shū)籍可知LM317三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓變化范圍是Vo1.25V37V（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo1.25V45V），所以R2/R1的比值范圍只能是028.6。因?yàn)閂o=3.2V,可以計(jì)算出因此我選擇了R2=156,R1=100為使充電電流為500mA,選擇了R7=

14、20，R8=51充電功率（C）=充電電流（MA）/電池電容（MAH）。電池電容量為500MAH，充電率=1，則充電電流為500MA。3.4 整體電路及原理如圖3.4所示，該電路給兩節(jié)個(gè)鎳電池充電，件檢測(cè)到個(gè)鎳電池的電壓充電至3.2V或放電至1.6V時(shí)，電路將自動(dòng)斷電或充電。在圖中，交流電壓經(jīng)過(guò)D1、D2、D3、D4整流后的直流電壓給電池充電，經(jīng)過(guò)整流后的直流電壓經(jīng)過(guò)濾波和穩(wěn)壓后供給比較，控制電路，電路LM324(比較放大器)構(gòu)成比較電路，LM317（可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器）的輸出作為L(zhǎng)M324的基準(zhǔn)電壓，電池反饋電壓引至（3）腳，反饋電壓與輸入電壓比較后，由LM324的腳（1）輸出信號(hào)去控制晶體管

15、VT的導(dǎo)通截止，控制繼電器K1、K2對(duì)充放電電路的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電路的控制。 圖3.4自動(dòng)充電器原理圖圖3.4.1充電電流圖為控制充電電流為500mA第4章 仿真與調(diào)試4.1 電路分析仿真4.1.1 電源電路波形 圖4.1.1整流波形4.1.2 如圖所示為電路的濾波部分的波形 如圖4.1.1.2所示為電路的濾波圖4.1.1.2濾波波形4.1.3 充電仿真（1）充電時(shí)的電路，如圖3.3，將2.2V（小于3.2V）電池放入電池盒中，接通電源圖4.1.3充電仿真電路圖（電池小于3.2V）（2） 當(dāng)電池電壓充滿到3.2V時(shí)，繼電器控制電路斷開(kāi)，不再充電，LED燈熄滅圖4.1.3.2充電仿真電路圖

16、（電池等于3.2V）4.1.4 放電仿真放電時(shí)的電路，將J1充電路斷開(kāi)，將3.2V電池放入電池盒中，接通電源圖4.1.4放電仿真電路圖（電池大于2.1V小于或等于3.2V可以一直放電）（2） 當(dāng)電池放電放到小于2.1V時(shí)，繼電器控制電路斷開(kāi)，不再放電圖4.1.4.2放電仿真電路圖（電池放電到2.1V時(shí)不再放電）4.2 仿真結(jié)果分析通過(guò)Multisim真軟件仿真電路后，結(jié)果與預(yù)測(cè)有一定的誤差，不是很成功，從軟件設(shè)計(jì)到實(shí)物測(cè)試，我學(xué)習(xí)了從無(wú)到有，首先從軟件的選擇上，一開(kāi)始選擇了EWB，發(fā)現(xiàn)許多器件都沒(méi)有，后來(lái)我又換了Multisim 10和Multisim 13 仿真，仿真成功了電源部分總體由電源

17、變壓器，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路構(gòu)成。電源方案：將 220V交流電壓經(jīng)過(guò)變壓器到10V左右交流電壓，再通過(guò)整流電路D1-D4整流，C1濾波，再通過(guò)LM317穩(wěn)壓器穩(wěn)壓輸出3.2V直流比較電壓。充電：充電時(shí)的電路，將2.2V（小于3.2V）電池放入電池盒中，接通電源，當(dāng)電池電壓充滿到3.2V時(shí)，繼電器控制電路斷開(kāi)，不再充電，LED1燈熄滅。（LED1 為充電指示燈）放電：放電時(shí)的電路，將J1充電路斷開(kāi)，將3.2V電池放入電池盒中，接通電源，電池放電放到小于2.1V時(shí)，繼電器控制電路斷開(kāi)，不再放電，LED2燈熄滅。（LED2 為放電指示燈）可以實(shí)現(xiàn)邊充電邊放電，也可以實(shí)現(xiàn)充放電的轉(zhuǎn)換。仿真與我

18、的預(yù)期想法基本符合。第5章 實(shí)物制作圖5 實(shí)物焊接圖如圖5所示是本次設(shè)計(jì)的實(shí)物焊接實(shí)物圖。圖中的運(yùn)放采用LM324運(yùn)放，由于實(shí)驗(yàn)繁瑣老師允許我們不做直流穩(wěn)壓電源部分，可以在實(shí)驗(yàn)室直接調(diào)出3.2V直流源，二極管的正負(fù)要正確的區(qū)分，三極管的b,c,e三極正確區(qū)分,才能正確連接電路圖，對(duì)于整個(gè)電路的運(yùn)行是非常重要的啊。第6章 作品測(cè)試與數(shù)據(jù)分析沒(méi)有帶電池，沒(méi)有繼電器的控制，所以我這個(gè)焊接的不太完善第7章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 時(shí)間一點(diǎn)點(diǎn)的流逝，耗時(shí)2周的課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，在老師的指導(dǎo)和自己的努力下我的課程設(shè)計(jì)也完成了。本設(shè)計(jì)電路給兩節(jié)個(gè)鎳電池充電，件檢測(cè)到個(gè)鎳電池的電壓充電至3.2V或放電至2.1V時(shí)，電路

19、將自動(dòng)斷電或充電。交流電壓經(jīng)過(guò)D1-D4整流后的直流電壓經(jīng)過(guò)濾波和穩(wěn)壓后供給比較，控制電路，電路LM324構(gòu)成比較電路，LM317的輸出作為L(zhǎng)M324的基準(zhǔn)電壓，電池反饋電壓引至（3）腳，反饋電壓與輸入電壓比較后，由LM324的腳（1）輸出信號(hào)去控制晶體三極管VT的導(dǎo)通截止，控制繼電器K1和K2對(duì)電路的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)充放電電路的控制。本設(shè)計(jì)采用二極管整流電路整流，用電容C濾波，采用LM317穩(wěn)壓，采用發(fā)光二極管為顯示，采用LM324為過(guò)壓比較。通過(guò)Multisim真軟件仿真電路后，結(jié)果與預(yù)測(cè)有一定的誤差，不是很成功，從軟件設(shè)計(jì)到實(shí)物測(cè)試，我學(xué)習(xí)了從無(wú)到有，首先從軟件的選擇上，一開(kāi)始選擇了EWB，發(fā)現(xiàn)許多器件都沒(méi)有，后來(lái)我又換了Multisim 10和Multisim 13 仿真，仿真成功了，在實(shí)物焊接上有遇到了難題了，就是實(shí)驗(yàn)室好多器件都沒(méi)有，為此我們很失望，其實(shí)老師學(xué)生都有難處，都應(yīng)該相互體諒，才能共同進(jìn)步。在連接實(shí)物的時(shí)候?qū)﹄娐钒宓呐偶苤匾锌傮w和部分思想，對(duì)于運(yùn)放LM324的16個(gè)端口，我也是查書(shū)加百度才分清楚，以及二極管的正負(fù)要正確的區(qū)分，三極管的b,c,e三極正確區(qū)分,才能正確連接電路圖，對(duì)于整個(gè)電路的運(yùn)行是非常重要的啊。通過(guò)這次課設(shè)我學(xué)到了不少東西，執(zhí)著地一定要仿真出來(lái)自動(dòng)控制充放電。確實(shí)是提高了