迎賓器課程設(shè)計(jì)--調(diào)直流穩(wěn)壓電源充電器

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)的目的1</p><p>　　2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)的基本任務(wù)1</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)的基本要求1</p><p>　　3 設(shè)計(jì)方案與論證2&l

2、t;/p><p><b>　　3.1 電源2</b></p><p>　　3.2 功率放大電路2</p><p>　　4 設(shè)計(jì)原理及功能說(shuō)明2</p><p>　　4.1 充電器的原理2</p><p>　　4.2 功能說(shuō)明3</p><p>　　5 單元

3、電路的設(shè)計(jì)5</p><p>　　5.1 降壓變壓器5</p><p>　　5.2 整流電路5</p><p>　　5.3 濾波電路的設(shè)計(jì)6</p><p>　　5.3.1 濾波電路的設(shè)計(jì)原理6</p><p>　　5.3.2 濾波電路的原理圖6</p><p>　　5.4

4、 分壓、穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　5.5 充電器的總電路圖7</p><p>　　6 硬件的制作與調(diào)試...7</p><p>　　6.1 硬件制作7</p><p>　　6.2 調(diào)試階段8</p><p><b>　　7 總結(jié)9</b></p>

5、<p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p>　　附錄1：總體電路原理圖12</p><p>　　附錄2：元器件清單13</p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)的目的</p><p>　　(1)通過(guò)本次課題的設(shè)計(jì),掌握模擬電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)步驟。</p><p>　　

6、(2)學(xué)會(huì)直流穩(wěn)壓電源及充電器的設(shè)計(jì)方法和性能指標(biāo)測(cè)試方法。</p><p>　　(3)培養(yǎng)實(shí)踐技能以及分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。</p><p>　　2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)的基本任務(wù)</p><p>　　設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是著重提高學(xué)生在數(shù)字集成電路應(yīng)用方面的實(shí)踐技能，樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用

7、理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。學(xué)生通過(guò)電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、整理資料等環(huán)節(jié)，初步掌握工程設(shè)計(jì)方法和組織實(shí)踐的基本技能，逐步熟悉開(kāi)展科學(xué)實(shí)踐的步驟和方法。</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　　一．設(shè)計(jì)并制作一個(gè)調(diào)直流穩(wěn)壓電源充電器，主要技術(shù)指標(biāo)要求 </p><p>　　(1)1電池充電器：左通道（E1,E2）充電電流50～60MA(普通充

8、電)；右通道（E3,E4）充電電流110～130mA（快速充電）</p><p>　　(2)充電器使用，電流不能超過(guò)500mA。</p><p>　　二．培養(yǎng)一定自學(xué)能力和獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力。包括：</p><p>　　(1)學(xué)會(huì)自己分析、找出解決問(wèn)題的方法； (2)對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，能獨(dú)立思考，查閱資料，尋找答案； (3)掌握一些測(cè)試電路

9、的基本方法，實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)一般故障，能通過(guò)觀察判斷、實(shí)驗(yàn)、再判斷的基本方法獨(dú)立解決。 (4)能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。</p><p>　　3 設(shè)計(jì)方案與論證</p><p><b>　　3.1 電源</b></p><p>

10、<b>　　方案一：模塊電源</b></p><p>　　模塊電源工作頻率高、體積小、可靠性高，便于安裝和組合擴(kuò)容，所以越來(lái)越被廣泛采用。目前，目前國(guó)內(nèi)雖有相應(yīng)模塊生產(chǎn)，但因生產(chǎn)工藝未能趕上國(guó)際水平，故障率較高。</p><p>　　方案二：AC/DC 電源</p><p>　　AC/DC電源也稱一次電源，它自電網(wǎng)取得能量，經(jīng)過(guò)高壓整

11、流濾波得到一個(gè)直流高壓，供AC/DC 變換器在輸出端得到穩(wěn)定的直流電壓。</p><p>　　AC/DC 模塊電源目前雖然成本較高，但從產(chǎn)品的漫長(zhǎng)應(yīng)用周期的整體成本來(lái)看，特別是因系統(tǒng)故障而導(dǎo)致的高昂的維修成本及商譽(yù)損失來(lái)看，所以選擇方案二。</p><p>　　3.2 功率放大電路</p><p>　　方案一：場(chǎng)效應(yīng)管作為功放元件，大倍數(shù)小，一

12、級(jí)放大只能做到幾倍（可能不到10倍）且入端由于靜電感應(yīng)容易產(chǎn)生擊穿。</p><p>　　方案二：8550三極管放大倍數(shù)大且簡(jiǎn)單便宜，速度快。</p><p><b>　　所以選擇方案二。</b></p><p>　　4 設(shè)計(jì)原理及功能說(shuō)明</p><p>　　4.1 充電器的原理</p><p&

13、gt;　　充電器依據(jù)的原理就是變壓器的工作原理是基于電磁感應(yīng)定律的，磁場(chǎng)是變壓器運(yùn)行的媒介。由于一、二次側(cè)繞組匝數(shù)不同，通過(guò)電磁感應(yīng)作用，可以將一種電壓、電流值的交流電能變換為另一種電壓、電流量值的 產(chǎn)生交流電能。 </p><p>　　晶閘管VT1和VT4為一組橋臂，而VT2和VT3組成了另一組橋臂。在交流電源的正半周區(qū)間內(nèi)，即a端為正，b端為負(fù)，晶閘管VT1和VT4會(huì)導(dǎo)通。此時(shí)，電流id從電源a端經(jīng)VT1、負(fù)

14、載Rd及VT4回電源b端，負(fù)載上得到的電壓ud為電源電壓u2（忽略了VT1和VT4的導(dǎo)通壓降），方向?yàn)樯险仑?fù)，VT2和VT3則因?yàn)閂T1和VT4的導(dǎo)通而承受反向的電源電壓u2不會(huì)導(dǎo)通。因?yàn)槭请娮栊载?fù)載，所以電流id也跟隨電壓的變化而變化。</p><p>　　經(jīng)過(guò)整流后輸出電壓變?yōu)橹绷?，但電壓波形起伏很大，不能使用。為了得到平滑的直流電壓波形，需要采用濾波的措施。濾波措施多是利用電抗元器件對(duì)交流信號(hào)表現(xiàn)的電抗性

15、質(zhì)，將電容或電感與負(fù)載電阻連接而構(gòu)成濾波電路。</p><p>　　經(jīng)過(guò)整流后輸出電壓變?yōu)橹绷?，但電壓波形起伏很大，不能使用。為了得到平滑的直流電壓波形，需要采用濾波的措施。濾波措施多是利用電抗元器件對(duì)交流信號(hào)表現(xiàn)的電抗性質(zhì)，將電容或電感與負(fù)載電阻連接而構(gòu)成濾波電路。</p><p>　　從橋式整流電路輸出的直流經(jīng)過(guò)電阻R7后，在VT4集電極產(chǎn)生壓降，對(duì)電池進(jìn)行普充。快充部分原理與普充電路

16、原理相同，但由于R9阻值比R7阻值小，而橋式整流電路輸出電壓一定，因此在快充電路產(chǎn)生的電流大</p><p><b>　　4.2 功能說(shuō)明</b></p><p>　　該充電器電路主要由振蕩電路、充電電路等組成</p><p><b>　　1．振蕩電路</b></p><p>　　該電路主要由三極

17、管VT2及開(kāi)關(guān)變壓器T1等組成。接通電源后，交流220V經(jīng)二極管VD2半波整流，形成100V左右的直流電壓。該電壓經(jīng)開(kāi)關(guān)變壓器T的1-1初級(jí)繞組加到了三極管VT2的c極，同時(shí)該電壓經(jīng)啟動(dòng)電阻R4為VT2的b極提供一個(gè)正向偏置電壓，使VT2導(dǎo)通。此時(shí)，三極管VT2和開(kāi)關(guān)變壓器T1組成的間歇振蕩電路開(kāi)始工作，開(kāi)關(guān)變壓器T的1-1初級(jí)繞組中有電流通過(guò)。由于正反饋?zhàn)饔?，在變壓器T的1-2繞組感應(yīng)的電壓通過(guò)反饋電阻R1和電容C1加到VT2的b極，

18、使三極管VT2的b極導(dǎo)通電流加大，迅速進(jìn)人飽和區(qū)。隨著電容C1兩端電壓不斷升高，VT1的b極電壓逐漸降低，使三極管VT2逐漸退出飽和區(qū)，其集電極電流開(kāi)始減少，變壓器T的1-1初級(jí)繞組中產(chǎn)生的磁通量也開(kāi)始減少。在變壓器T的1-2繞組感應(yīng)的負(fù)反饋電壓，使VT2迅速截止，完成一個(gè)振蕩周期。在VT2進(jìn)入截止期間，變壓器T的1-3繞組就感應(yīng)出一個(gè)9V左右的交流電壓，作為后級(jí)的充電電壓。</p><p><b>　

19、　2．充電電路</b></p><p>　　該電路主要由電阻和三極管VT3等組成。從變壓器T的1-3繞組感應(yīng)出的交流電壓9V經(jīng)二極管VD3整流、電容C3濾波后，輸出一個(gè)直流12V左右電壓(空載時(shí))，該電壓一部分加到三極管VT3的e極；一部分加到電阻上，電阻分擔(dān)了三極管的偏值電壓。普通充電時(shí)紅燈亮，快速充電時(shí)綠燈亮。同時(shí)充電，則紅綠燈同時(shí)亮。 </p><p>　　3

20、．穩(wěn)壓保護(hù)電路，該電路主要由三極管VT1、穩(wěn)壓二極管VDZ1等組成。</p><p>　　5 單元電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 降壓變壓器</p><p>　　變壓器的工作原理是基于電磁感應(yīng)定律的，磁場(chǎng)是變壓器運(yùn)行的媒介。變壓器內(nèi)部的磁場(chǎng)由一二次側(cè)繞組的磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生，磁路上的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式和電路中的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式是兩種基本電磁關(guān)系。二次側(cè)負(fù)載變化

21、對(duì)一次側(cè)的影響就是通過(guò)二次側(cè)繞組磁動(dòng)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以要實(shí)現(xiàn)充電器的正常充電，就要根據(jù)變壓器的額定值選取適當(dāng)?shù)淖儔浩?。所以選取額定電壓為220V∕9V的單相變壓器。本次課程設(shè)計(jì)的電路：</p><p><b>　　5.2 整流電路</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的電路：

22、

23、 </p><p>　　整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2所

24、示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。</p><p>　　由圖5-1可以看出，負(fù)載上得到的直流輸出電壓ud的波形與半波時(shí)相比多了一倍，負(fù)載電流id的波形與電壓ud波形相似。由晶閘管所承受的電壓ut可以看出，，除在晶閘管導(dǎo)通期間不受電壓外，當(dāng)一組管子導(dǎo)通時(shí)，電源電壓u2將全部加在未導(dǎo)通的晶

25、閘管上，而在四只管子都不導(dǎo)通時(shí)，設(shè)其漏電阻都相同的話，則每只管子將承受電源電壓的一半。</p><p>　　圖5-1 單相橋式全控整流電路</p><p>　　5.3 濾波電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.3.1 濾波電路的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　經(jīng)過(guò)整流后輸出電壓變?yōu)橹绷鳎妷翰ㄐ纹鸱艽?，不能使用。為了得到平滑的直流電?/p>

26、波形，需要采用濾波的措施。濾波措施多是利用電抗元器件對(duì)交流信號(hào)表現(xiàn)的電抗性質(zhì)，將電容或電感與負(fù)載電阻連接而構(gòu)成濾波電路。</p><p>　　濾波電路的原理圖及波形圖</p><p><b>　　如圖5-2所示。</b></p><p>　　圖5-2 濾波電路原理圖 （a） 波形圖 （b）</p><p>　　5.4

27、 分壓、穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，由于濾波電路輸出電壓和電流不是太穩(wěn)定，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過(guò)電感器的電流不能突變的特點(diǎn)將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.1～1.2)U2穩(wěn)壓電路可以采用復(fù)合管穩(wěn)壓電路。 </p><p>　　5.5 充電器的總電路圖</p

28、><p>　　現(xiàn)在各電路模塊的原理及作用已經(jīng)知道了，若各電路模塊已經(jīng)設(shè)計(jì)完成了，那么接下來(lái)我們要把它們有效的結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)其工作。，當(dāng)電路處于充電狀態(tài)時(shí)，三極管導(dǎo)通且工作于放大區(qū)，此時(shí)指示燈亮，表示正在充電，即處于工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　總電路圖可以參照附錄1。</p><p>　　6 硬件的制作與調(diào)試</p><p>

29、<b>　　6.1 硬件制作</b></p><p>　　(1)清查元器件的數(shù)量與質(zhì)量，對(duì)不合格的元件要及時(shí)更換。</p><p>　　(2)確定元器件的安裝方式、安裝高度，一般它由該元器件在電路中的作用、印制板與外殼間的距離以及該器件兩安裝孔之間的距離所決定。</p><p>　　(3)進(jìn)行引腳處理，即對(duì)器件的引腳彎曲成形并進(jìn)行燙錫處理。成

30、形時(shí)不能從引腳根部彎曲，盡量把所有字符的器件面置于觀察的位置，字符應(yīng)從左到右（臥式），從上到下（直立式）。</p><p>　　(4)插裝：根據(jù)元件位號(hào)對(duì)號(hào)插裝，不可插錯(cuò)，對(duì)有極性的元器件，插孔時(shí)應(yīng)特別小心。</p><p>　　(5)焊接：各焊點(diǎn)加熱時(shí)間及用錫量要適當(dāng)，對(duì)耐熱性差的元器件應(yīng)使用輔助工具散熱。防止虛焊、錯(cuò)焊，避免因拖錫造成短路。</p><p>　　

31、(6)焊后處理：剪去多余引腳線，檢查所有焊點(diǎn)，對(duì)缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，必要時(shí)用無(wú)水酒精清洗印制板。</p><p><b>　　6.2 調(diào)試階段</b></p><p>　　總裝完畢，按原理圖及工藝要求檢查整機(jī)安裝情況，著重檢查電源線、變壓器連線、輸出連線及兩塊印制板的連線是否正確、可靠，連線與印制板相鄰導(dǎo)線及焊點(diǎn)有無(wú)短路及其他缺陷。一切正常時(shí)用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)得電源插頭二引

32、腳間的電阻大于500Ω以上，即可通電檢測(cè)。</p><p><b>　　一、測(cè)試</b></p><p>　　充電電流:充電通道內(nèi)不裝電池，置萬(wàn)用表于直流電流檔，當(dāng)正負(fù)表筆分別觸及所測(cè)通道的正負(fù)極時(shí)（兩節(jié)電池為一組），被測(cè)通道充電指示燈亮，所顯示的電流值即為充電電流值。</p><p><b>　　二、調(diào)整</b><

33、/p><p>　　(1)注意所有與版面孔嵌裝元件的高度與孔的配合（如發(fā)光二極管的圓頂部應(yīng)與面板孔相平，面板與撥動(dòng)開(kāi)關(guān)S1、S2是否靈活到位）；</p><p>　　(2) VT4、VT5采用橫裝，焊接時(shí)引腳稍微留長(zhǎng)一些；</p><p>　　(3)由于空間不夠，C1臥裝，R4、R8、R9、R10、R11直立裝，其他電阻元件一律臥裝；</p><p&g

34、t;　　(4)整流二極管全部臥裝；</p><p>　　(5)從變壓器及印制板上焊出的引線長(zhǎng)度應(yīng)適當(dāng)，導(dǎo)線剝頭時(shí)不可傷及銅芯，多股芯線剝頭后銅芯有松散現(xiàn)象，需捻緊以便燙錫，插孔，焊裝；</p><p>　　(6)為了便于焊接，可根據(jù)具體情況采用分類，分片焊裝；</p><p>　　(7)變壓器次級(jí)導(dǎo)線以及負(fù)極板的連接線和電源輸出插座的導(dǎo)線都應(yīng)通過(guò)穿線孔焊在電路板上，

35、負(fù)極電路板和電源輸出電路板的導(dǎo)線也應(yīng)通過(guò)穿線孔再焊在各自的電路板上；</p><p>　　(8)測(cè)試電路時(shí)，必須要保證焊接正確，才能打開(kāi)電源，以防元器件燒壞；</p><p>　　(9)注意三極管的輸入輸出管腳和橋式整流電路中二極管的極性，不應(yīng)反接；</p><p>　　(10)按照原理圖焊接時(shí)必須要保證可靠接地。</p><p><b

36、>　　7 總結(jié)</b></p><p>　　在經(jīng)歷了一個(gè)多星期的艱苦奮斗后，我們的課設(shè)終于出爐了，雖然不是很完美，但他卻見(jiàn)證了我們的辛勤汗水。</p><p>　　本次課設(shè)的完成過(guò)程經(jīng)歷了原理設(shè)計(jì)、電路仿真、實(shí)物焊接、調(diào)試、成型等幾個(gè)階段，每個(gè)階段都付出了很多的努力。剛開(kāi)始起步時(shí)真的是寸步難行，真的不知從何做起，感覺(jué)學(xué)過(guò)的東西不知道怎么用。通過(guò)看資料討論，確定了思路后，

37、還要將思路落實(shí)到原理圖上是很難得，尤其是將各部分子電路之間的連接存在很多問(wèn)題，要一步步進(jìn)行解決。原理圖的設(shè)計(jì)著實(shí)花費(fèi)了很長(zhǎng)時(shí)間，一次次的失敗一次次的糾正，最終使之能夠正確運(yùn)行。焊接階段雖然也很麻煩，但至少可以有章可循，但不可避免的回出現(xiàn)很多問(wèn)題，比如措焊、虛焊等情況，最悲哀的是經(jīng)常要拆焊，拆焊的時(shí)候很容易將焊盤(pán)吸掉，而且布線也是很細(xì)致的活，要費(fèi)很多時(shí)間。我們學(xué)到了很多知識(shí)，以前沒(méi)學(xué)好的東西現(xiàn)在又撿起來(lái)了，而且還培養(yǎng)了我們的意志力和團(tuán)隊(duì)精

38、神，互幫互助，明確分工，使我們?cè)谌蘸蠖家^續(xù)保持的良好習(xí)慣，所以這次課設(shè)是對(duì)我們受益非常大的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周曉軍.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,2009,9:13~15</p><p>　　[2] 周志敏.充電器電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京:人民郵電出版社,2005 , 97~9

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