直流电源充电器的设计-职业学院毕业设计

扬州工业职业技术学院扬州工业职业技术学院 20082008 20092009 学年学年 第第 二二 学期学期 毕业设计毕业设计 课题名称 课题名称 直流电源充电器的设计直流电源充电器的设计 设计时间 设计时间 20092009 年年 2 2 月月 20092009 年年 5 5 月月 系系部 部 电子信息工程系电子信息工程系 班班级 级 04020402 电子信息工程电子信息工程 姓姓名 名 曹婷婷曹婷婷 指导教师 指导教师 董董庆庆源源 总总 目目 录录 第一部分第一部分任务书任务书 第二部分第二部分开题报告开题报告 第三部分第三部分毕业设计报告毕业设计报告 第第一一部部分分 任任 务务 书书 扬州工业职业技术学院扬州工业职业技术学院 毕业毕业设计任务书设计任务书 系系 部部 电子信息电子信息 工程系工程系 指导老师指导老师董董 庆庆 源源职职 称称实验师实验师 学生姓名学生姓名曹婷婷曹婷婷班班级级04020402 电信电信学学 号号0481010304810103 设计题目设计题目直流电源充电器的设计 设计设计 内容内容 目标目标 和和 要求要求 1 1 了解电源的种类与应用 了解电源的种类与应用 2 2 了解产品的功能与特点 了解产品的功能与特点 3 3 用 用 ProtelProtel 绘制出电路原理图绘制出电路原理图 4 4 绘制出电路的 绘制出电路的 PCBPCB 板板 5 5 观看电路板的雕刻过程 观看电路板的雕刻过程 6 6 焊接电路板 焊接电路板 7 7 调试使之正常充电 调试使之正常充电 教研室教研室 审核审核 系部系部 审核审核 第第二二部部分分 开开 题题 报报 告告 扬扬州州工工业业职职业业技技术术学学院院电电子子信信息息工工程程系系2 20 00 09 9 届届 毕毕业业设设计计 论论文文 开开题题报报告告书书 表表毕毕业业设设计计 论论文文 开开题题报报告告书书 表表1 1 1 1 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 制定设计工作方案的能力 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报告的能力 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 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 第第 三三 部部 分分 毕毕 业业 设设 计计 报报 告告 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 1 页 目录目录 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 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 2 页 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 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 3 页 直流电源充电器的制作直流电源充电器的制作 曹婷婷 0402 电信 摘摘 要要 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 关键词关键词 PROTELPROTEL 9999 SESE 电源 整流电路 原理设计 电源 整流电路 原理设计 DCDC powerpower chargercharger ProductionProduction Cao Tingting Telecom 0402 Abstract Abstract 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 KeyKey words words Protel Protel powerpower supply supply rectifier rectifier thethe designdesign principle principle 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 4 页 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 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 5 页 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 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 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 6 页 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 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 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 7 页 大功率电源价格稍高 可达 11 13元 瓦 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 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 8 页 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 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 一般规定 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 U1 U2 I1 I2表示 匝数分别用 N1 N2表示 u1 Z Z 图 2 1 变压器工作原理 N1N2 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 9 页 2 2 1 变压原理 当变压器的一次绕组接入交流电压 u1时 在一次绕组中便有交流电流流过 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 e1和 e2 设一次 二次绕组匝数分别为 N1 N2 则由法拉第 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 e1 N1 d dt e2 N2 d dt 设 msinwt代入上式计算得 e1 wN1 mcoswt 2 fN1 msin wt 90 0 E1msin wt 90 式中 E1m 2 fN1 m 是一次绕组感应电动势的最大值 其有效值为 E1 1 1 414 fN1 m 4 44fN1 m 2 1 同理 二次绕组感应电动势的有效值为 E2 4 44fN2 m 2 2 当忽略一次 二次绕组的直流电阻和漏电磁通时 有 U1 E1 U2 E2 将式 2 1 和式 2 2 取比值 U1 U2 E1 E2 N1 N2 K 2 3 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 U1 U2 为降压变压器 当 K 1 时 U1 U2 为升压变压器 由于 U1 E1 4 44fN1 m 因此在使用变压器时必须注意 U1过高 f 过低 N1过少都会引起 m过大 使变压器中用来产生磁通的励磁电流大大增加而烧坏 变压器 1 变压原理 由以上分析可知 变压器从电网上吸收能量并通过电磁感应 以另一个电压 等级把电能输送给负载 在这个过程中 变压器只起到能量的传递作用 根据能 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 10 页 量守恒定率 在忽略了损耗的情况下 变压器输入 输出的视在功率相等 即 U1I1 U2I2 I1 I2 U2 U1 1 K 2 4 式 2 4 表明 变压器在改变电压的同时 电流也随之成反比例地变化 且一 次 二次电流之比等于匝数之反比 即变压器具有变流功能 变换阻抗原理 变压器除能变压和变流 还能变换阻抗 这在电信工程中有着广泛的应用 阻抗变换原理如图 2 4 所示 图中 ZL为负载阻抗 其端电压为 U2 流过的电 流为 I2 变压器变比为 则 ZL U2 I2 变压器一次绕组中的电压和电 流分别为 U1 KU2 I1 I2 K 从变压器输入端看进去 等效的输入 阻抗 Z L为 Z L U1 I1 K2 U2 I2 K2ZL 式 2 5 表明 负载阻抗 ZL反映到一次侧的等效输入阻抗 ZL 其值为 ZL的 K2 倍 因此 只需改变变压器的匝数比 就可把负载阻抗变换为所需的数值 变压器的同名端及绕组的正确连接 变压器的同名端 当变压器有多个一次绕组或 二次绕组 在使用时又需要将一 次绕组或二次绕组串联或并联 时 就需要知道变压器的同名端 同极性端 如果连接错误 不 但得不到所需的电压值 严重时 还会将变压器烧坏 变压器的同名端是这样定义的 当给变压器的一次绕组 或二次各绕组 通 以电流时 它们在磁路中产生的磁通方向如果相同 则称各绕组电流的流入端为 同名端 用 表示 如图 2 6 所示 其中 A B 为变压器的一次绕组 当电 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 11 页 流从 和 3 端流进时 两绕组产生的磁通方向相同 即 1 和 3 端为两绕组的同名 端 同理 2 4 端也是同名端 C D 为变压器的二次绕组 当电流从 5 和 7 端 流进时 两绕组产生的磁通方向相同 即 5 和 7 端为二次绕组的同名端 变压器的正确连接 当绕组变压器需要进行绕组的串联或并联时 则要依据它的同名端进行连 接 例如 一变压器的一次侧有两个绕组 每个绕组的工作额定电压为 110V 如将变压器接入 220V 交流电源 则绕组需串联连接 正确的连接方法 如图 2 7 a 所示 如将变压器接入 110V 交流电源 则绕组需并联连接 正确的连接方 法 如图 2 7 b 所示 如果同名端接错 则两个绕组产生的磁通方向相反 相 互抵消 使穿过俩绕组的磁通为零 两绕组产生的自感器电动势则为零 绕组中 的电流将变得很大 将导致两绕组烧毁 图 2 7 变压器绕组的正确连接 变压器的二次绕组在链接时 如果将两个二次绕组的异名端 6 7 两端相连 由 5 8 两端输出电压 则输出电压为 CD 两个绕组的输出电压之和 如将两绕组 的同名端 57 两端响亮 由 8 两端输出电压 则输出电压为 CD 两绕组的输出电压 之差 即变压器的二次绕组可以通过不同的组合方式得到不同的电压值 变压器在电子电路中应用时 有时需要考虑绕组的同名端 以判别电路是正 反馈还是负反馈 2 3单相变压器的运行特 对于负载而言 变压器相当于一个电源 要求其供电电压相对稳定 而对 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 12 页 于电网而言 变压器起电能传递作用 要求在传递过程中本身损耗校 效率高 因此 一般用来表示变压器运行特性的指标有两个 一是变压器的电压变化率 二是变压器的效率 一 变压器的外特性及电压变化率 当电源电压和负载的功率因数为定值时 变压器二次侧的端电压 U2 与二次 侧的电流 I2 之间的关系称为变压器的外特性 即 U2 f I2 如图 2 8 所示 从图 2 8 中可以看出 变压器的外特性与负载的大小和性质有关 随着负载 的增大 对于纯电阻性负载 端电压下降较少 对于感性负载 端电压下降较大 对于溶性负载 则端电压有所上升 变压器二次侧输出电压随负载而变化的程度 用电压变化率 来表示 所谓电压变化率 是指负载的功率因数一定 依次侧加 额定电压 二次侧空载和负载时的电压之差的相 对值 即 U20 U2 U20 100 式中 U20 二次侧空载时的电压 U2 二次侧负载时的电压 电压变化率 电压变化率表示了变压器运行时输出电压的 稳定性 是变压器的主要性能指标之一 电力变 压器在额定运行时 一般要求 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 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 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 29 页 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 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 30 页 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 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 31 页 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 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 32 页 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 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 33 页 与金属比如钥匙等接触 容易受潮 而这些都是电池的大敌 建议 用户应该 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 扬州工业职业技术学院毕业设计 第 34 页 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