BT--2000系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计

毕毕 业业 设设 计计 题目 题目 BT 2000 系列电池测试系统系列电池测试系统 主功率模块启动电路的设计主功率模块启动电路的设计 学生姓名 学生姓名 学学号号 专业班级 专业班级 指导教师 指导教师 企业导师 企业导师 二级学院 二级学院 20162016 年年 4 4 月月 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 BT 2000 系列电池测试系统 主功率模块启动电路的设计 摘 要 BT 2000 是 Arbin 仪器公司的多功能电池测试系统 主要用于对各种电池 电池材料 电极的测试 以及产品质量检测 因为其对测试精度要求很高 尤其 对测试结果的存储提出较高要求 因此 系统电源的设计尤其重要 在实际生产 中主要的应用是对恒流 恒压充放电以及脉冲充放电等进行高精度的性能检测 本课题设计完成了一个电源系统的启动电路的设计 其中的基于超级电容器的断 电保护系统 在设备中起延时保护作用 它以超级电容器为核心 由固态继电器 电压比较器和稳压电流源组成 系统实现了启动电路时开机和关机延时的保护作 用 确保开机时主功率模块的电压缓缓上升 关机时继续为负载提供功率 延时 片刻以便保存数据 本论文主要阐述了该电路的原理设计及系统实现过程 关键词 关键词 BT 2000 超级电容器 延时保护 断电保护 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 BT 2000 SERIES BATTERY TESTING SYSTEM THE DESIGN OF THE MAIN POWER MODULE START UP CIRCUIT ABSTRACT BT 2000 is Arbin instruments multi function battery testing system is mainly used for all kinds of batteries battery materials electrode test research as well as product quality inspection because of its high accuracy requirement of the test especially the store put forward higher requirements the result of the test therefore the design of the power system is especially complex The main application in practical production is of constant current constant voltage charging and discharging and performance test of pulse charging and discharging of high precision This topic design completed the circuit of a power supply system design The power off protection system based on super capacitor delay in the equipment protection It super capacitor as the core by the solid state relay voltage comparator and voltage current source System has realized the start up circuit of start up and shutdown time delay protection to ensure that the boot when the main power module edge higher voltage Shutdown continues to provide power for the load when the time delay for a moment in order to save the data This thesis mainly expounds the principle of the circuit design and system implementation process KeyKey words words BT 2000 Super capacitor delay protection power off protection BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 目 录 1 绪论 1 1 1 研究背景和意义 1 1 2 电池测试系统保护电路研究分析 2 2 方案论证及选择 3 2 1 研究内容及设计指标 3 2 2 方案设计与论证 3 2 2 1 系统设计框图 3 2 2 2 恒流源充电电路的选择与论证 4 3 硬件系统设计 6 3 1 超级电容器组模块 6 3 1 1 超级电容器 6 3 1 2 应用分析 7 3 2 恒流源充电电路模块 8 3 2 1 LM117 电压调节器 8 3 2 2 恒流源电路 9 3 3 信号比较电路模块 10 3 3 1 电压比较器工作原理 10 3 3 2 LF353 电压放大器 11 3 4 光电耦合器电路模块 13 3 4 1 光电耦合器工作原理 13 3 4 2 性能分析 13 3 4 3 光电耦合器电路 14 3 5 继电器电路模块 14 3 5 1 G5LE 功率继电器 14 3 5 2 继电器工作原理分析 15 4 系统安装及物料清单 16 4 1 电路板实物图 16 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 4 2 物料清单 17 5 系统调试与结果分析 18 5 1 调试目的 18 5 2 调试步骤 18 5 2 1 电路检测 18 5 2 2 超电容的充电电路 18 5 2 3 固态继电器的延时导通 19 5 2 4 IV 板的 24V 供电电压 19 5 2 5 风机的供电电压 19 5 2 6 Power Off 的信号确认 20 5 3 调试结果分析 20 6 总结 21 参考文献 22 致谢 23 附录 24 附录 A 24 附录 B 24 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 1 页 共 24 页 1绪论 1 1 研究背景和意义 随着时代的发展 我国正采取一系列积极举措 加快电子信息与新材料产业 的发展 一是强化产业发展的组织协调力度 二是完善扶持政策 加大产业支持 力度 将电子信息与新材料产业列入 双千工程 项目库 对符合条件的新材料 产品实行增值税退还政策 三是扩大对外开放 加大招商引资力度 1 Arbin 仪器有限公司是一家对储能装置进行测试设备 测试技术进行研究 开 发 生产的综合性企业 主要产品包括普通电池 动力电池 手机电池 燃料电 池 超电容等储能装置的测试设备 Arbin 的检测设备可应用于多个领域 包括混 合动力电动汽车 通讯 军工 新能源 空间装备和消费类产品的研发等 BT 2000 电池测试系统是 Arbin 公司的一款多功能电池测试系统 主要用于 各种电池 电极材料 电极的测试研究以及产品产量检测 BT 2000 电池测试系 统具有多通道独立 辅助电压测试 辅助温度测试 AC 阻抗测量等特点 结合 Arbin 独立开发的可编程测试软件 可对电池进行可编程测试以及测试数据的保存 记录 可测试内容包括恒流充放电 恒压充放电 恒流转恒压充电 恒功率放电 脉冲充放电 充放电循环 阶梯 斜坡 电压扫描等 为了预防突发状况下突然 断电 系统来不及把记录的数据保存下来 系统设计了断电保护功能 在主功率 模块中的 CPS 超级电容器模板就起到了延时保护的作用 为系统的突然掉电提供 了短暂的供电时间以便将数据记录下来 1 2 电池测试系统保护电路研究分析 BT 2000 电池测试系统 主要用于检测电池的电流 电压 容量 内阻 温 度 电池循环寿命 通过测试软件给出曲线图 BT 2000 电池测试系统可以测不 同型号 不同类型的电池 镍氢 镍镉 锂电等 有多个通道可供选择 可以 单点启动 单点控制 系统可做综合性能测试 可以测试锂离子电池 镍氢电池 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 2 页 共 24 页 聚合物电池 普通干电池 铅酸蓄电池等多类电池 具有测试功能齐全 测试速 度快 精度高 全自动测试 具体数值精确显示等特点 广泛适用于各类电池的 实验研究和生产检测 在实际的生产工业上主要用于电池 电池材料 电极的测 试研究以及产品质量检测 在系统正常测试时 如因突发情况发生断电后 系统可自动存储最后的测试 通道的数据及命令 待接电后设备自动恢复为原有的状态 这个功能称之为断电 保护功能 供电系统发生漏电或短路故障时 采用故障信号快速取样与鉴别 断电 指令脉冲形成和快速断电执行机构等方法 通过断电执行机构快速切断供电网路 的电源或切断故障点能源供应的一种综合保护措施 它不同于一般的继电保护 也 不同于只保护单台电机 电器的一般电气防爆技术 如隔爆外壳等 虽与本质安全 电路的安全性能相当 但它可用于强电电路 与其它电气安全及防爆技术措施配合 使用 可使包括电缆在内的矿井供电系统具有整体防火 防爆安全等 当 BT 2000 电池测试系统在进行较长时间的充放电测试时 考虑到突然的断 开电源会给测试数据保存和机器的磨损带来一些不可避免的后果 在这一系统中 加入一个断电保护电路 此电路能大幅度减小断电瞬间所产生的冲击脉冲直接对 电器造成影响 主要实在供电环境不好的情况下 断电保护电路能给系统提供足 够的时间来保存 记录数据信息 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 3 页 共 24 页 2方案论证及选择 2 1 研究内容及设计指标 研究内容 本课题应完成在 BT 2000 多功能电池测试系统开机时 对电池充电的主功率 模块的输出电压应缓缓上升 在关机时 主功率模块先停止工作 测试设备必须 经过一段延迟时间 以确保测试数据能够安全保存之后才可完全切断电源 根据 之一要求的合集满足这些功能的启动电路 设计指标 1 模块工作电压 24VDC 2 输入电源电压 220VAC 50Hz 3 开机延时功能 超电容的充电使电压缓缓上升 固态继电器的延时导通 使得合上电源后 2s 左右电压才达到 24V 4 停电持续供电功能 断开电源后 电压慢慢下降 将至 23V 时 变为 0V 2 2 方案设计与论证 2 2 1系统设计框图 超级电容板的总体设计电路框图如图2 1所示 主要包括恒流源充电电路 信 号比较电路和逻辑判断电路 接上220V交流电源后 电路先为串联的超级电容器 组供电 固态继电器工作 为电压比较器的 端提供低电平 当 输入 端电压高于 输入端时 电压比较器输出高电平 光电耦合器的LED灯不亮 光电耦合器不工作 当电压比较器的 端上接的电容充满电时 输入 端电压低于 输入端时 电压比较器输出低电平 光电耦合器正常工作 这 时才为主功率板块供电 系统起到开机延时作用 在断开电源时 超级电容器组 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 4 页 共 24 页 RVOUTII g g I o I 进行放电 继续为主功率模版充电 维持1 2s后功率继电器停止工作 断开电源 以便保存下数据 起到延时关机的作用 图 2 1 系统设计原理框图 2 2 2恒流源充电电路的选择与论证 论证一 由 MC7805 组成的恒流源的分析 MC7805 为三段固定式集成稳压器 电路图如图 2 2 所示 电流 的电流对 是不能忽略的 且随 及环境温度的变化而变化 所以这 个电路在精度要求有些高的场合不适用 图 2 2 MC7805 组成的恒流源 放电 控制端 电流源 功率 继电器 超级电容器组 固态 继电器 电压 比较器 光电 耦合器 220V 交流电 源 输出端 开关电源 24V OUT V in V BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 5 页 共 24 页 论证二 由 LM117 组成的恒流源的分析 LM117 是三端可调输出的线性稳压器集成电路 电路图如图 2 3 所示 的输出电流是微安级的 所以相对于可以忽略不 25 1 refrefadj VRVII adj I o I 计 由此可见其恒流效果更佳 图 2 3 LM117 组成的恒流源 方案一与方案二的对比分析 如果以 MC7805 组成恒流源 的电流无法被忽略 电阻上消耗了大量电压 g I 余量以至于差分对和尾电流源要进入线性区 因此限制了电路电流的精度要求 而以 LM117 组成的恒流源不同于 MC7805 之处是 其具有很大的输出电阻而且其 阻值与直流压降无关 因此可以大幅提高恒流效果而不消耗大量的电压余量 在 本实验中对电流值的精度要求较高 则选择恒流效果佳 可靠性高的第二个方案 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 6 页 共 24 页 3硬件系统设计 3 1 超级电容器组模块 3 1 1超级电容器 超级电容是一种新型的储能元器件 它相比其它储能元器件有很多优势 比 如比功率高 充电速度快 放电电流大 使用寿命长 不污染环境等 其具有很 大的发展前景 但由于超级电容个体电压不高 在实际应用过程中就需要将多个 超级电容器串并联起来使用 4 超级电在充放电过程中 由于其参数存在离散型 即使是同一型号同一规格的超级电容器在其电压内阻 容量等参数上都存在一定 的差异 这样容易导致某些超级电容器过充或者过放 影响超级电容的使用寿命 和系统的稳定性 同时 超级电容器在充放电过程中 超级电容器电池组两端的 电压会逐渐下降 尤其经过长时间大电流放电 电压下降显 会直接影响负载的 工作稳定性 超级电容器的充放电控制电路有恒压 恒流等 放电稳压有稳压管 稳压 三极管反馈稳压 集成芯片稳压等等方式 尽管超级电容器能量密度是蓄电池的 5 或是更少 但是这种能量的储存方式 可以应用在传统蓄电池不足之处与短时高峰值电流之中 相比电池来说 这种超级 电容器有以下几点优势 10 1 电容量大 超级电容器采用活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极 与 电解液接触的面积大大增加 根据电容量的计算公式 两极板的表面积越大 则电容量 越大 因此 一般双电层电容器容量很容易超过 1F 它的出现使普通电容器的容量 范围骤然跃升了 3 4 个数量级 目前单体超级电容器的最大电容量可达 5000F 2 充放电寿命很长 可达 500000 次 或 90000 小时 而蓄电池的充放电寿 命很难超过 1000 次 可以提供很高的放电电流 如 2700F 的超级电容器额定放电电 流不低于 950A 放电峰值电流可达 1680A 一般蓄电池通常不能有如此高的放电电 流 一些高放电电流的蓄电池在如此高的放电电流下的使用寿命将大大缩短 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 7 页 共 24 页 3 可以数十秒到数分钟内快速充电 而蓄电池在如此短的时间内充满电将 是极危险的或是几乎不可能 4 可以在很宽的温度范围内正常工作 40 70 而蓄电池很难在 高温特别是低温环境下工作 超级电容器用的材料是安全和无毒的 而铅酸蓄电池 镍镉蓄电池均具有毒性 而且 超级电容器可以任意并联使用来增加电容量 如采取均 压措施后 还可以串联使用 3 1 2应用分析 超级电容器的两个主要应用 高功率脉冲应用和瞬时功率保持 高功率脉冲 应用的特征 瞬时流向负载大电流 瞬时功率保持应用的特征 要求持续向负载 提供功率 持续时间一般为几秒或几分钟 瞬时功率保持的一个典型应用 断电 时磁盘驱动头的复位 不同的应用对超电容的参数要求也是不同的 高功率脉冲 应用是利用超电容较小的内阻 R 而瞬时功率保持是利用超电容大的静电容量 C 2 超级电容器具有额定电压低 电容量偏差小的特性 这对提高多个电容串联 组成电容组的储能是很有意义的 超级电容器的主要应用 高功率脉冲应用和顺 势功率保持 高公路脉冲应用的特征 瞬时流向负载大电流 瞬时功率保持应用 的特征 要求持续向负载提供功率 持续时间一般为几秒或几分钟 由于超级电容器的高可靠性 安全性 系统结构设计易于维护 作为一个新 型的材料能源 具有很高的研究意义和使用价值 在 BT 2000 电池测试系统中 其中的断电保护电路是等效串联一个超级电容组 当系统突然断电时 由超级电 容组为系统继续供电 2 3s 以便系统数据的保存 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 8 页 共 24 页 3 2 恒流源充电电路模块 3 2 1LM117 电压调节器 LM117 是三端可调输出的线性稳压器集成电路 LM117 的输出电压范围是 1 2V 至 37V 负载电流最大为 1 5A LM117 的使用非常简单 仅需两个外接电阻 来设置输出电压 此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好 LM117 内置有过载保护 安全区保护等多种保护电路 通常 LM117 不需要外接电 容 除非输入滤波电容到 LM117 输入端的连线超过 15 厘米 使用输出电容能改 变瞬态响应 调整端使用滤波电容能得到比标准稳压器高的多的纹波抑制比 特性 提供 1 8V 2 5V 2 85V 3 3V 5V 和可调电压的型号 节省空间的 SOT 223 和 LLP 封装 电流限制和热保护功能 输出电流可达 800mA 线性调整率 0 2 Max 负载调整率 0 4 Max 温度范围 LM1117 0 125 LM1117I 40 125 应用 85V 模块可用于 SCSI 2 有源终端 开关 DC DC 转换器的主调压器 高效线性调整器 电池充电器 电池供电装置 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 9 页 共 24 页 典型应用电路如图 3 1 所示 图 3 1 LM117 组成的恒流源 决定 LM117 输出电压的是电阻 R1 R2 的比值 假设 R2 是一个固定电阻 因为 输出端的电位高 电流经 R1 R2 流入接地点 LM317 的控制端消耗非常少的电流 可忽略不计 所以 控制端的电位是 I R2 又因为 LM317 控制端 输出端接脚间 的电位差为 1 25 V 所以 Out 输出 的电压是 接下来 计算 I out 与 adj 接脚间的电位差为 1 25 V 电阻 R1 电流 I 是 1 25 R1 3 2 2恒流源电路 LM117 是三端可调输出的线性稳压器集成电路 LM117 的输出电压范围是 1 2V 至 37V 负载电流最大为 1 5A LM117 的使用非常简单 仅需两个外接电阻 来设置输出电压 在这里的 LM117 作为电流源为超级电容组充电 LM117 作为一 个正电流源 输出端接 5 电阻 为超级电容组输出电压为 2 5V 电路如图 3 2 所 示 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 10 页 共 24 页 图 3 2 电流源充电电路 3 3 信号比较电路模块 3 3 1电压比较器工作原理 电压比较器是一种常用的集成电路 是对输入信号进行鉴别与比较的电路 是组成非正弦波发生电路的基本单元电路 它可用于报警器电路 自动控制电路 测量技术 也可用于 V F 变换电路 A D 变换电路 高速采样电路 电源电压监 测电路 振荡器及压控振荡器电路 过零检测电路等 从图 3 3 可以看出 比较器 电路就是一个运算放大器电路处于开环状态的差分放大器电路 图 3 3 电压比较器工作原理 由运算放大器组成的差分放大器电路 输入电压VA经分压器R2 R3分压后接 在同相端 VB通过输入电阻R1接在反相端 RF为反馈电阻 若不考虑输入失调电 压 则其输出电压Vout与VA VB及4个电阻的关系式为 Vout 1 RF R1 R3 R2 R3 VA RF R1 VB 若R1 R2 R3 RF 则 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 11 页 共 24 页 Vout RF R1 VA VB RF R1为放大器的增益 当R1 R2 0 相当于R1 R2短路 R3 RF 相当于R3 RF开路 时 Vout 增益成为无穷大 其电路图就形成 图4 b 的样子 差分放大器处于开环状态 它就是比较器电路 实际上 运放处于 开环状态时 其增益并非无穷大 而Vout输出是饱和电压 它小于正负电源电压 也不可能是无穷大 3 3 2LF353 电压放大器 LF353 的总体电路设计还是比较简洁的 此类拓扑在目前的功率运算放大器 设计中是主流 输入放大级是由两只 P 沟道 JFET 组成的共源极差分电路 并且用 镜像恒流源做负载来提高增益 在输入差分放大级和主电压放大级之间是一个由 射极跟随器构成的电流放大级 用来提高主电压放大级的输入阻抗和共源极差分 电路的负载增益 主电压放大级是一个简单的单级共射极放大电路 为了保证放 大器的稳定性 在主电压放大级的输出端到输入差分放大级的输出端加入了一个 电容补偿网络 跟补偿电容并联的二极管保证单级共射极放大电路构成的主电压 放大级不进入饱和状态工作 输出电流放大级是 NPN 和 PNP 构成的互补射极跟随 器 两个 100 的电阻用来稳定输出电流放大级的静态电流 200 的电阻用来限 制输出短路电流 LF353 是低成本 高速 双 JFET 输入运算放大器的输入失调电压与内部装饰 他们还要求保持低电源电流大的增益带宽积和快速变化速率 此外 配合高压 JFET 输入设备提供非常低的输入偏置电流 这种放大器可用于高速集成电路 快 速模数转换器 采样保持电路和要求低输入失调电压 低输入偏置电流 高输入 阻抗 高压摆率和宽的带宽等应用 LF353 把匹配的高电压的 JFET 晶体管和标准的双极性晶体管放到了一块芯片 上 此运放的特征是低输入失调和偏置电流 低偏置电压和偏置电压漂移 可以 进行偏执调节而不会降低漂移和共模抑制比 也设计有高压摆率 宽带宽 极快 的简历时间 低电压电流噪声 1 优点 代替昂贵的混合型和模块型 FET 运算放大器 低噪声应用性能优异 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 12 页 共 24 页 高或低的输入源阻抗均可 偏置可调不会像其他合成型运放降低漂移和共模抑制比 内部补偿和可承受大的差分输入电压 2 应用 精密高速积分器 快速模 模转换器 高阻抗缓冲保护 宽带 低噪 低漂移放大器 对数放大器 光电放大器 采样保持电路 3 温度范围 0 70 4 内部示意图 图 3 4 LF353 引脚结构图 当 输入端电压高于 输入端时 电压比较器输出高电平 当 输入端电压低于 输入端时 电压比较器输出为低电平 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 13 页 共 24 页 3 4 光电耦合器电路模块 3 4 1光电耦合器工作原理 光电偶合器件 简称光耦 是把发光器件 如发光二极体 和光敏器件 如 光敏三极管 组装在一起 通过光线实现耦合构成电 光和光 电的转换器件 当电信号送入光电耦合器的输入端时 发光二极体通过电流而发光 光敏元 件受到光照后产生电流 CE导通 当输入端无信号 发光二极体不亮 光敏三极 管截止 CE不通 对于数位量 当输入为低电平 0 时 光敏三极管截止 输出 为高电平 1 当输入为高电平 1 时 光敏三极管饱和导通 输出为低电平 0 若基极有引出线则可满足温度补偿 检测调制要求 3 4 2性能分析 光电耦合器之所以在传输信号的同时能有效地抑制尖脉冲和各种杂讯干扰 使通道上的信号杂讯比大为提高 主要有以下几方面的原因 1 光电耦合器的输入阻抗很小 只有几百欧姆 而干扰源的阻抗较大 通常为 105 106 据分压原理可知 即使干扰电压的幅度较大 但馈送到光电耦合器输 入端的杂讯电压会很小 只能形成很微弱的电流 由于没有足够的能量而不能使 二极体发光 从而被抑制掉了 2 光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系 也没有共地 之间的 分布电容极小 而绝缘电阻又很大 因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光 电耦合器馈送到另一边去 避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生 3 光电耦合器可起到很好的安全保障作用 即使当外部设备出现故障 甚至输 入信号线短接时 也不会损坏仪表 因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间 可以承受几千伏的高压 4 光电耦合器的回应速度极快 其回应延迟时间只有10 s左右 适于对回应速 度要求很高的场合 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 14 页 共 24 页 3 4 3光电耦合器电路 图 3 5 光电耦合器电路 图3 5所示的是电路中的光电耦合器部分 其中 2 管脚接电压比较器的 1 端 当电压比较器输出高电平时 光电耦合器的二极管不导通 当电压比较 器输出低电平时 光电耦合器的 1 端和 2 端导通 光敏元元件开始产生电 流 3 5 继电器电路模块 3 5 1G5LE 功率继电器 功率继电器 power relay 是一种在输入量 或激励量 满足某些规定的条 件时 能在一个或多个电器输出电路中产生跃变的一种器件 可用于中性点直接 接地系统 作为零序电流保护的方向元件 功率继电器的负载分类 微功率继电器 当触点开路电压为直流28V时 触点额定负载电流 阻性 为 0 1A 0 2A的继电器 弱功率继电器 当触点开路电压为直流28V时 触点额定负载电流 阻性 为 0 5A 1A的继电器 中功率继电器 当触点开路电压为直流28V时 触点额定负载电流 阻性 为 2A 5A的继电器 大功率继电器 当触点开路电压为直流28V时 触点额定负载电流 阻性 为 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 15 页 共 24 页 10A 15A 20A 25A 40A 的继电器 G5LE功率继电器可承受4500V的脉冲 有熔剂和塑料两种密封规格 是绝缘 安全的理想器件 常用于设备 家用电器 车库门开启器 音频设备等 封装规格如图3 6所示 图 3 6 继电器 G5LE 1 结构尺寸图 3 5 2继电器工作原理分析 这一部分的电路由分别由固态继电器和功率继电器组成 图3 7为固态继电器 部分 当J5接上220V交流电压时 内部开关打到 5 和 8 管脚 p off段段开 为电压比较器的 2 管脚提供低电平 光电耦合器正常工作 图3 8为功率继电器 接上24V电源时 继电器开关打到 3 管脚 为超级电容器组供电 当断开 24V电源时 超级电容组为电路供电 则 2 3s后继电器才断开 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 16 页 共 24 页 图 3 7 图 3 8 4系统安装及物料清单 4 1 电路板实物图 图 4 1 实物电路底面图 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 17 页 共 24 页 图 4 2 实物电路顶面图 4 2 物料清单 物料号物 料 描 述数 量Designator 手焊部分 383050 PCB 单模块控制电源 UPS 板 Ver A 尺寸 2 37inchx8 9inch 1 351930CAP Ultra 10F 2 7V 10C1 327370CAP ELECTRO 220uf 35V CAPD3 5X8 0X11 5 1C2 304090CAP ELECTRO 47uF 35V CAPD2 0X5 0X112C3 C4 109348发光二极管 5302H5 12V 绿色1D3 193866菲尼克斯端子 MSTBV2 5 2 GF 5 081J1 373362菲尼克斯端子 MCV1 5 2 GF 3 812J2 J4 388250菲尼克斯端子 MCV1 5 6 GF 3 811J3 306250菲尼克斯端子 MSTBV2 5 3 GF 5 081J5 170274继电器 MY2 220V 240VAC 10A1K1 140738Relay G5LE 14 24V1K2 363258金属膜电阻 12 欧 1W 0 01 进口1R15 111807RES AXIAL 4 7K 0 25W 0 01 US AXIAL 0 351R16 103028 IC LM317T TO 220 3 Terminal Adjustable Regulator positive voltage 1U4 贴片部分 365714光耦继电器 AQY212GS 松下2U1 U3 301410IC MC34072AD SOP1U2 327354贴片二极管 B340 SMC 封装2D1 D2 345458功率管 STN3PF06 SOT 2231Q2 388818MOS 管 IRF8734PBF SO81Q3 319146RES SMD 150 0 01 080510R1 308946RES SMD 100K 0 01 08055 R2 R10 R11 R13 R14 186770RES SMD 4 7K 0 01 08053R3 R5 R12 309218RES SMD 20K 0 01 08052R4 R8 178786RES SMD 1M 0 01 08051R6 204802RES SMD 0 0 01 08051R7 186762RES SMD 4 99K 0 01 08051R9 666666安装部分1安装部分 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 18 页 共 24 页 5系统调试与结果分析 5 1 调试目的 按照系统的 PCB 图讲元器件安装 焊接上电路板 然后检查每一个元器件 确保都正确安装 没有接反或虚焊的情况下 需检测这块电路板的供电电压 超 级电容的充放电 固态继电器的延时导通以及风机供电电压和 Power off 信号的确 认 以此检验这块电路板是否可以正常工作 5 2 调试步骤 5 2 1电路检测 1 将焊接好的超电容线路板放在 BT 2000 的调试台上 2 接上 J1 端子 24V 的供电电源端子 J1 1 24V IN J1 2 24V 和 J5 端子 220V 的交流电源 分别接 J5 1 J5 2 并供电 3 检测接入的 24V 供电电源和 220V 交流电源是否电压正常 问题分析 问题分析 若检测到 24V 供电电源不正常时 可尝试在主功率板上更换一个新的 24V 开 关电源再进行检测 若检测到 220V 交流电源不正常时 在确保实验室内供电正常 的情况下 可能出现这种情况的问题一般在电源线或者插排上 5 2 2超电容的充电电路 1 接上 J1 端子 24V 的供电电源端子 J1 1 24V IN J1 2 24V 和 J5 端子 220V 的交流电源 分别接 J5 1 J5 2 并供电 2 用万用表测量 24V 的负端 J1 2 脚 和 R15 表示 R15 的管脚 的电压 未到 24V 的时候 两端的电压应该会缓缓上升 问题分析 问题分析 接通电源前应先确认超级电容器组中的超级电容器没有接反的情况 否则会 390514 散热片 单 MOS 管用 25 23 16mm 针间距 18mm 孔高 18 5mm 1 BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 19 页 共 24 页 导致超级电容器发生爆炸 这个步骤主要是要检测超级电容器组是否能正常充电 若不能正常工作 可能是焊接失误导致功率继电器被烧坏 可替换个新的功率继 电器再进行检测 5 2 3固态继电器的延时导通 1 接上 J1 端子 24V 的供电电源端子 J1 1 24V IN J1 2 24V 和 J5 端子 220V 的交流电源 分别接 J5 1 J5 2 暂时不供电 2 利用万用表 万用表档值打到直流电压 200V 测量 IV 板供电端 J2 的 值 J2 1 和 J2 2 3 合上 220V 电源 此时万用表显示为 0V 电压 4 合上电源后 2S 2S 此时万用表显示为 24V 电压 5 确认指示灯 D3 在合上 24V 电源时点亮 问题分析 问题分析 检测系统的开机延时功能 若 D3 在合上 24V 电源时不亮 可能情况有两种 一是指示灯坏了 二是 24V 电源不正常 5 2 4IV 板的 24V 供电电压 1 接上 J1 端子 24V 的供电电源端子 J1 1 24V IN J1 2 24V 和 J5 端子 220V 的交流电源分别接 J5 1 J5 2 并供电 2 利用万用表 万用表档值打到直流电压 200V 检测 BT 2000 IV 板供 电端 J3 3 和 J3 4 是否正常 3 读取万用表值 确认 IV 板供电电压是否 24V 允许误差范围在 1 以内 电压值稳定不跳动 4 220V 导通 3 5 分钟 确认超级电容充电完成 5 断开电源 读取 J3 3 和 J3 4 电压 确认是否该电压为 24V 慢慢下降 2s 2s 之后 降至 20 22V 的时候 变为 0V 问题分析 问题分析 检测系统的延时断电功能 超级电容器组充电完成后 断开电源 此时超级 电容器组开始放电 为 IV 板继续供电 2 3s BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 20 页 共 24 页 5 2 5风机的供电电压 1 接上 J1 端子 24V 的供电电源端子 J1 1 24V IN J1 2 24V 并供电 2 利用万用表 万用表档值打到直流电压 200V 检测风机供电电压 J3 1 24V IN J3 2 24V 3 检验风机供电电压值为 24V 允许误差范围在 1 以内 问题分析 问题分析 检测散热系统的风机供电端是否正常供电 一般不正常情况是 J3 的端口可能 出现虚焊的情况 用烙铁补焊后再进行检测 5 2 6Power Off 的信号确认 1 接上 J1 端子 24V 的供电电源端子 J1 1 24V IN J1 2 24V 和 J5 端子 220V 的交流电源 分别接 J5 1 J5 2 并供电 2 利用万用表 万用表档值打到测量同路状态 测量 IV 板供电端 power off 信号值 J3 5 和 J3 6 3 220V 供电时 J3 5 和 J3 6 为断开状态 4 220V 断电时 J3 5 和 J3 6 为闭合状态 问题分析 问题分析 检测固态继电器是否正常工作 若不正常 则可能是固态继电器损坏或烧坏 了 重新替换一个再进行检测 5 3 调试结果分析 将焊接好的超级电容板进行上述的调试 在确保元器件没有焊反 线路没有 短接的情况下检测 1 充电时 用万用表测 J1 2 和 R15 管脚 两端电压缓缓上升至 24V 2 用万用表在不供电情况下测试供电端 J2 此时电压为 0V 合上 220V 电 源后 2s 万用表电压为 24V D3 指示灯亮 3 确认超级电容充电完成的情况下 断开电源 读取 J3 端子的电压 电压 为 24V 慢慢下降 2s 后将至 23V 时 电压变为 0V BT 2000 系列电池测试系统主功率模块启动电路的设计 第 21 页 共 24 页 6总 结 随着科学技术和工业生产的发展 测量范围日益扩大 测量任务越来越复杂 测 量工作量随之加大 对测量精度和速度的要求也越来越高 在实际测量中 不仅要 求连续实时显示 而且要求实时处理大量的测试数据 传统仪器很难满足这些要求 这就迫使仪器朝着数字化 智能化 多功能 小型化 模块化 虚拟化 标准化 和开放型方向发展 随着技术进步和应用领域的扩大 这种演进的趋势也在明显加 强 企业对于大学生的要求是希望他们能有 实战 的经验 希望大学生能多参 加社会实践来锻炼自己的能力从而能更加积极坦然的面对自己得与失 大学生在 校以及走上社会以后都要锻炼自己强大的心理承受能力 真正的原因在于我们自 己身上 如果我们总会觉得社会就是我们的敌人 自己生活的不幸的来源就是社 会 这样的想法本身就是大学生也可以说是年轻人心理不健康的表现 断正自己 的态度也是决定人生的一大要点 如果我们换一种思维的话 把自己当做是社会 的主人的人 这样我们才能够在社会上争得一席之地 要靠着自己的能力才能够 成功 通过这次实践 我复习了大学三年所学的很多知识 熟悉了很多电子集成电 路的工作原理及用途 更进一步地增强了实验的动手能力 不但加深了对 AD 这一 软件的熟练操作 也熟悉了元器件调整及属性的编辑等操作 在布线和排版上也 找到了一些规律和思维 毕业设计收获很多 比如学会了查找相关资料相关标准 与同学们交流 分析数据 提高了自己的设计能力 懂得了许多经验公