直流电源恒流充电两用电路

1、 模拟电子技术基础) 论文(课程设计 直流电源、恒流充电两用电路 院（系）名称 级专业班 号 学 学姓生名 指导教师 2015.7.19 2015.7.6 间时止起 ： 20 / I 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室：电子信息工程 学 号 学生姓名 专业班级 课程设计（论文）题目直流电源、恒流充电两用电路 课程设计（论文）任务 任务要求： 直流电源是为各种电子电路或电子设备提供直流供电的电子装置，在电网电压或负载电阻变化时，输出电压基本保持不变。恒流充电是电流维持在恒定值的充电。由直流电源部分和恒流充电部分组成。 技术要求： 1、输出直流电压

2、连续可调。 2、对镍镉电池充电。 3、具有功能显示设计。 4、利用 Multisim（或 EWB）进行电路仿真与调试。 指导教师评语及成绩 平时成绩： 答辩成绩： 论文成绩： 作品成绩： 指导教师签字： 总成绩： 日 月 年 。20%，作品成绩，论文成绩占，答辩成绩占注：平时成绩占 20%20%40%20 / II 摘 要 电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电源除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的稳压电源。直流稳压电源可以输出不随交流电网电压的波动或负载的变动而变化的直流电压。恒流充电是电流维持在恒定值的充电。一种广泛采用的充电方法，可以对蓄电

3、池，镍镉电池等充电。直流电源、恒流充电两用电路是由直流稳压电源部分和恒流充电部分组成。 直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，最后输出不随交流电网电压的波动或负载的变动而变化的直流电压。恒流充电器由恒流源和充电指示电路构成，可以以恒定电流对镍镉电池充电。 本文研究的直流电源、恒流充电两用电路中，直流电源输出电源连续可调，并对恒流充电电路供电。恒流充电器可以恒定电流对镍镉电池充电，其中充电指示电路能检查是否充电或充满。利用了 Multisim.10 对直流电源、恒流充电两用电路进行了仿真调试与分析，并根据仿真电路焊接实物，对实物进行调试与分析，验证是否达到课程设计要求。 关键

4、词：直流稳压电源；恒流充电；稳压器；恒流源 20 / 目 录 第 1 章 绪论 . 0 1.1 直流电源、恒流充电两用电路发展概况（或研究现状） . 0 1.2 本文研究内容 . 0 第 2 章 直流电源、恒流充电两用电路总体设计方案 . 2 2.1 直流电源、恒流充电两用电路设计方案论证 . 2 2.2 总体设计方案框图及分析 . 2 第 3 章 直流电源、恒流充电两用电路单元电路设计 . 3 3.1 直流电源具体电路设计 . 3 3.1.1 变压器设计 . 3 3.1.2 单相桥式整流电路设计 . 3 3.1.3 滤波电路设计 . 4 3.1.4 稳压电路设计 . 4 3.1.5 直流电源

5、电路设计 . 5 3.2 恒流充电具体电路设计 . 5 3.2.1 充电指示电路设计 . 5 3.2.2 恒流源设计 . 6 3.2.3 恒流充电电路设计 . 6 3.3 元器件型号选择 . 7 3.4 参数计算 . 7 3.5 直流电源、恒流充电总体电路图 . 8 第 4 章 直流电源、恒流充电两用电路仿真与调试 . 9 4.1 Multisim 仿真与调试 . 9 4.2 仿真结果分析 . 10 第 5 章 直流电源、恒流充电两用电路实物制作 . 11 5.1 直流电源电路焊接 . 11 5.2 恒流充电电路焊接 . 11 5.3 直流电源、恒流充电两用电路作品 . 11 第 6 章 作品

6、测试与数据分析 . 12 第 7 章 总结 . 13 参考文献 . 14 附 录 I . 15 附 录 II . 1620 / I 第 1 章 绪论 1.1 直流电源、恒流充电两用电路发展概况（或研究现状） 当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路-电源电路。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能，所以电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电源除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的稳压电源。交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳

7、压器的直流输出电压都会保持稳定。直流稳压电源引可广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、直流电机、充电设备等。恒流充电是电流维持在恒定值的充电。一种广泛采用的充电方法。蓄电池的初充电，运行中的蓄电池的容量检查，运行中的牵引蓄电池的充电以及蓄电池极板的化成充电，多采用恒流或分阶段恒流充电。此法的优点是可以根据蓄电池的容量确定充电电流值，直接计算充电量并确定充电完成的时间。 1.2 本文研究内容 直流电源、恒流充电两用电路由直流稳压电源和恒流充电两部分组成。 1) 直流电源 设计直流电源。电网供给的交流电（220，50Hz）经电源变压器降压后得到符合电路需要的交流电，然后由整

8、流电路变换成方向不变，大小随时间变化的脉动电压，再用滤波器滤去其交流分量，通过稳压电路，得到比较平直稳定的直流电压。在电网电压或负载电阻变化时，输出电压基本保持不变。并使输出电压连续可调。 2) 恒流充电 由直流电源对充电器供电对镍镉电池充电。镍镉电池是一种可以反复设计恒流充电器。恒流充电电路由次左右，性价比较高。使用、反复充电的直流电源，它的充放电次数一般在500直流电源提供稳定电压，恒源电路提供稳定电流，对镍镉电池进行恒流充电，并具有显示功能。 利用 Multisim.10 进行仿真测试。 20 / 0 第 2 章 直流电源、恒流充电两用电路总体设计方案 2.1 直流电源、恒流充电两用电路

9、设计方案论证 直流电源、恒流充电两用电路由直流稳压电源和恒流充电两部分组成。 设计要求 1、输出直流电压连续可调。 2、对镍镉电池充电。 3、具有功能显示设计 直流电源。电网供给的交流电（220，50Hz）经电源变压器降压后得到符合电路需要的交流电，然后由单相桥式整流电路整流变成单向脉动直流电压，直流脉动电压经过由滤波电容构成的滤波电路滤去脉动电源中的波纹得到较平滑的直流电压，再通过由独立原件稳压二级管设置的串联反馈式稳压电路，得到不受电网电压或负载电阻变化影响的稳定直流电压。输出电压连续可调。恒流充电。由上面设计的直流稳压电源供电，通过充电指示电路和由集成稳压器与限流电阻构成的恒流源，连接镍

10、镉电池，可对其充电。此设计方案满足设计要求。 2.2 总体设计方案框图及分析 图 2.2 设计方案框图 20 / 1 第 3 章 直流电源、恒流充电两用电路单元电路设计 3.1 直流源具体电路设计 3.1.1 变压器设计 图 3.1.1 变压器 变压器把交流电网电压变为整流电路所需的交流电压。 UU21 3.1.2 单相桥式整流电路设计 图 3.1.2 单相桥式整流电路 整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这样任务主要是靠二极管的单向导电作，因此二极管是构成整流电路的关键原件。用 R1 是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。一般电网电压波动范围为?

11、10%。实际上选用的二极管的最大整流电流和最高反向电压应留有大于的 10%VIRMDM余量。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分利用，效率较高。 20 / 2 3.1.3 滤波电路设计 图 3.1.3 滤波器电路 滤波电路用于滤去整流输出电源中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器 C。由于电抗元件咋电路中有储能作用，并联的电容器 C 在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把电场能量释放出来，式负载电压比较平滑，即电容 C 具有平波的作用。电容

12、滤波电路简单，负载直流电压较高，波纹也较小，它的缺点是输出特性差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。 3.1.4 稳压电路设计 图 3.1.4 串联反馈式稳压电路 如图是串联反馈式稳压电路的一般结构图，三级管为调整管，U1 为比较放大器，基准电压由稳压管 D1 与限流电阻 R1 电阻串联构成，R2、R5 与 R4 组成反馈网络，是用来20 / 3 与负载 Q1 反映输出电压变化的取样环节。这种稳压电路的主回路是起调整作用的 BJT 串联，故称串联式稳压电路。 直流电源电路设计 3.1.5 图 3.1.5 直流稳压电源电路 由电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压器连接构成。 输出电压的调

13、节范围 R11 动端在最上端时，输出电压最小RR?R?91011?VV minZOR?R1110R11 动端在最下端时，输出电压最大 ?RR?R91011VV? ZmaxOR103.2 恒流充电具体电路设计 3.2.1 充电指示电路设计 图 3.2.1 充电指示电路 晶体管 Q1、Q2、发光二极管 LED1 等组成充电指示电路，二极管 D1 的作用是防20 / 4 止被充电池电流倒灌。 3.2.2 恒流源电路设计 图 3.2.2 恒流源电路 三端固定正输出集成稳压器 LM7805 与电阻 R4 做为恒流源。 3.2.3 恒流充电电路设计 图 3.2.3 恒流充电电路 充电开始时，因为被充电电池

14、电压很低，D1 正极电位也低，不足以使 Q2 导通。Q2 截止，Q1 导通，LED1 发光指示正在充电。随着充电的进行，D1 电位逐步上升，当被充电的电池充满电时，Q2 导通，使 Q1 截止，LED1 熄灭。 20 / 5 元器件型号选择 3.3 。变压器副边电流 U2=22V 电源变压器：变压器副边电压，取U?I15?0.55P。考虑变压器效率 I21.1Iomax=1.10.5A=0.55AW22，变10?P?2? 1?0.8压器原容量，为了留有余量，可选择 12W 的变压器。 整流二极管和滤波电容器件：选择 1N4148 二极管即可完全满足要求其极限参数TR?C?(35)，其中,。为了减

15、小滤波电容两端电压的波动，选择 A?1IV?100UDRM L2T?(1941)3235)uFC?(35。选择两只 2200uF/25VT=20mS。所以的电解电容作滤 2RL波电容。 稳压二极管：选择 1N4735， V.2V?6Z晶体三极管：2N3904，2N3906 集成稳压器：LM7805 电阻：100，300，510，1K，10K 等。 3.4 参数计算 直流电源输出电压范围 300?300?300R?R?R11910V?*6.V?2?9.3V ZOminR?R 300?3001110300?300?300R?R?R11910V?V*6.2?18.6V ZmaxOR 30010最大输

16、入电压 V.4*22?261?.2V?1.2V2maxII?1.11I，而有滤波电容时的，负载时变压器副边电流有效值阻在纯电L2I?(1.52)I L2V 升高，纹波减小，且越大，电容放电速率越慢，则负载电压中负载平均电压 CRLL的纹波成分越小，负载平均电压越高。为得到平滑的负载电压，一般取 T?RC?(35) Ld2式中 T 为电源交流电压的周期。 I 的变化关系称为输出特性。随 C 值一定，负载直流电压随负载电流增加而减小。VLL V?0.9VRV2V?V?1.4。在整流时，即无电容时。=当，即空载时，C=0，当?2L0L220L20 / 6 的电路的内阻不太大和放电时间常数满足式的关系

17、时，电容滤波电路的负载电压与 VV2L 关系为 V?(1.11.2)V。2L 调整管参数最大承受电压 V1.?VV?264?9.3?17?VminOImaxCEmax 调整管最大电流2?6.18.618.6186 mA168?II?maxCML150900510调整管最大损耗 W.287?*P?VImaxCEmaxCC3.5 直流电源、恒流充电两用电路总体电路图 图 3.5 直流电源、恒流充电两用电路 20 / 7 第 4 章 直流电源、恒流充电两用电路仿真与调试 4.1 Multisim 仿真与调试 1. 整流电路仿真调试 如图 4.1.1 所示为交流电通过单相桥式整流电路后的电压输出波形，

18、为单方向的全波脉动波形。 图 4.1.1 单相桥式整流电路输出电压波形 2. 滤波电路仿真调试 如图 4.1.2 所示加入滤波电容后滤去了整流输出电压中的波纹，得到较平直的直流电压，为了便于观察分析选择了 470uF 的电解电容做为滤波器滤波电容，当它和负载电阻乘积越大时电容放电速率越慢，负载电压中的波纹成分越小。 20 / 8 图 4.1.2 滤波电路输出电压波形 3. 直流电源电路仿真调试 如图 4.1.3 所示为直流稳压电源输出电压的建压和稳定时的波形，稳定时为一条直线，可证明此电路较为精确的把交流电变为了直流电。 图 4.1.3 直流电源电路输出电压波形 4. 恒流充电的仿真测试 主要

19、调试充电指示灯的熄灭电压。接入 1.5V 的电源做为快充满电的电池，此时LED 灯亮滑动变阻器阻值为 500k，调节滑动变阻器 R3(减小阻值)使 LED1 灯熄灭时的电压即为镍镉电池充满电时的电压。 4.2 仿真结果分析 1) 直流电源仿真结果分析 从直流电源输出波形，与电压表读数来看。输出波形为一条直线，达到了把交流电压变为直流电压，输出电压可在 9 到 18V 之间调节。 2) 恒流充电仿真结果分析 可以以恒定 55mA 的电流对电池充电，接入 1.5V 的电源做为快充满电的电池，此时 LED 灯亮滑动变阻器阻值为 500k，调节滑动变阻器 R3(减小阻值)使LED1 灯熄灭时的电压即为镍镉电池充满电时的电压。 20 / 9 第 5 章 直流电源、恒流充电两用电路实物制作 5.1 直流电源电路焊接 图 5.1.1 直流电源电路焊接 5.2 恒流充电电路焊接 图 5.2.1 恒流充电电路焊接 5.3 直流电源、恒流充电两用电路作品 图 5