【《无人机自动充电电路的设计案例》2100字】

无人机自动充电电路的设计案例1.1无人机着艇自动充电的需求分析为实现无人机着艇后的自动能源补充，设计了无人机的自动充电电路。从海上无人机的使用环境出发考虑，自动充电电路需要在实现自动充断电的基础上有防漏电的保护功能，从使用经济性角度考虑，充电电路对无人机的蓄电池应有保护其安全和性能的作用。1.2AltiumDesigner软件简介AltiumDesigner是学习和项目制作中最常用的绘制电路原理图的软件，集原理图绘制、PCB板绘制编辑、电子器件连接布线等功能与一身。发展到现在，已经成为大多数电子电路设计工作者的必备软件，在业界有着广泛的使用。1.3自动充电电路原理图设计与分析利用AD绘制的无人机自动充电电路原理图如下。图3-1无人机自动充电原理图1.1.1电路整体介绍交流电输入经漏电保护装置，充电时，当开关BT闭合，接通220V电源，这时电流分为两路。一路经过BT按键后通过控制按键通入变压器T1，经变压器T1降压后，其输出端有二极管和电容的并联，可起到整流和滤波的作用，经整流和滤波输出的电流为控制电路的NE555供电；另一路通过电流互感器T2和插座X（接充电器），正常充电时，电流互感器初级端电压约为1.5V-2V，次级端电压经VD3和C2整流滤波后在电阻R3两端产生约9-12V的电压，VD5是一个二级稳压管，其稳压值为7.5V，9-12V的电压足以击穿稳压管VD5，使其导通，同时光电耦合器P521导通，根据光耦的特性，导通后时基芯片IC2的（2）、（6）引脚为低电平，而（3）号引脚输出高电平，使继电器K吸合，连接充电部分的K-1触点接通，开始充电。当电池达到规定的电压后进入涓流充电（充电电流很小），最后充电结束。IC2等外围元件还构成一个定时器，这样，当充电器正常的电流充电结束进入涓流充电后，流过电流互感器T2初级线圈电流变得很小，负载电阻R1两端电压变为2-3V，使稳压管VD5截止，光电耦合器IC1也截止，此时电源经过R2对C3充电。随着充电的进行，C3两端电压不断上升，当涓流充电时间到时，NE555的(2)、（6）引脚为高电平，（3）号脚输出低电平，继电器触点K-1断开，这样就彻底断开了充电电源。1.1.2主要元器件介绍（1）漏电保护开关：由图可以看出，交流电输入首先经过漏电保护电路，由于海上环境潮湿且电路可能被水浪打湿而发生短路，当电路中出现短路或设备漏电等情况时，漏电断路器可迅速切断供电电路，从而避免无人机蓄电池以及其他供电和用电设备受到危害。当漏电开关内的信号处理器件检测到短路或漏电等危险信号时，漏电脱扣器通过断开其保护的工作电路，起到保护作用。漏电保护器的内部电路原理图如下：图3-2漏电保护器内部原理图当电路正常工作时通过检测互感器（又称为零序互感器）的电流大小相等、方向相反，即电流和为零，互感器铁芯中的磁通量也为零，自动开关处于接通状态。当电路中发生短路或触电漏电等故障时，出现一个接地的故障电流，打破了检测互感器内的电流平衡状态，随即出现不为零的磁通量，使绕组上产生感应电流，使自动开关跳闸起到保护电路的作用。（2）变压器：原理图中变压器T1和T2为得到整流电路在输出端分别连接了两个二极管，并联在二极管上的电容主要起到去偶电容的作用，即蓄能和降噪。为给后面的控制器件供电，T1进行了全波整流。（3）整流滤波模块：在上述电路原理图中用到了常用的整流滤波电路，采用简单的二极管和电容的方式实现整流和滤波。（4）光电耦合器：原理图中经过T2输出的，并经稳压管VD5之后的电流接到了光电耦合器P521的输入端。光电耦合器是电路中常用的隔离原件，其内部封装了发光和光敏元件，通过将电信号转换为光信号再转换为电信号的器件，其主要作用是实现接口两端输入和输出电气电路的隔离。在封装体内二极管接收电信号发光，光敏元件接收光照而又转化为电信号，发光二极管的这种巧妙构造又决定了其有另一个应用优势——信号的单向传输性。此外，电路中加入光电耦合器可提高电路的抗干扰能力和传输效率，延长电路的使用寿命。图3-34引脚光耦内部结构图上图为常用的4引脚光电耦合器TLP521的内部结构图，通过控制（1）号引脚和（2）号引脚之间的电压使发光二极管发光与否来控制（3）号引脚和（4）号引脚之间的通断，其中（3）（4）号引脚之间是光敏半导体管。作为电子开关，其隔离功能可防止前端的电压或扰动对后级输出造成干扰或损害。（5）NE555：NE555是一款时基芯片，即用于在一定时间内在输出端发出一定的脉冲，为后续电路提供高电平。1号引脚为接地端，8号VCC为正极供电端，2号为触发脚，通常将2号与6号连接在一起用于电平开关作用，4号复位端，在上电瞬间提供低电平复位，通常正常工作时将4号与8号接一起保持高电平状态，3号为输出端，用于在一定时间内输出一定的脉冲信号，以输出波的高电平驱动继电器，7号一般接一个电阻为放点端，5号接控制电压。图3-4NE555内部功能框图1.1.3设计创新点（1）一般无人机充电电压为12V，但是变压器并没有直接将220V电降到12V电压，而是转换成16V的交流电。因为变压器的输出电压还需经过其他元件的损耗，比如经过经过整流和滤波电路时有电能你的损耗，降压后16V的交流电经整流后成为约14V的直流电，无人机电瓶12V，其峰值电压是14V，也叫虚电压。考虑以上因素，变压器直接降到16V而并非12V。（2）加入涓流充电过程。涓流