1、 学号 :12202130143 机电工程学院 专科生 毕业论文 (设计 ) 论 文 题 目 ： 基于全自动充电器的设计 作 者 姓 名 ： 高 展 专 业 班 级 ： 电气 1211 指 导 老 师 ： 陈国治 二一五 年 四 月 二十四 日 机电工程学院专科生毕业论文 (设计 ) 指导教师评语及成绩评定表 学号 43 姓名 高展 专 业 电气自动化 毕业论文 (设计 )题目 基于全自动充电器的设 计 指导教师 陈国治 职 称 讲师 评语参考提纲： （一） 任务的难度、份量及完成情况的评价； （二）综合应用所学基础理论进行实践能力的评价； （三）有无创造性的评价； （四）工作态度的评价； （
2、五） 存在的主要问题与不足 。 评语： 论文 (设计 )得分： 指导教师（签字）： 年 月 日 摘 要 便携式电子产品的快度发展，促使电池的 品种增加及性能提高，并且使可充电电池的产量大增，同时对充电器的要求也趋于效率高、体积小、成本低、重量轻并且安全实用。本设计主要介绍用于镍镉可充电电池的全自动充电器。 该充电电路用时基电路 NE555 接成施密特触发器构成的充电器具有电路结构简单，取材容易，使用外围原件少，易于操作，电池充满后自动停止的特点，适合对 2 6 节的镍镉电池充电，效果良好。 关键词： 电池 , 充电器 , NE555 目 录 前 言 . 1 设计方案 . 1.1 工作原理 .
3、1.2 电路原理图 . 2 电路的三 大模块功能 . 2.1 电源电路模块 . 2.1.1 电源变压器 . 2.1.2. 桥式整流电路 . 2.1.3 滤波电路 . 2.1.4 稳压电路 . 2.2 电压比较器模块 . 2.2.1 电压比较器原理 . 2.2.2 工作过程 . 2.3 指示电路模块 . 2.3.1 发光二极管的发光原理 . 2.3.2 数字电路控制 LED 灯指示电路工作过程 . 3 集成块基本 功能 . 3.1 NE555 . 3.1.1 NE555 的外形图 . 3.1.2 引脚介绍 . 3.1.3 下面是 NE555 的一个简单应用 . 3.2 三端集成稳压器 LM780
4、9 . 3.2.1 概述 . 3.2.2 LM7809 . 3.2.3 线性三端集成稳压器的分类 . 3.2.4 应用电路 . 4 元器件分析 . 4.1 电阻器与电位器 图形符号 . 4.1.1 基本单位 . 4.1.2 型号命 . 4.1.3 电阻器的主要参数有两个 . 4.1.4 电位器的主要参数 . 4.1.5 阻值和误差的标注方法 . 4.2 电容原件 . 4.2.1 基本单位 . 4.2.2 型号命名 . 4.2.3 电容器的主要参数有两个 . 4.2.4 电容器主要技术参数的标注方法 . 4.3 变压器 . 4.3.1 图形符号 . 4.3.2 分类 . 4.3.3 电源变压器的
5、特性参数 . 4.4 二极管元器件 . 4.4.1 图形符号 . 4.4.2 型号命名 . 5 自动充电器电路模块连接、系统调试和完善 . 5.1 用 Protel 99SE 软件设计 PCB 板 . 5.1.1 PCB 设计过程 . 5.2 制作电路板 . 5.2.1 元器件的引脚识别及元器件使用中应注意的问题 . 5.2.2 依照电路图进行安装，焊接 . 5.3 电路调试 . 5.3.1 调试前检查 . 5.3.2 系统调试 . 5.3.3 元件选择 . 6 结束语 . 6.1 论文总结 . 6.2 工作展望 . 参考文献 . 致 谢 . 前 言 从 18世 纪法拉第发现了电磁现象以来，人
6、类社会便进入了电子时代。经过不断发展，电子产品越来越多的呈现在我们面前。由于电能的清洁高效、易于转变成其它形式的能源的特点，电子技术越来越被人们重视。充电器是伴随着充电电池的发展而发展的，早期出现的充电器多为镍镉电池充电器， 随着消费者和产业的环保意识增强，碱性一次电池和含有有毒金属镉等二次电池使用日益受到限制，可充电电池得到了广泛的使用。镍镉电池作为一种便携式电源，具有体积小、容量大、内阻小、输出电压平稳以及可反复充电等特点，正被越来越广泛地应用于计算机、电子测量仪表和各类通 信设备中，由于其价格比普通的锌锰电池昂贵，因此科学合理地使用镍镉电池显得非常重要，而选择正确、可靠的充电方式是充分发
7、挥镍镉电池效能和保证其寿命的关键。下面我们来介绍一种可以满足以上要求的全自动充电器。 1 设计方案 1.1 工作原理 电路电源由变压器 T降压，二极管 VD1VD4 整流，三端稳压集成块 A1 稳压及电 C1,C2 滤波后供给， 通电后可输出稳定的 9V 直流电压供给充电器使用。 电压比较器由时基电路 A2 组成，在它的控制端 5 脚由一个稳压二极管 VS（稳定电压为 5.6V），所以将电路的复位电平定在 5.6V。发光二极管 VL 为充电指示器。 1节 5 号镍镉电池正常工作电压为 1.2V，充电终止电压为 1.4V 左右。 G 为 4节待充的镍镉电池，所以充电终止电压为 4 1.4V=5.
8、6V。将电池装入充电支架后，合上电源开关 S，便可开始充电。电路工作过程：由于电容 C3 两端电压不能突变，刚通电时， A2 的 2 脚为低电平， A2 被触发置位， 3 脚输出高电平，此高电平经电位器 RP、二极管 VD5 向电池 G 充电，改变 RP 值可以调节充电电流的大小。此时 A2 的 7脚被悬空， VL 发光指示电路在充电。随着充电不断进行， G 两端电压逐渐升高，当升至 5.6V 时， A2复位， 3 脚输出低电平，充电自动终止，同时 A2内部放电管导通， 7 脚输出低电平， VL 熄灭表示充电结束。 1.2 电路原理图 全自动镍镉电池充电器的电路如下图所示，充电器主要由电源电路
9、、电压比较器及指示电路等组成。 图 1-1 电路原理图 2 电路的三大模块功能 2.1 电源电路模块 稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。 如下图所示：把 220V 交流变成低压直流的四个组成部分：降压 整流 滤波 稳压 图 2-1 图 2-1 稳压电源工作原理图 1 整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电，二极管在电路中起开关的作用。 2 滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分，电容和电感起滤波的作用。 3 稳
10、压电路对整流后的直流电压采用技术进一步稳定直流电压。 三端稳压器是常用的稳压器件。 2.1.1 电源变压器 把输入 U1 的有效值 220V， 频率 50HZ 的电网电压变换成所需要的电压 U1，一般情况下，直流电压的数值和电网电压有效值相差很大，因此需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。下面介绍一下变压器的工作原理 变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。 如下图所示的原理图：
11、图 2-2 变压器原理图 变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理（如上图）：当一次侧绕组上加上电压 1 时，流过电流 1，在铁芯中就产生交变磁通 1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势 1， 2，感应电势公式为：E=4.44fNm 式中： E-感应电势有效值 f-频率 N-匝数 m-主 磁通最大值 由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势 E1 和 E2 大小也不同，当略去内阻抗压降后，电压 1 和 2 大小也就不同。 当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（ 0），这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流 2 时，也在铁芯
12、中产生磁通，力图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部分电流，一部分为激磁电流 0，一部分为用来平衡 2，所以这部分电流随着 2 变化而变化。当电流乘以匝数时，就是磁势。 上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用，变压器就是通过磁势平衡作用实 现了一、二次侧的能量传递。 2.1.2. 桥式整流电路 整流电路的目的是利用其具有单向导电性的整流元件，将正负交替的正弦交流电压 U1整流成单方的脉动电压 U2。本设计中采用的是桥式整流电路，如图 2-3： 图 2-3 桥式整流电路，也可认为它是全波整流电路的一种，变压器绕组按图 2-3方法接四只二极管。 D 1 D 4 为四只相同的
13、整流二极管，接成电桥形式，故称桥式整流电路。利用二极管的导引作用，使在负半周时也能把次级输出引向负载。具体接法如图所示，从图中可以看到，在正半周时由 D1、 D2 导引电流自上而下通过 RL，负半周时由 D3、 D4 导引电流也是自上而下通过 RL ， 从而实现了全波整流。 在这种结构中，若输出同样的直流电压，变压器次级绕组与全波整流相比则只须一半绕组即可，但若要输出同样大小的电流，则绕组的线径要相应加粗。 至于脉动，和前面讲的全波整流电路完全相同。 由于整流电路的输出电压都含有较大的脉动成分。为了尽量压低脉动成分，另一方面还要尽量保留直流成分，使输出电压接近理想的直流，这种措施就是滤波。滤波
14、通常是利用电容或电感的能量存储作用来实现的。 2.1.3 滤波电路 整流电路虽然可将交流电变成直流电，但其脉动成分较大，在一些要求直流电平滑的场合 是不适用的，需加上滤波电路，以减小整流后直流电中的脉动成分。为了减小电压 U2的脉动，需通过低通滤波使输出电压平滑，理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅有直流电压，然而，由于滤波电路为无源电路，所以，接入负载后势必会影响滤波效果，对电源电源稳定性要求不高的电子电路滤波，整流后的直流电压 U3 可作为供电电源。下面介绍一下电容滤波的原理 。 在小功率整流电路中主要采用电容滤波。电容滤波的电路图如下所示，当电刚接通时，U2从正半周的零值开始增加，二极管 D1,D3 导通，导通电流一路向负载 RL 供电 +另 一路向电容充电，由于二极管的导通电阻很小，充电时间常数很小，电容两端电压 UC 几乎与 U2
