電動車充電器_畢業論文設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 耦即為 PC817A— C 系列 。由于它具有 隔離控制作用，故能夠有效的保護場效應管，控制充電過程中電壓的變化。 四運放集成電路 LM324 (1) LM324 的基本結構 LM324 是四運放集成電路，它采用 14 腳雙 列直插塑料封裝，外形如圖 。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨 立。每一組運算放大器可如圖所示的符號來表示，它有 5 個引出腳，其中 “+”、 “”為兩個信號輸入端， “V+”、 “V”為正、負電源端， “Vo”為輸出 端。兩個信號輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的位相反； 10 Vi+（ +）為同相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與 該輸入端的相位相同。LM324 的引腳排列見圖 。由于 LM324 四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態功耗小， 可單電源使用，價格低廉等優點，因此被廣泛應 用在各種電路中。 圖 圖 (2) LM324 的應用 1) 反相交流放大器 電路見 圖 。此放大器可代替晶體管進行交流放大，可用于擴音機前置放大等。電路無需調試。放大器采用單電源供電，由 R R2 組成 1/2V+偏置， C1 是消振電容。 放大器電壓放大倍數 Av 僅由外接電阻 Ri、 Rf 決定： Av=Rf/Ri。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖中所給數值， Av=10。此電路輸入電阻為Ri。一般情況下先取 Ri 與信號源內阻相等，然后根據要求的放大倍數在選定 Rf。Co 和 Ci為耦合電容。 系統 總體 的設計 11 圖 2) 同相交流放大器 電路見圖 。同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。其中的 R R2 組成1/2V+分壓電路，通過 R3 對運放進行偏置。電路的電壓放大倍數 Av也僅由外接電阻決定： Av=1+Rf/R4，電路輸入電阻為 R3。 R4 的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。 圖 3) 交流信號三分配放大器 電路見圖 。此電路可將輸入交流信號分成三路輸出，三路信號可分別用作指示、控制、分析等用途。而對信號源的影響極小。因運放 Ai 輸入電阻高，運放 A1A4 均把輸出端直接接到負輸入端，信號輸入至正輸入端，相當于同相放大狀態時 Rf=0 的情況，故各放大器電 壓放大倍數均為 1 ，與分立元件組成的射極跟隨器作用相同。 R R2 組成 1/2V+偏置，靜態時 A1 輸出端電壓為 1/2V+，故運放 A2A4 輸出端亦為 1/2V+，通過輸入輸出電容的隔直作用，取出交流信號。 12 圖 4) 有源帶通濾波器 許多音響裝置的頻譜分析器均使用此電路作為帶通濾波器，以選出各個不同頻段的信號，在顯示上利用發光二極管點亮的多少來指示出信號幅度的大小。 如圖 。 這種有源帶通 濾波器的中心頻率 ，在中心頻率 fo 處的電壓增益Ao=B3/2B1，品質因數 ， 3dB 帶寬 B=1/（ п*R3*C）也可根據設計確定的 Q、 fo、Ao 值，去求出帶通濾波器的各元件參數值。 R1=Q/（ 2пfoAoC）， R2=Q /（（ 2Q2Ao）*2пfoC）， R3=2Q/（ 2пfoC）。上式中，當 fo=1KHz 時， C 取 。此電路亦可用于一般的選頻放大。 此電路亦可使用單電源，只需將運放正輸入端偏置在 1/2V+并將電阻 R2 下端接到運放正輸入端既可。 圖 5) 比較器 如圖 示， 當 去掉運放的反饋電阻時 ,或者說反饋電阻趨于無窮大時 (即開環狀態 ),理論上認為運放的開環放大倍數也為無窮大 (實際上是很大 ,如 LM324運放開環放大倍 數為 100dB，既 10 萬倍 )。此時運放便形成一個電壓比較器，其輸出如不是高電平（ V+），就是低電平（ V或接地）。當正輸入端電壓高于負輸入端電壓 時，運放輸出低電平。 附圖中使用兩個運放組成一個電壓上下限比較器，電阻 R R1ˊ 組成分壓電路，為運放 A1 設定比較電平 U1；電阻 R R2ˊ 組成分壓電路，為運放 A2系統 總體 的設計 13 設定比較電平 U2。輸入電壓 U1 同時加到 A1 的正輸入端和 A2 的負輸入端之間，當 Ui U1 時，運放 A1 輸出高電平；當 Ui 。運放 A A2 只要有一個輸出高電平，晶體管 BG1 就會導通，發光二極管 LED 就會點亮。 若選擇 U1U2，則當輸入電壓 Ui 越出 [U2， U1]區間范圍時， LED 點亮，這便是一個電壓雙限指示器。 若選擇 U2 U1，則當輸入電壓在 [U2， U1]區間范圍時， LED 點亮，這是一個 “窗口 ”電壓指示器。 此電路與 各類傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測、短路、斷路報警等。 圖 6) 單穩態觸發器 見圖 。此電路可用在一些自動控制系統中。電阻 R R2 組成分壓電路，為運放 A1 負輸入端提供偏置電壓 U1，作為比較電壓基準。靜態時，電容C1 充電完 畢，運放 A1 正輸入端電壓 U2 等于電源電壓 V+，故 A1 輸出高電平。當輸入電壓 Ui 變為低電平時，二極管 D1 導通，電容 C1 通過 D1 迅速放電，使U2 突然 降至地電平，此時因為 U1U2，故運放 A1 輸出低電平。當輸入電壓變高時，二極管 D1 截止，電源電壓 R3 給電容 C1 充電，當 C1 上充電電壓大于 U1時，既 U2U1， A1 輸出又變為高電平，從而結束了一次單穩觸發。顯然，提高U1 或增大 R C1 的數值，都會使單穩延時時間增長，反之則縮 短。 如果將二極管 D1 去掉，則此電路具有加電延時功能。剛加電時， U1U2，運放 A1 輸出低電平，隨著電容 C1 不斷充電， U2 不斷 升高，當 U2U1 時， A1輸出才變為高電平。參考圖 。 14 圖 圖 本次 電路設計中，該集成電路主要用于電壓比較器。在保護電路中起到保護電流和電壓的作用；在燈光指示電路中控制發光二極管的亮滅，以顯示充電狀態。 精密基準穩壓源 TL431 (1) TL431 的簡介 TL431 是德州儀器公司（ TI ）生產的一個有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。 它 的輸出電壓用兩個電阻就可以任意的設置到從 Verf（ ）到 36V 范圍內的任何值。該器件的典型動態阻抗為 ，在很多應用中用它代替齊納二極管，例如，數字電壓表，運放電路，可調壓電源，開關電源等。 圖 圖 是該器件的符號。 3 個引腳分別為：陰極（ CATHODE）、陽極（ ANODE）和參考端（ REF）。 TL431 的具體功能可以用如圖 的功能模塊示意。 由圖 ， VI是一個內部的 ，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，只有當 REF端（同相端）的電壓非常接近 VI（ ）時，三極管中才會有一個穩定的非飽和電流通過，而且隨著 REF端電壓的微小變化，通過三極管 圖 1到 100mA變化。當然，該圖絕不是 TL431的實際內部結構，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設計、分析應用 TL431系統 總體 的設計 15 的電路時，這個模塊圖對開啟思路，理解電路都是很有幫助的，本文的一些分析也將基于此模塊而展開。 圖 (2)恒壓電路應用 前面提到 TL431的內部含有一個 ，所以當在 REF端引入輸出反饋時，器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖 所示的電路，當 R1和 R2的阻值確定時，兩者對 Vo的分壓引入反饋，若 V o增大，反饋量增大， TL431的分流也就增加，從而又導致 Vo下降。顯見，這個深度的負反饋電路必然在 VI等于基準電壓處穩定，此時 Vo=(1+R1/R2)Vref。選擇不同的 R1和 R2的值可以得到從 36V范圍內的任意電壓輸出，特別地，當 R1=R2時，Vo=5V。需要注意的是，在選擇電阻時必須保證 TL431工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于 1 mA 。 圖 (3) TL431 的主要參數 1) 最大輸入電壓為 37V 2) 最大工作電流 150mA 3) 內基準電壓為 16 4) 輸出電壓范圍為 ~30V 基準穩壓源主要用于產生 的基準電壓，它作為相對穩定的基 準電壓通過電壓比較器的比較運算獲得精確、穩定的輸出電壓。因此，在設計中它起到控制主回路的輸出電壓的作用。 充電器系統硬件電路的設計 17 第 三 章 充電器系統硬件電路的設計 電動 自行車充電器的設計方案可謂是多種多樣，本次設計主要以模擬器件為核心器件設計并制作了充電電源及控制電路。本章將講述該設計的具體實現方案。本次設計主要分為四個模塊，即電源電路、振蕩電路、電壓保護電路及燈光指示電路。通過這幾部分的整合，從而實現充電器的功能。下面將具體介紹這四大模塊的電路設計。 電源電路的設計 圖 電源電路 由圖 可知， 電源電路是由橋式整流及濾波電路組成。 整流電路的任務是將交流電變換成直流電。完成這一任務主要是靠二極管的單向導電作用，因此二極管是構成整流電路的關鍵元件。在小功率整流電路中，常見的整流電路有單相半波、全波、橋式整流電路等。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯電容器 C，或與負載串聯電感器 L，以及由電感、電容組合而成的各種復式濾波電路。 該電路是將市電 220V 由 JP1 輸入，經 D1D4 橋式整流變成脈動直流，再經E1 濾波將脈動直流轉換成約 311V 的直流電壓。 單相 整流電路 (1) 單相橋式整流電路 1) 工作原理 18 單相橋式整流電路是最基本的將交流轉換為直流的電路，如圖 （ a）所示。 在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向導電性。根據圖 （ a）的電路圖可知： 當正半周時，二極管 D D3 導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。 當負半周時，二極管 D D4 導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。 在負載電阻上正、負半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖 （ b）。 2) 參數計算 根據圖 （ b）可知，輸出電壓是單相脈動電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。 （ a）橋式整流電路 （ b）波形圖 圖 單相橋式整流電路 流過負載的平均電流為 流過二極管的平均電流為 充電器系統硬件電路的設計 19 二極管所承受的最大反向電壓 流過負載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析，此時諧波分量中的二次諧波幅度最大。脈動系數 S 定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。 3) 單相橋式整流電路的負載特性曲線 單相橋式整流電路的負載特性曲線是指輸出電壓與負載電流之間的關系 該曲線如圖 所示，曲線的斜率代表了整流電路的內阻。 圖 單相橋式整流電路的 負載特性曲線 (2) 單相半波整流電路 單相整流電路除橋式整流電路外還有有單相半波和單相全波兩種形式。單相半波整流電路如圖 (a)所示，波形圖如圖 (b)所示。 根據圖 可知，輸出電壓在一個工頻周期內，只是正半周導電，在負載上得到的是半個正弦波。負