汽车蓄电池过压欠压告警电路的设计

课程设计

汽车蓄电池过压欠压告警电路的设计

一、设计说明

设计一个12V汽车蓄电池电压过电压、欠电压告警电路，当蓄电池电压大于13V和低于10V时，各由一个发光二极管LED发光告警。可调电压源要求自己设计。其中电源部分由电源变压器、整流滤波、稳压电路组成，输出电压Uo给电压比较器部分供电，其原理框图如图1所示。

图1集成直流稳压电源的原理框图

二、技术指标

1．电压源输出电压+5V~+15V连续可调。

2．蓄电池电压>13V一个二极管亮；蓄电池电压<10V另外一个二极管亮。

三、设计要求

1.在选择器件时，应考虑成本。

2.根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数。

3.画出电路原理图。

四、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。

2．进行实验数据处理和分析。

五、推荐参考资料

[1]高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计. [M]北京：电子工业出版社，

2005年

[2]赵淑范，王宪伟编着.电子技术实验与课程设计. [M]北京：清华大学出版社，

2006年

六、按照要求撰写课程设计报告

指导教师年月日

负责教师年月日

学生签字年月日

目录

汽车蓄电池过压欠压告警电路的设计

摘要：本文介绍了一种汽车蓄电池过压欠压告警器。其中，可调直流稳压电源为电压比较器供电，通过电压比较器对输入电压的判断比较，决定各集成运放输出端的电压输出情况。再通过发光二极管LED灯检测，如果电压小于10V，则黄灯亮；如果输入的电压大于10V而小于13V，两灯均不亮；如果电压大于13V，红灯亮。经过实验验证，所设计的电路检验灵敏，价格较低，具有很强的实用功能。

关键词：整流滤波；稳压；电压比较

1. 概述

本课程设计题目涉及的内容为模拟电子技术基础以及电路基础的一些知识。在我们的日常生活中有很多地方都会用到蓄电池，比如汽车，电动自行车，电冰箱等都用得到，蓄电池给人们带来了很多方便。但是，由于老化和人为损坏问题，一些蓄电池是不稳定，要对其供电情况做出监控，因此，设计一个过压欠压告警器非常必要。此系统的技术指标为：（1）电压的输出范围在5V ~15V可调；（2）在10V ~13V内正常工作；大于13或小于10V只有一个灯亮。

2. 方案论证

可调直流稳压电源电路

方案一：稳压电路主要由集成稳压器构成

集成稳压电路如图1所示。

图1 集成稳压电路

方案二：稳压电路主要由稳压管构成

稳压电路如图2所示。

图2 稳压管稳压电路

分析：方案一虽然调节方便，输出电压稳定性强，但是它功耗大，效率低，体积大笨重，成本高，不利于小型简单成本低的元器件使用。相比之下，方案二简单、实用、成本低，对于电压波动范围不大的电路不会造成稳压管击穿的问题。因此，选择方案二。

电压比较器电路

方案一：电压比较器电路主要由单限比较器构成

电压比较器电路如图3所示。

图3 单限比较器电路

电压传输特性如图4所示。

图4 电压传输特性

方案二：电压比较器电路主要由滞回比较器构成

滞回比较电路如图5所示。

图5 滞回比较器电路

电压传输特性如图6所示。

图6 电压传输特性

方案三：电压比较器电路主要由窗口比较器构成 窗口比较电路如图7所示。

图7 窗口比较器电路

电压传输特性如图8所示。

图8 电压传输特性

分析：方案一采用单限比较可以输出正电压和负电压，并且单限比较器的灵敏度比较高，电路构成简单，但是抗干扰能力比较差无惯性区；方案二滞回比较器的灵敏度比较低，但是却有一定的抗干扰能力因为它有一个滞回的过程，即惯性区，但在惯性区内的电压并不是稳定的，可以是正值，也可以是负值，也可以是零，无法知道其具体状态；方案三采用窗口比较器同样具有稳定的高低电平的输出特性，具备抗干扰的能力，具有一定的惯性区，反应速度也比较快，能够灵敏的输出高电平和低电平。综合来看，选择方案三。

3. 电路工作原理及说明

可调直流稳压电源电路 电源变压器电路

电源变压器电路如图9所示。

图9 电源变压器电路

1、主要指标：

原副线圈砸数比为6：1

输入电压为市压有效值为220V ，频率为50Hz 输出电压有效值为：

V V u 7.362206

1

2≈⨯= （1）

整流滤波电路

整流滤波电路如图10所示。

图10 整流滤波电路

1、工作原理：

当C u u >2 时，有一对二极管导通，对电容充电，充电τ非常小。 当C u u <2 时，所有二极管均截止，电容通过L R 放电，C R L =放电τ。

滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。 输出电压波形如图11所示。

图11 理想情况下输出电压

波形

2、主要指标及元器件

选择： 电容的选择：

为了获得较好的滤波效果，在实际电路中应选择电容的容量满足

)53(L ～=C R T/2的条件，此时2O(AV)2.1U U ≈。

二极管的选择：

变压器输入的电压峰峰值为：

2

max R 2U U =

（2）

变压器输入的电流峰峰值为：

L

2

L(AV)D(AV)45.02

R U I I ≈

=

（3）

考虑到电网电压波动范围为±10％，二极管的极限参数应满足：

（4） 稳压电路

稳压电路如图12所示。

图12 稳压电路

1、工作原理：

电网电压↓↑→↑→↑→↑→↑↑→↑→O D Z O I Z )(U U I I U U U R R

（

的波动。上的电压变化补偿基本不变。利用，则若I O I U R U U U R ∆≈∆）

也就基本不变。基本不变，，则若O L D Z U U I I R ∆-≈∆利用Z D I 的变化来补

偿L I 的变化。

2、主要指标及元器件选择：