蓄电池充电控制电路

航空航天供电系统作业报告

蓄电池充电控制电路

成员：

2014年5月9日

航空航天供电系统作业报告 (1)

蓄电池充电控制电路 (1)

一、研究对象及要求 (2)

1.1研究对象及意义 (2)

1.2充电要求 (3)

二、具体实施方案 (3)

三、具体设计 (3)

3.1 各部分的设计 (3)

3.1.1 降压变压器的设计 (3)

3.1.2 整流电路 (4)

3.1.3 滤波电路 (4)

3.2 总体电路 (4)

四、仿真分析 (5)

4.1 电源 (5)

4.2 降压后电路及仿真波形 (5)

4.3 接入整流桥后电路及仿真波形 (6)

4.4 接入滤波器后电路及仿真波形 (7)

4.5 接入稳压电路后电路及仿真波形 (7)

五、失败经验 (8)

六、结论 (11)

6.1 工作总结 (11)

6.2 自我评价 (12)

一、研究对象及要求

1.1研究对象及意义

作业要求为设计一个蓄电池充电控制电路。我们在经过讨论后，决定选择最为常见的手机充电电路的设计。

手机充电是我们日常生活中非常常见的一种充电形式。各种手机充电设备也层出不穷。了解这种常见的充电形式可以帮助我们学习到很多电力电子方面的被

普遍应用的知识。让我们从理论到实践，进一步了解我们所学习的知识的价值。

1.2充电要求

充电对象为24V或5V的蓄电池。我们选择的是手机电池中最为常见的锂电

池作为充电对象。

二、具体实施方案

首先，日常用电为220V交流电，通常手机充电器电压值为5V左右，所以

我们的最终目标是将220V交流电变为5V平稳直流电。

考虑到各器件的安全电压，故此在其他操作之前先对220V交流电进行降压

操作。应使降压后的电压幅值略大于最终需求电压5V。给其余的部分电路留有

电压裕度，同时控制在一定范围内以保证最后的电压与5V相近。

接下来采用整流桥将交流电整流为直流电。并通过滤波电路减小电压波动。此时的电压仍达不到平稳要求，所以需要稳压电路提高电压质量并将电压幅值调

至5V，是为二次降压。

综上所述，该简易手机充电器组成：电压变压器、整流电路、滤波电容、稳

压电路和负载。图2.1是总体框架图。

三相交流电整流桥滤波电路稳压电路输出5V电压

交流变直流使波动幅值

减小将电压稳定为固定值

降压变压

器

降压至器件

安全电压

图2.1 总体设计框架图

三、具体设计

3.1 各部分的设计

3.1.1 降压变压器的设计

生活电压220V，50Hz，设计初次降压后为12V，故此变压器初次级匝数比大约为18.3（220/12）。

图3.1 降压变压器

3.1.2 整流电路

我们设计使用整流桥来将交流电变为直流电，即利用4个二极管对电流流向进行限制，正负周期不同流向不同，从而达到整流效果。

图3.2 整流桥

3.1.3 滤波电路

选用一个容量足够大的滤波电容。电路中选用100uF的电容。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分去掉，使输出电压为比较平滑的直流电压3.1.4 稳压电路

该稳压电路中选用稳压管和分压电阻（对流过稳压管电路进行限制）。三极管：调整元件，电路输出电压波动欲起的时候，它都能及时地加以调节，使输出电压保持基本稳定。

图3.3 稳压电路

3.2 总体电路

图3.4 总体电路

四、仿真分析

我们仿真采用的软件为saber 2007，绘制的电路图如图3.4所示。然后多次调整电路器件参数，利用saber仿真得出最佳输出电压波形如图所示。

4.1 电源

图4.1 输入电源，模拟生活电源

图4.2 输入电压模拟

4.2 降压后电路及仿真波形

图4.3 接入变压器电路图

图4.4 接入变压器仿真波形4.3 接入整流桥后电路及仿真波形

图4.5 接入整流桥电路图

图4.6 接入整流桥仿真波形4.4 接入滤波器后电路及仿真波形

图4.7接入滤波器后电路图

图4.8接入滤波器后仿真波形

4.5 接入稳压电路后电路及仿真波形

图4.9接入滤波器电路后电路图

图4.10接入滤波器电路后仿真波形

五、失败经验

原先设计如图5.1所示，即在稳压管后加BUCK电路二次降压，将经过稳压管后12v 左右的电压通过降压BUCK电路降至5v。通过图5.3-5.6可知，两部分单独作用时，是可以达到要求的，但是组合在一起后，仿真波形是十分奇怪的。

图5.1 失败电路（稳压管后加BUCK电路二次降压）

图5.2失败电路仿真图（红色为稳压管后输出波形，绿色为最终输出。）

图5.3不加buck电路图

图5.4不加buck电路末端仿真图图5.5 BUCK单独电路，输入12v

图5.6 BUCK单独电路，输入12v

分析得到，两部分互相作用互相影响，对三级管影响尤其明显。电路中又因没有反馈，无法进行误差补偿，故此误差放大，与预期目标想去甚远。

考虑到再加反馈电路后会是电路愈加复杂，且成本提高，又因组员能力有限，故此去繁存简，直接通过稳压电路将电压调至5v。

六、结论

6.1 工作总结

我们组在选定设计对象时最先提出的是太阳能电池，理由是题材新颖，太阳能电源也非常环保。我们一开始计划是设计一个太阳能发电系统，加入稳压电路，然后再接DC-DC变换从而输出我们所需的电压。在电路设计过程中，我们本来打算使用buck电路，这也是对我们电力电子学习的一次实践机会。最后发现在仿真时参数的设计选择太困难而且书本上的buck电路太过简单完全无法适应实际使用的需要，最终只好放弃太阳能电池这个想法。

后来我们又想到可以做一个干电池应急充的电路，即用干电池对手机等进行快速的充电。但是这种电路实在太过直接简单，无法满足作业要求中的充电控制电路设计的要求，只好再次作废。

最终我们选择的是生活中最为常见的手机充电电路。首先是这种电路最为常见，在查找资料时非常方便，其次是这种电路比较简单，我们可以通过自己的努力来完成而不是照抄网络上的一些内容，可以做到真正地锻炼自己。

我们在设计手机充电电路的过程中，先是小组内讨论了一下各自的想法。通过讨论，我们确定了大体的研究过程，例如要设计交流到直流转化的模块等方面，并且分配了各自的任务。接着我们利用互联网查找所需的资料，在阅读、分析和总结网上的一些参考内容之后，我们利用saber 2007 软件绘制电路图。电路图绘制完毕之后再通过不断地反复的修改参数来获得理想的输出波形。最终完成了充电控制电路的全部设计。