直流电源 恒流充电两用电路的设计.doc

1、 目录第1章 直流电源及恒流充电原理简介.1 1.1 直流电源简介.1 1.2 直流电路原理.2 1.3 恒流充电原理.4第2章 直流电源 恒流充电两用电路设计方案.5 2.1 直流电源 恒流充电两用电路的应用意义.5 2.2 直流电源 恒流充电两用电路设计要求及技术指标.5 2.3 设计方案论证.5 2.4 总体设计方案框图及分析.6第3章 直流电源各单元电路设计.6 3.1 直流稳压电源结构图.63.2 单项桥式整流电路.7 3.3 滤波电路设计.9 3.4 稳压电路设计.10第4章 恒流充电各单元设计.10 4.1 充电电路结构图.11 4.2 充电电路原理.11第5章 直流电源 恒流充

2、电两用电路整体设计.12 5.1 整体电路图及工作原理.12 5.2 电路参数计算.13第6章 设计总结.14第1章 直流电源及恒流充电原理简介1.1直流电源简介直流电源（DC power）有正、负两个电极，正极的电位高，负极的电位低，当两个电极与电路连通后，能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流。 单靠水位高低之差不能维持稳恒的水流，而借助于水泵持续地把水由低处送往高处就能维持一定的水位差而形成稳恒的水流。与此类似，单靠电荷所产生的静电场不能维持稳恒的电流，而借助于直流电源，就可以利用非静电作用（简称为“非静电力”）使正电荷由电位较低的负极处经电源内部返回到

3、电位较高的正极处，以维持两个电极之间的电位差，从而形成稳恒的电流。因此，直流电源是一种能量转换装置，它把其他形式的能量转换为电能供给电路，以维持电流的稳恒流动。 直流电源中的非静电力是由负极指向正极的。当直流电源与外电路接通后，在电源外部（外电路），由于电场力的推动，形成由正极到负极的电流。而在电源内部（内电路），非静电力的作用则使电流由负极流到正极，从而使电荷的流动形成闭合的循环。 表征电源本身的一个重要特征量是电源的电动势，它等于单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时非静电力所作的功。当电源给电路提供能量时，所供给的功率P等于电源的电动势E与电流I两者的乘积,P=E I。电源的另一个特征量

4、是它的内电阻(简称内阻)R0，当通过电源的电流为I时,电源内部损耗的热功率（即单位时间内产生的焦耳热）等于R0I。 当电源的正、负两极没有连通时,电源处于断路（开路）状态，这时电源两电极之间的电位差在量值上即等于电源的电动势。在断路状态下，不发生非电能与电能的相互转换。当把负载电阻接到电源的两极上以构成闭合回路时，通过电源内部的电流从负极流到正极，这时，电源所提供的功率E I等于输送到外电路的功率U I（U是电源正极与负极之间的电位差）与内电阻中损耗的热功率R0I之和，E I=U IR0I。于是，当电源向负载电阻提供功率时，电源两极间的电位差U=E-R0I。 当用另一个电动势较大的电源接到电动

5、势较小的电源上，正极接正极，负极接负极（例如用直流发电机对蓄电池组充电）时，在电动势较小的电源内部，电流是从它的正极流到负极的，这时，外界向电源输入电功率U I，它等于电源中单位时间内储存的能量E I与内电阻中损耗的热功率R0I之和，U I=E IR0I。于是，当外界向电源输入功率时，外界加到电源两极之间的电压应为U=ER0I。 当电源的内电阻可以忽略不计时，可以认为电源的电动势在量值上近似地等于电源两极间的电位差或电压。 为了取得较高的直流电压，常将直流电源串联使用，这时总电动势为各电源的电动势之和，总内阻也为各电源内电阻之和。由于内阻增大，一般只能用于所需电流强度较小的电路。为了取得较大的

6、电流强度，可以将等电动势的直流电源并联使用，这时总电动势即为单个电源的电动势，总内阻为各电源内电阻的并联值。 直流电源的类型很多，不同类型的直流电源中，非静电力的性质不同，能量转换的过程也不同。在化学电池（例如干电池、蓄电池等）中，非静电力是与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用,化学电池放电时,化学能转化为电能和焦耳热在温差电源（例如金属温差电偶、半导体温差电偶）中，非静电力是与温度差和电子的浓度差相联系的扩散作用，温差电源向外电路提供功率时，热能部分地转化为电能。在直流发电机中,非静电力是电磁感应作用,直流发电机供电时，机械能转化为电能与焦耳热。在光电池中，非静电力是光生伏打效应的作用，光

7、电池供电时，光能转化为电能和焦耳热。 GZD、GZD（W）型可控硅高频开关直流电源系统1.2 直流电路原理1、直流电源的基本工作原理.当市电经过输入开关接通变压器将市电电压转换成所设计的电压后,进入了预稳压电路,预稳压电路是对所要的输出电压进行初步稳压,其目的是降低大功率调整管的输入与输出之间的管压降，减少大功率调整管的功耗，提高直流电源的工作效率，预稳压电源一般由可控硅无级移相调整式用继电器切换变压器输出的抽头进行稳压。经过预稳压电源和滤波器后得到的电压基本稳定纹波相对较小的直流电经过在控制电路的控制的大功率调整管进行精确快速的问顶压后将得到稳压精度和性能符合标准的直流电压再经过滤波器进行滤

8、波后既得到我的所需要的输出直流电为了得到我的所需要的输出电压值或稳流电流值，我们还需要对输出的电压值和电流值进行取样检测并将其传送到控制/保护电路，控制/保护电路将检测到的输出电压值钱和电流值与电压/电流设定电路所设定的值进行比较分析后驱动预稳压电路和大功率调整管使直流稳压电源能输出我们所设定的电压和电流值，同时当控制/保护电路检测到异常的电压或电流值等情况下将启动保护电路使直流电源进入保护状态。 2稳压电流的性能指标及测试方法直流电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或

9、电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（周围与随机漂移）及温度系数。测试电路如图3。 图3稳压电源性能指标测试电路 （1） 纹波电压：叠加在输出电压上的交流电压分量。用示波器观测其峰峰值一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差，一般直流电源的纹波电压VP-P10mV。 （2）稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即： （3） 电压调整率：输入电压相对变化为10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。 （4） 输出电阻及电流调整率

10、 输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值.电流调整率：输出电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。 直流电源的基本技术参数直流一般输入电压:AC220V10% 50Hz5Hz ，输出的纹波与噪声：Cv1mvrms CC5mARms 4、选用要点 1） 220V和110V直流系统应采用蓄电池组。48V及以下的直流系统，可采用蓄电池组，也可采用由220V或110V蓄电池组供电的电力用直流电源变换器(DC/DC变换器)。 2）供电距离较远的辅助车间，

11、当需要直流电源时，宜独立设置直流系统。 3）蓄电池组正常应以浮充电方式运行。 4） 铅酸蓄电池组不宜设置端电池；镉镍碱性蓄电池组宜减少端电池的个数。 5） 直流系统标称电压 （1）专供控制负荷的直流系统宜采用110V。 （2）专供动力负荷的直流系统宜采用220V。 （3）控制负荷和动力负荷合并供电的直流系统宜采用220V。 6）充电装置 （1）应满足蓄电池组的充电和浮充电要求。 （2）应为长期连续工作制。 （3）充电装置应具有稳压、稳流及限流性能。 （4）应具有自动和手动浮充电、均衡充电和稳流、限流充电等功能。 （5）充电装置的交流电源输入宜为三相制，额定频率为50Hz，额定电压为380(11

12、0%)V。小容量充电装置的交流电源输入电压可采用单相220(1l0%)V。 （6）l组蓄电池配置1套充电装置的直流系统，充电装置的交流电源宜设2个回路，运行中l回路工作，另1回路备用。当工作电源故障时，应自动切换到备用电源。 7）蓄电池容量选择条件 （1)应满足全厂(所)事故全停电时间内的放电容量； （2)应满足事故初期(Imin)直流电动机启动电流和其他冲击负荷电流的放电容量； （3)应满足蓄电池组持续放电时间内随机(5s)冲击负荷电流的放电容量； （4)应以最严重的事故放电阶段，计算直流母线电压水平。 1.3 恒流充电原理电流维持在恒定值的充电。是一种广泛采用的充电方法。蓄电池的初充电，运

13、行中的蓄电池的容量检查，运行中的牵引蓄电池的充电以及蓄电池极板的化成充电，多采用恒流或分阶段恒流充电。此法的优点是可以根据蓄电池的容量确定充电电流值，直接计算充电量并确定充电完成的时间。 蓄电池恒流充电电路图: 蓄电池恒流充电第2章 直流电源 恒流充电两用电路设计方案2.1 直流电源 恒流充电两用电路的应用意在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。直流稳压电源是为各种电子电路或电子设备提供直流供电电压的电子设备。在电网电压或负载变化时，它能使输出电压基本保持不变。可近似看成一个理想电压源，即内阻接近于零。2.2 直流电源 恒流充电两用电路设计要求及技术指标 镍镉电池是一种可以反复使用、

14、反复充电的直流电源，它的充放电次数一般在500次左右，性价比较高。镍镉电池在电能基本释放之前，要进行充电，充电的工具是充电器。简易充电器采用半波整流方式，具有线路简单、实用可靠等优点。要求输出直流电压连续可调，可对镍镉电池充电，并具有功能显示设计。要求广开思路、构思出各种总体方案，绘制结构图。要求设计的直流电源、恒流充电两用电路简单实用。稳压电源的技术指标分为两种：一种是特量指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等。这些质量的含义，可简述如下：由于输出直流电压V0随输入直流电

15、压V1（即整流滤波电路的输出电压，其数值可近似认为与交流电源成正比）。输出电流I0和环境温度T（摄氏度）的变动而变动，即输出电压V0=F（V1，I0，T），因而输出电压变化量的一般式可表示为：2.3 设计方案论证2.4 总体设计方案框图及分析第3章 直流电源各单元电路设计3.1 直流稳压电源结构图3.2 单项桥式整流电路3.2.1 3.2.1 3.2.2 3.2.3(2)整流元件参数计算 3.2.43.2.53.3 滤波电路设计 3.3.13.4 稳压电路设计第4章 恒流充电各单元设计4.1 充电电路结构图4.2 充电电路原理第5章 直流电源 恒流充电两用电路整体设计5.1 整体电路图及工作原

16、理5.2 电路参数计算第6章 设计总结在经历了漫长的探索和考证后，终于完成了这个课题。有付出就有收获，为了完成这个课题，我认真查阅了百度文库的电子技术、电路基础等涉及专业的课程，仔细阅读了其中的实验要点和技术要求，从直流电路到恒流电路，我请教了专业指导老师，克服了各种问题，改进了实验步骤，积累了不少的宝贵经验。 众所周知，学术是要求严谨的，所以在写下这篇论文的时候，我努力做到先搞懂原理，再实操验证，最后综合结果数值和相关标准才记录下结论。 以上是我关于直流电源 恒流充电两用电路的论文，如有不足，请您指正。参考文献：电子技术，晶闸管变流技术应用图，电力电子变流技术，电类专业课程设计指导，百度文库，电力文学知识