汽车蓄电池过压欠压告警电路的设计

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。

220V 电源变压整流滤稳压电路 Uo

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，王宪伟编著.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

1. 概述 ........................................................... 1 2. 方案论证 ....................................................... 1

2.1可调直流稳压电源电路 ....................................... 1 2.2 电压比较器电路 ............................................. 1 3. 电路工作原理及说明 ............................................. 2

3.1可调直流稳压电源电路 ....................................... 2

3.1.1 电源变压器电路 ....................................... 2 3.1.2 整流滤波电路 ......................................... 2 3.1.3 稳压电路 ............................................. 3 3.1.4可调直流稳压电源电路 .................................. 4 3.2电压比较器电路 ............................................. 4 4. 电路性能指标的测试 ............................................. 4

4.1 可调直流稳压电源电路 ....................................... 4 4.2 电压比较器电路 ............................................. 5 4.3汽车蓄电池过压欠压告警电路 ................................. 5 5. 结论 ........................................................... 5 6. 性价比 ......................................................... 5 7．课设体会及合理化建议 ........................................... 6 附录Ⅰ 元器件清单 ................................................ 6 附录Ⅱ 整体电路原理图 ............................................ 7 参考文献 .......................................................... 7

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

2.1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。

2.2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

3.1可调直流稳压电源电路 3.1.1 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：

1u2220V36.7V6（1）

3.1.2 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 u2uC时，有一对二极管导通，对电容充电，充电非常小。 当 u2uC时，所有二极管均截止，电容通过RL放电，放电RLC。

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 理输出电压

2、主指及器选择： 电容的选择：

想情况下波形

要标元件

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

RLC(3～5)T/2的条件，此时UO(AV)1.2U2。

二极管的选择：

变压器输入的电压峰峰值为：

URmax2U2（2）

变压器输入的电流峰峰值为：

ID(AV)（3）

IL(AV)20.45U2RL

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）

3.1.3 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UIUO(UZ)IDZIRURUO

（

若UIUR，则UO基本不变。利用 R上的电压变化补偿 UI的波动。）

若IDZIL，则UR基本不变，UO也就基本不变。利用IDZ的变化来补

偿IL的变化。

2、主要指标及元器件选择：

输出电压：UO＝UZ 稳压系数：Rorz∥Rrz

由于要使输出电压从5V到15V变化，因此，稳压管的稳压值为15V。

3.1.4可调直流稳压电源电路

直流可调稳压电路如图13所示。

图13 直流可调稳压电路

1、工作原理：

直流可调稳压电路由电源变压器电路、整流滤波电路及稳压电路组成，

通过电源变压器变压使有效值为220V的市电变为较小的电压值，然后经过整流滤波器使其变为脉动系数较小的电压，再由稳压电路变成值为15V的直流电压，最后调节滑动变阻器R1的阻值使RL两端电压从5V到15V变化。 2、主要指标及元器件选择：

R1为阻值从0到2k变化的滑动变阻器 RL阻值为1 k 3.2电压比较器电路

电压比较器电路如图14所示。

图14 电压比较器电路

1、工作原理：

当uIURH时，uO1uO2uOM；D1导通，D2截止； uOuZ。

当uIURH时，uO2uO1uOM；D2导通，D1截止； uOuZ 。 当URLuIURH时，uO1uO2uOM；D1、D2均截止； uO0。

2、主要指标及元器件选择： R1=R2=1 k

4. 电路性能指标的测试

测试过程：改变滑动变阻器的阻值从0到2k变化,使输出端电压从5V到15V变化，电路变化情况依次为绿灯亮、两灯都不亮、红灯亮。 4.1可调直流稳压电源电路

测试过程：改变滑动变阻器的阻值从0到2k变化,使输出端电压从5V到15V变化。

1、电压输出的最小值电路如图15所示。

图15 电压输出的最小值电路

2、电压输出的最大值电路如图16所示。

图16 电压输出的最大值电路

4.2电压比较器电路

测试过程：引入可变直流稳压电压源，使其电压从5V到15V变化，电路情况依次为绿灯亮、两灯都不亮、红灯亮。

1、欠压电路如图17所示。

图17 欠压电路

2、正常工作电路如图18所示。

图18 正常工作电路

3、过压电路如图19所示。

图19 过压电路

4.3汽车蓄电池过压欠压告警电路

测试过程：改变滑动变阻器R2的阻值从0到2k变化,使R3两端电压从5V到15V变化，电路变化情况依次为绿灯亮、两灯都不亮、红灯亮。

汽车蓄电池过压欠压告警电路如图20所示。

图20 汽车蓄电池过压欠压告警电路

上述调节过程记录在表1、表2中

表1 测试结果汇总表1

U0 /V 5.118 6.104 7.012 8.002 9.8 红灯(L1) 灭 灭 灭 灭 灭 绿灯(L2) 亮 亮 亮 亮 亮 表2 测试结果汇总表2

U0 /V 10.342 11.232 12.012 13.568 14.972 红灯(L1) 灭 灭 灭 灭 灭 绿灯(L2) 灭 灭 灭 亮 亮 5. 结论

通过以上的测试可以看出，结果与理论值基本相同，能够达到当蓄电池电压高于13V和低于10V时，各由一个发光二极管LED发光告警的目的。

6. 性价比

本次课程设计的过压欠压告警电路从总体来看工作稳定，基本符合设计的要求和技术指标。从选取的电路元件来看，个数比较少，且均为常见的电路元件，价格都很便宜，电路实用，易于调试，可以应用到实际中去。

7．课设体会及合理化建议

通过本次课程设计，我对模拟电子技术基础有了更深入的理解，并且进一步了解到模拟电子技术基础及所有专业课的重要。这段时间我查阅了很多关于汽车蓄电池的资料，感觉到每一项课题都是博大精深的，同时也深知自己的能力有限，需要不断地加强锻炼。以前，我曾用Mnltisim进行过仿真，但对其并不是很了解，通过这次课程设计，对Multisim有了更多的接触，对其使用方法掌握的比较好，相信这段经历一定会令我受益终生。

一周的时间虽然短暂，但在这一周里我所学到的东西却是很多的。在仿真中不可避免会遇到很多问题，比如程序不能运行，连出的电路不能使灯发亮，数据错误等等，经过老师、同学的帮助，仿真电路终于可以正常运行了。我觉得出现错误并不可拍，重要的是要学会改正和排错的过程，在这个过程中，我锻炼了自学的能力并且培养出了坚强的信念，而这些恰恰是我日后工作所需要的。

最后，非常感谢这次课程设计，希望今后能多开设这样的课程。同时，也向我的指导教师致以深深的谢意，感谢您的耐心指导和无微不至的关怀。

附录Ⅰ 元器件清单

序号 V1 T1 D2 C1 R1 D1 R2 R3 V2 V3 U1 U2 VCC 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 名称 交流电源 变压器 二极管 电容 电阻 稳压管 电位器 电阻 直流电源 直流电源 集成运放 集成运放 直流电源 型号 220V 6：1 MDA2501 10μF 1.5k 15V 数量 1 1 1 1 1 1 0～2k 1 1 k 13V 10V 3288RT 3288RT 5V 1 1 1 1 1 2 VDD LED1 LED2 R4 R5 14 15 16 17 18 直流电源 二极管 二极管 电阻 电阻 -5V red yellow 1 k 1 k 2 1 1 1 1 附录Ⅱ 整体电路原理图

参考文献

[1] 童诗白，华成英主编. 模拟电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006年

[2] 戴伏生主编. 基础电子电路设计与实践. [M]北京：国防工业出版社，2002年

[3] 谭博学主编. 集成电路原理与应用. [M]北京：电子工业出版社，2003年 [4] 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

[5] 赵淑范，王宪伟编著.电子技术实验与课程设计. [M]北京：清华大学出版社，2006年

[6] 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 P58~P59

[7] 赵淑范，王宪伟编著. 电子技术实验与课程设计. [M]北京：清华大学出版社，2006年 P159~P162

[8] 黄继昌、张海贵、郭继忠、徐巧鱼、申冰冰编著. 实用单元电路及其应用. [M]北京：人民邮电出版社，2000年 P77

[9] 张庆双编著.电子技术—基础、技能、线路实例. [M]北京：科学出版社，2006年 P427~P428

[10] 罗厚军、魏敏敏主编.经典集成电路应用手册. [M]福州：福建科学技术出版社，2006年 P85~P86