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基于lm324n的充電器電路圖分析

ss ? 作者:工程師譚軍 ? 2018-07-30 14:42 ? 次閱讀

LM324n為四運放集成電路這是大家都知道的,那么它在電路中是起什么作用呢?本文主要解析LM324n在充電器電路的應(yīng)用,由于LM324n是LM324的子系列,它倆除了個別參數(shù)不同之外,其余都一樣的,所以主要以LM324為主。

LM324

LM324為四運放集成電路,采用14腳雙列直插塑料封裝。,內(nèi)部有四個運算放大器,有相位補償電路。電路功耗很小,lm324工作電壓范圍寬,可用正電源3~30V,或正負雙電源±1.5V~±15V工作。它的輸入電壓可低到地電位,而輸出電壓范圍為O~Vcc。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器,除電源共用外,四組運放相互單獨。每一組運算放大器可用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相位相反;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引腳排列見圖1。2。 lm124、lm224和lm324引腳功能及內(nèi)部電路完全一致。lm124是軍品;lm224為工業(yè)品;而lm324為民品。由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小,可單電源使用,價格低廉等特點,因此他被非常廣泛的應(yīng)用在各種電路中。

基于lm324n的充電器電路圖分析

lm324引腳圖

特點?????????????????????????????????

內(nèi)部頻率補償??

直流電壓增益高(約100dB)??????????????

單位增益頻帶寬(約1MHz)????

電源電壓范圍寬:單電源(3—32V);????????????????????

雙電源(±1.5—±16V)??

低功耗電流,適合于電池供電???????????

低輸入偏流??

低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流??共模輸入電壓范圍寬,包括接地??

差模輸入電壓范圍寬,等于電源電壓范圍??輸出電壓擺幅大(0至VCC-1.5V)

基于lm324n的充電器電路圖分析

LM324工作參數(shù)

基于lm324n的充電器電路圖分析

基于lm324n的充電器電路圖

1.基準電壓VREF形成

外接電源經(jīng)插座X、二極管VD1后由電容C1濾波。VD1起保護作用,防止外接電源極性反接時損壞TL431。R3、R4、R5和TL431組成基準電壓VREF,根據(jù)圖中參數(shù)VREF,=2.5×(100+820)/820=2.80(V),這個數(shù)據(jù)主要是針對鎳氫充電電池而設(shè)計(單節(jié)鎳氫充電電池充滿后電壓約為1.40V)。

2.大電流充電

(1)工作原理

用LM324制作的充電器 接入電源,電源指示燈LED(VD2)點亮。裝入電池(參考圖片,實際上是用導線引出到電池盒,電池裝在電池盒中),當電池電壓低于VREF時,IC1-1輸出低電平,VT1導通,輸出大電流給電池充電。此時,VT1處于放大狀態(tài)——這是因為電池電壓和VD4壓降的和約為3.2V(假設(shè)開始充電時電池電壓約為2.5V),而經(jīng)VD1后的電壓大約5.0V,所以,VT1的發(fā)射極一集電極壓差遠大于0.2V,當充電電流為300mA時,VT1發(fā)熱比較嚴重,所以最好用PT=625mW的S8550,或者適當增大基極電阻以減小充電電流(注:由于LM324低電平驅(qū)動能力較小,實測IC1—2,IC1—4輸出低電平并不是0V,而是約為0.8V)。

(2)充電的指示

首先看IC1-3的工作情況:其同相端10腳通過R13接VREF,R14接成正反饋,反相端9腳外接電容,并有一負反饋通路,所以,它實際上構(gòu)成了滯回比較器。剛開始時C2上端沒有電壓,則IC1-3輸出高電平。這個高電平有兩個放電通路,一個通路是通過R14反饋到10腳,另一通路是經(jīng)電阻R15對電容C2充電,當充電的電壓高于10腳電壓V+時,比較器翻轉(zhuǎn)輸出低電平;與此同時,由于R14的反饋作用,10腳電壓立即下跳到V-,這時,電容C2通過電阻R15放電,當放電的電壓小于10腳電壓V-時,比較器再次翻轉(zhuǎn)輸出高電平,由于R14的反饋作用,10腳電壓立即上跳到V+,此后電路一直重復上述過程,因此,IC1-3的輸出為頻率固定的方波信號。 其次看IC1-4的工作情況:電池電壓經(jīng)R2、R16分壓,接IC1-4的12腳,因為R2 最后看IC1-1的工作情況:當IC1-2輸出低電平時,顯然IC1-1的3腳為低電平,而其2腳通過R1接VREF所以,IC1-1也輸出低電平。結(jié)合上面的討論,我們可以看出,R11和VD5兩端電壓差為零,因此,VD5(飽和指示)不能點亮! 另外,由于IC1-1輸出低電平,無論IC1-3的9腳電壓如何變化(電容充、放電在該腳形成三角波電壓)都不會受IC1-1輸出的影響——因為IC1-3的9腳電壓(要么高到V+,要么低到V-)始終高于IC1-1的輸出,VD6反偏截止!所以,這種狀態(tài)下,三只指示燈的工作情況分別為:VD2點亮,指示電源正常;VD3閃爍,指示電池充電正常;VD5不亮。

3.小電流充電

當充電一段時間后,電池電壓慢慢上升到接近VREF時,IC1—2輸出電壓慢慢上升,于是,流過R7的電流慢慢減小,即流經(jīng)VT1基極的電流慢慢減小,因此VT1輸出的電流也會慢慢減小,但電池電壓還會持續(xù)不斷地緩慢上升,當電池電壓幾乎等于VREF時,IC1-2會輸出較高電壓,這時IC1-1的3腳電壓高于2.80V(反相端2腳的輸入端電壓),比較器翻轉(zhuǎn)輸出高電平。該電壓有兩個作用:一方面會使VD5正偏導通被點亮(此時,IC1-4輸出還是低電平),指示充電飽和;另一方面VD6也正偏導通,而R17很小,實際上是強制C2上端為高電平,所以IC1-3的9腳電壓高于10腳電壓,IC1-3被強迫輸出低電平,VD3因無正偏壓而熄滅。 雖然,從外在的表現(xiàn)看充電燈熄滅,飽和燈點亮在某一時刻瞬間轉(zhuǎn)換完成,但是實際上充電過程卻是逐漸過渡的:當電池電壓遠低于VREF時持續(xù)大電流充電,當電池電壓接近于VREF時充電電流慢慢減小,直至逐漸充電趨近零——即使飽和燈點亮時,小電流充電仍在繼續(xù)! 所以這種狀態(tài)下,三只指示燈的工作情況分別為:VD2點亮,指示電源正常;VD3不亮;VD5點亮(飽和指示,小電流充電)。

4.IC1-4的用途

從上面2、3內(nèi)容的分析中可以看出,無論電路是大電流或小電流充電,IC1-4的輸出一直是“低電平”,好像它沒有什么作用似的,還不如直接把VD3、VD5負極接“地”?剛開始設(shè)計時,確實沒有考慮用IC1-4,把VD3、VD5的負極直接接地。然而,當制作好后通電工作時發(fā)現(xiàn)一個問題:當不裝電池通電時,飽和指示燈VD5點亮——這顯然不合適!因為,沒裝電池時VT1處于微導通狀態(tài),IC1-2的5腳電壓高于VREF,IC1-2輸出高電平,于是IC1-2也輸出高電平,VD5點亮。 若在原理圖中接入IC1-4,沒裝電池時VT1處于微導通狀態(tài),IC1-4的12腳電壓也會高于VREF,因此,IC1-4輸出高電平,這樣VD5就不能點亮。 需要說明一點,外接輸入電壓不能太高,也不能太低。輸入電壓太高,大電流充電時調(diào)整管發(fā)熱嚴重;另一方面,IC1-2輸出高電平的時間會因為電源電壓較高而提前超過VREF(設(shè)定值),這樣就會給我們一個錯覺,電池很快就充滿了!實際上并非如此。 輸入電壓太低也不好,同上面的分析一樣,IC1-2輸出高電平的時間會因為電源電壓較低而遲后,更有甚者,也可能永遠達不到VREF,充電指示燈一直閃爍,但大電流充電過程早已結(jié)束。所以,外接電壓太高或太低,充電和飽和指示的狀態(tài)是不準確的。

總結(jié)

從這電路的制作過程來看,以我個人經(jīng)驗而言,主要有以下幾點可以借鑒,與君共勉

一,先弄懂電路原理,抄板或是找到相關(guān)圖紙。

二,制訂改動方案,和修改相關(guān)參數(shù)。

1、首先,是改變壓器。按照原電壓相應(yīng)改動次輸出繞組的匝數(shù),其它繞組(如輔助繞組、12V后級IC供等)不變動。如果想保持原功率不變輸出電壓減小要增大輸出電流就加粗線徑。

2、當原充電器的輸出電壓大范圍改低以后,431和光耦817周邊元件的參數(shù)要相應(yīng)改變。改到多少最適合,那要跟據(jù)實際計算和實驗來定。

三,細心調(diào)試,當改好電源后。

先必須要進行低壓測試,后級輸出部分加一個相得的輸出電壓(不要在反接二極管后面)。有的光耦發(fā)光二級管部分是接在IC電源12V繞組的,也要分別加上另一組12V電壓。充電器輸出改為12V輸出的可以共用一個12V電源。加好電壓后測試基準、反饋電路各部分參數(shù)是否正常。一切正常后,再串60W燈泡上電。如無問題就大功告成。

四、必要工具,除萬用表外,示波器是必備工具。

利用示波器可以直觀的看到驅(qū)動波形和占空比。可以,發(fā)現(xiàn)波形和占空比對電路的影響,對電源效率的影響。可以對電路進行測試,和適時調(diào)試。在測試中發(fā)現(xiàn)問題,以便及時更正。在調(diào)試中可以還原和發(fā)揮充電器的最大性能。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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