基于分頻原理電動車專用充電定時斷電插座的研制

孫姣梅

摘 要：如果電動車的電瓶一整晚都在充電就會造成電瓶過充而影響電瓶的使用壽命，利用555定時器和CD4060延時器可以使電瓶充滿后再延長30 min或60 min才自動關斷電源。

關鍵詞：定時器；延時器；保護電瓶

中圖分類號：TM9106 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.05.003

0 引言

為了降低環(huán)境的污染，低碳出行，電動車、電動汽車、電動公交車相繼問世。由于長時間充電，造成電瓶過充，使電瓶失水、發(fā)熱、膨脹變形，最后縮短了電瓶的使用壽命，怎樣避免電瓶過充，是當今我們必須面對和解決的問題?，F(xiàn)在每家使用的插座都是不能自動斷電的，經(jīng)過反復研究最終設計出一款帶自動定時關斷電源的插座。本設計中以常用的時基振蕩器555集成塊和14級分頻二進制串行計數(shù)器CD4060集成塊為核心。

1 555時基電路

555時基電路是一種把模擬技術與數(shù)字技術相結合的中規(guī)模集成芯片，具有電源電壓供電范圍寬，可在45～16 V工作，輸出的電流約為200 mA，費用低，性能可靠，只在555集成塊外接幾個電阻器、電容器，就可以組成無穩(wěn)的多諧振蕩電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和雙穩(wěn)的施密特觸發(fā)電路等。555時基電路內(nèi)部結構如圖1所示。

555定時器由分壓器、電壓比較器、基本的RS觸發(fā)器和輸出級、放電管五部分組成，分壓器由3個 5 kΩ的電阻串聯(lián)而成，上端接電源，下端接地端，為電壓比較器A1和A2提供時基電壓，電壓比較器A1 “+”接基準電壓的2/3/Vcc處，即控制端，電壓比較器A2的“-”接基準電壓的1/3Vcc處，比較器A1和A2的輸出分別作為RS觸發(fā) 器的復位信號和置位信號，使555時基電路實現(xiàn)保持復位和置位的功能。下列分析555定時的功能： ①當VTH>2/3 Vcc、VTR>1/ 3 Vcc時，A1為低電平，A2為高電平，基本RS觸發(fā)器置0，放電管導通。 ②當VTH< 2/3 Vcc、VTR> 1/3 Vcc時，A1、A2都為高電平，基本RS觸發(fā)器保持不變。③當VTH< 2/3 Vcc、VTR<1/3 Vcc時，A1為高電平，A2為低電平，基本RS觸發(fā)器置1。

2 555組成的定時電路

此設計的定時電路是由555集成塊與外圍電路組成間接反饋型無穩(wěn)多諧振蕩電路如圖2所示，接通電源后，電源Vcc通過R1和R2向電容充電，當電容上的電壓Vc=2/3/Vcc，閾值輸入端6腳被觸發(fā)，A1輸出低電平，3腳輸出低電平“0”，同時放電管導通，電容C 通過R2放電，當電容上的電壓Vc=1/3Vcc時，A1輸出高電平，A2輸出低電平，3腳輸出高電平，放電管截止，此時，電容停止放電，進入充電狀態(tài)，如此反復，形成振蕩，于3腳輸出一方波信號。振蕩頻率與電容器的充放電時間有關。充電時間tPH=07（R1+R2）×C；放電時間：tPL=07R2×C，振蕩周期T=tPH+tPL=07（R1+2R2）×C，頻率f=144/（R1+2R2）×C。

3 CD4060組成延時電路

CD4060是由振蕩器電路和14級二進制串行計數(shù)器組成，振蕩器電路是外接石英晶振電路或阻容網(wǎng)絡RC構成，當復位端CR為高電平時，計數(shù)器復位輸出高電平且振蕩器停止工作。CD4060內(nèi)部的計數(shù)器位都是主從觸發(fā)器。在CTC（9腳）的下降沿以二進制進行計數(shù)。CD4060的特點是電壓范圍寬，可以在4～18 V工作，輸入阻抗高，但驅(qū)動能力差。延時電路如圖3所示。1腳與2腳接入11 Hz的晶振，經(jīng)過內(nèi)部211或212分頻，在Q11或Q12腳輸出1800 s或3600 s的方波信號，即將輸入延時30 min或60 min。本研究項目是把555定時電路輸出的振蕩頻率作為CTC的輸入信號進行延時。改變振蕩頻率就可以改變延時時間。

4 檢測電路

電瓶充電情況的檢測采用光敏電阻與充電指示發(fā)光二極管組成，當充電時由于充電電流大，發(fā)光二極管發(fā)光，光敏電阻受光照時阻值變小，當電充滿時無電勢差，充電電流小發(fā)光二極管發(fā)光暗或滅，光敏電阻不受光照時阻值變大，把光敏電阻端的電壓變化值作為CD4060的復位信號，控制延時電路的工作。

5 整機電路分析

整機電路如圖4所示，本機電路采用RC阻容降壓的方式，按下電源按鈕SW2，交流電壓經(jīng)過R1、C2降壓，橋式整流C6濾波，三端集成穩(wěn)壓器7809穩(wěn)定輸出9 V電壓給555、CD4060供電。當電動車開始充電是由于充電電流大，D1發(fā)光，光敏電阻在光照下呈低電阻狀態(tài)，使CD4060延時電路的復位端處于低電平，使CD4060清零輸出高電平，Q1導通，繼電器工作常開開關閉合接通電源。當充電結束時由于電瓶無電勢差是充電電流很小，D1暗或滅，光敏電阻無光照呈高阻狀態(tài)，使CD4060延時電路工作，555定時電路3腳輸出的方波信號f=1.44/（R3+2R4）×C。傳送給CD4060作為時鐘信號，CD4060計數(shù)，經(jīng)內(nèi)部分頻211或212兩種選擇，將延時30 min或60 min。延時時間到CD4060輸出低電平，Q1截止，繼電器停止工作開關斷開電源，從而避免電瓶過充現(xiàn)象起到了保護作用。

6 結語

本電路經(jīng)過組裝調(diào)試能完成設定的功能，但由于元件的因素在時間上有一點點差異，電瓶充滿后再延時37 min或70 min，能防止電瓶過充，保護了電瓶，延長了電瓶的使用壽命。

參考文獻：

[1] 趙光.555時基電路應用280例[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

[2] 焦賀彬.555定時器的特性及應用研究[J].企業(yè)技術開發(fā)，2015（29）.

[3] 趙明，曹剛，秦大為.基于CD4060的路燈照明系統(tǒng)定時器的設計[J].燈與照明，2009（4）.