基于分频原理电动车专用充电定时断电插座的研制

孙姣梅

摘 要：如果电动车的电瓶一整晚都在充电就会造成电瓶过充而影响电瓶的使用寿命，利用555定时器和CD4060延时器可以使电瓶充满后再延长30 min或60 min才自动关断电源。

关键词：定时器；延时器；保护电瓶

中图分类号：TM9106 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.05.003

0 引言

为了降低环境的污染，低碳出行，电动车、电动汽车、电动公交车相继问世。由于长时间充电，造成电瓶过充，使电瓶失水、发热、膨胀变形，最后缩短了电瓶的使用寿命，怎样避免电瓶过充，是当今我们必须面对和解决的问题。现在每家使用的插座都是不能自动断电的，经过反复研究最终设计出一款带自动定时关断电源的插座。本设计中以常用的时基振荡器555集成块和14级分频二进制串行计数器CD4060集成块为核心。

1 555时基电路

555时基电路是一种把模拟技术与数字技术相结合的中规模集成芯片，具有电源电压供电范围宽，可在45～16 V工作，输出的电流约为200 mA，费用低，性能可靠，只在555集成块外接几个电阻器、电容器，就可以组成无稳的多谐振荡电路、单稳态触发电路和双稳的施密特触发电路等。555时基电路内部结构如图1所示。

555定时器由分压器、电压比较器、基本的RS触发器和输出级、放电管五部分组成，分压器由3个 5 kΩ的电阻串联而成，上端接电源，下端接地端，为电压比较器A1和A2提供时基电压，电压比较器A1 “+”接基准电压的2/3/Vcc处，即控制端，电压比较器A2的“-”接基准电压的1/3Vcc处，比较器A1和A2的输出分别作为RS触发 器的复位信号和置位信号，使555时基电路实现保持复位和置位的功能。下列分析555定时的功能： ①当VTH>2/3 Vcc、VTR>1/ 3 Vcc时，A1为低电平，A2为高电平，基本RS触发器置0，放电管导通。 ②当VTH< 2/3 Vcc、VTR> 1/3 Vcc时，A1、A2都为高电平，基本RS触发器保持不变。③当VTH< 2/3 Vcc、VTR<1/3 Vcc时，A1为高电平，A2为低电平，基本RS触发器置1。

2 555组成的定时电路

此设计的定时电路是由555集成块与外围电路组成间接反馈型无稳多谐振荡电路如图2所示，接通电源后，电源Vcc通过R1和R2向电容充电，当电容上的电压Vc=2/3/Vcc，阈值输入端6脚被触发，A1输出低电平，3脚输出低电平“0”，同时放电管导通，电容C 通过R2放电，当电容上的电压Vc=1/3Vcc时，A1输出高电平，A2输出低电平，3脚输出高电平，放电管截止，此时，电容停止放电，进入充电状态，如此反复，形成振荡，于3脚输出一方波信号。振荡频率与电容器的充放电时间有关。充电时间tPH=07（R1+R2）×C；放电时间：tPL=07R2×C，振荡周期T=tPH+tPL=07（R1+2R2）×C，频率f=144/（R1+2R2）×C。

3 CD4060组成延时电路

CD4060是由振荡器电路和14级二进制串行计数器组成，振荡器电路是外接石英晶振电路或阻容网络RC构成，当复位端CR为高电平时，计数器复位输出高电平且振荡器停止工作。CD4060内部的计数器位都是主从触发器。在CTC（9脚）的下降沿以二进制进行计数。CD4060的特点是电压范围宽，可以在4～18 V工作，输入阻抗高，但驱动能力差。延时电路如图3所示。1脚与2脚接入11 Hz的晶振，经过内部211或212分频，在Q11或Q12脚输出1800 s或3600 s的方波信号，即将输入延时30 min或60 min。本研究项目是把555定时电路输出的振荡频率作为CTC的输入信号进行延时。改变振荡频率就可以改变延时时间。

4 检测电路

电瓶充电情况的检测采用光敏电阻与充电指示发光二极管组成，当充电时由于充电电流大，发光二极管发光，光敏电阻受光照时阻值变小，当电充满时无电势差，充电电流小发光二极管发光暗或灭，光敏电阻不受光照时阻值变大，把光敏电阻端的电压变化值作为CD4060的复位信号，控制延时电路的工作。

5 整机电路分析

整机电路如图4所示，本机电路采用RC阻容降压的方式，按下电源按钮SW2，交流电压经过R1、C2降压，桥式整流C6滤波，三端集成稳压器7809稳定输出9 V电压给555、CD4060供电。当电动车开始充电是由于充电电流大，D1发光，光敏电阻在光照下呈低电阻状态，使CD4060延时电路的复位端处于低电平，使CD4060清零输出高电平，Q1导通，继电器工作常开开关闭合接通电源。当充电结束时由于电瓶无电势差是充电电流很小，D1暗或灭，光敏电阻无光照呈高阻状态，使CD4060延时电路工作，555定时电路3脚输出的方波信号f=1.44/（R3+2R4）×C。传送给CD4060作为时钟信号，CD4060计数，经内部分频211或212两种选择，将延时30 min或60 min。延时时间到CD4060输出低电平，Q1截止，继电器停止工作开关断开电源，从而避免电瓶过充现象起到了保护作用。

6 结语

本电路经过组装调试能完成设定的功能，但由于元件的因素在时间上有一点点差异，电瓶充满后再延时37 min或70 min，能防止电瓶过充，保护了电瓶，延长了电瓶的使用寿命。

参考文献：

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[3] 赵明，曹刚，秦大为.基于CD4060的路灯照明系统定时器的設计[J].灯与照明，2009（4）.