無人機自動充電電路的設計案例1.1無人機著艇自動充電的需求分析為實現無人機著艇后的自動能源補充，設計了無人機的自動充電電路。從海上無人機的使用環(huán)境出發(fā)考慮，自動充電電路需要在實現自動充斷電的基礎上有防漏電的保護功能，從使用經濟性角度考慮，充電電路對無人機的蓄電池應有保護其安全和性能的作用。1.2AltiumDesigner軟件簡介AltiumDesigner是學習和項目制作中最常用的繪制電路原理圖的軟件，集原理圖繪制、PCB板繪制編輯、電子器件連接布線等功能與一身。發(fā)展到現在，已經成為大多數電子電路設計工作者的必備軟件，在業(yè)界有著廣泛的使用。1.3自動充電電路原理圖設計與分析利用AD繪制的無人機自動充電電路原理圖如下。圖3-1無人機自動充電原理圖1.1.1電路整體介紹交流電輸入經漏電保護裝置，充電時，當開關BT閉合，接通220V電源，這時電流分為兩路。一路經過BT按鍵后通過控制按鍵通入變壓器T1，經變壓器T1降壓后，其輸出端有二極管和電容的并聯，可起到整流和濾波的作用，經整流和濾波輸出的電流為控制電路的NE555供電；另一路通過電流互感器T2和插座X（接充電器），正常充電時，電流互感器初級端電壓約為1.5V-2V，次級端電壓經VD3和C2整流濾波后在電阻R3兩端產生約9-12V的電壓，VD5是一個二級穩(wěn)壓管，其穩(wěn)壓值為7.5V，9-12V的電壓足以擊穿穩(wěn)壓管VD5，使其導通，同時光電耦合器P521導通，根據光耦的特性，導通后時基芯片IC2的（2）、（6）引腳為低電平，而（3）號引腳輸出高電平，使繼電器K吸合，連接充電部分的K-1觸點接通，開始充電。當電池達到規(guī)定的電壓后進入涓流充電（充電電流很?。詈蟪潆娊Y束。IC2等外圍元件還構成一個定時器，這樣，當充電器正常的電流充電結束進入涓流充電后，流過電流互感器T2初級線圈電流變得很小，負載電阻R1兩端電壓變?yōu)?-3V，使穩(wěn)壓管VD5截止，光電耦合器IC1也截止，此時電源經過R2對C3充電。隨著充電的進行，C3兩端電壓不斷上升，當涓流充電時間到時，NE555的(2)、（6）引腳為高電平，（3）號腳輸出低電平，繼電器觸點K-1斷開，這樣就徹底斷開了充電電源。1.1.2主要元器件介紹（1）漏電保護開關：由圖可以看出，交流電輸入首先經過漏電保護電路，由于海上環(huán)境潮濕且電路可能被水浪打濕而發(fā)生短路，當電路中出現短路或設備漏電等情況時，漏電斷路器可迅速切斷供電電路，從而避免無人機蓄電池以及其他供電和用電設備受到危害。當漏電開關內的信號處理器件檢測到短路或漏電等危險信號時，漏電脫扣器通過斷開其保護的工作電路，起到保護作用。漏電保護器的內部電路原理圖如下：圖3-2漏電保護器內部原理圖當電路正常工作時通過檢測互感器（又稱為零序互感器）的電流大小相等、方向相反，即電流和為零，互感器鐵芯中的磁通量也為零，自動開關處于接通狀態(tài)。當電路中發(fā)生短路或觸電漏電等故障時，出現一個接地的故障電流，打破了檢測互感器內的電流平衡狀態(tài)，隨即出現不為零的磁通量，使繞組上產生感應電流，使自動開關跳閘起到保護電路的作用。（2）變壓器：原理圖中變壓器T1和T2為得到整流電路在輸出端分別連接了兩個二極管，并聯在二極管上的電容主要起到去偶電容的作用，即蓄能和降噪。為給后面的控制器件供電，T1進行了全波整流。（3）整流濾波模塊：在上述電路原理圖中用到了常用的整流濾波電路，采用簡單的二極管和電容的方式實現整流和濾波。（4）光電耦合器：原理圖中經過T2輸出的，并經穩(wěn)壓管VD5之后的電流接到了光電耦合器P521的輸入端。光電耦合器是電路中常用的隔離原件，其內部封裝了發(fā)光和光敏元件，通過將電信號轉換為光信號再轉換為電信號的器件，其主要作用是實現接口兩端輸入和輸出電氣電路的隔離。在封裝體內二極管接收電信號發(fā)光，光敏元件接收光照而又轉化為電信號，發(fā)光二極管的這種巧妙構造又決定了其有另一個應用優(yōu)勢——信號的單向傳輸性。此外，電路中加入光電耦合器可提高電路的抗干擾能力和傳輸效率，延長電路的使用壽命。圖3-34引腳光耦內部結構圖上圖為常用的4引腳光電耦合器TLP521的內部結構圖，通過控制（1）號引腳和（2）號引腳之間的電壓使發(fā)光二極管發(fā)光與否來控制（3）號引腳和（4）號引腳之間的通斷，其中（3）（4）號引腳之間是光敏半導體管。作為電子開關，其隔離功能可防止前端的電壓或擾動對后級輸出造成干擾或損害。（5）NE555：NE555是一款時基芯片，即用于在一定時間內在輸出端發(fā)出一定的脈沖，為后續(xù)電路提供高電平。1號引腳為接地端，8號VCC為正極供電端，2號為觸發(fā)腳，通常將2號與6號連接在一起用于電平開關作用，4號復位端，在上電瞬間提供低電平復位，通常正常工作時將4號與8號接一起保持高電平狀態(tài)，3號為輸出端，用于在一定時間內輸出一定的脈沖信號，以輸出波的高電平驅動繼電器，7號一般接一個電阻為放點端，5號接控制電壓。圖3-4NE555內部功能框圖1.1.3設計創(chuàng)新點（1）一般無人機充電電壓為12V，但是變壓器并沒有直接將220V電降到12V電壓，而是轉換成16V的交流電。因為變壓器的輸出電壓還需經過其他元件的損耗，比如經過經過整流和濾波電路時有電能你的損耗，降壓后16V的交流電經整流后成為約14V的直流電，無人機電瓶12V，其峰值電壓是14V，也叫虛電壓?？紤]以上因素，變壓器直接降到16V而并非12V。（2）加入涓流充電過程。涓流