簡單的自動DC電壓切換電路

本文敘述電池充電電路之設計，利用穩壓器、繼電器與運算放大器等元件設計相關電路，達到電壓分配、電池低電壓指示、電池充飽自動斷電與電源自動切換等功能。 1. 電路使用元件介紹電池充電電路使用了穩壓器(Regulator)、繼電器(Relay) 、二極體(Diode)、運算放大器(Operational amplifier )與分壓電路(Voltage divider circuit)等，構成一個具有邏輯判斷能力的電路。 (1) 穩壓器穩壓器在本電池充電電路中主要用於電源電壓分配，利用不同型號與特性的穩壓器，使系統中馬達與控制IC等元件皆可依其需求獲得適當的供給電壓。(2) 二極體二極體具有單向導通特性，在本電池充電電路連接充電器與電池使充電具有方向性，同時亦有使繼電器自動復歸的功能。(3) 運算放大器本電池充電電路中採用之運算放大器LM358接腳如圖1，port 8接入電源啟動LM358，port 4接地。一個LM358有兩組比較器可使用，其中當IN(+)腳的輸入電壓大於IN(-)腳的輸入電壓時OUT會輸出高電位，反之當IN(+)腳的輸入電壓小於IN(-)腳的輸入電壓時OUT會輸出低電位。本電池充電電路中利用LM358做簡單的邏輯判斷，應用在低電壓警示與充電完成切斷充電之功能。

圖片參考：http://140.138.40.170/articlesystem/article/compressedfile/(2011-07-30)%20%E7%AC%AC%E4%B8%89%E7%AB%A0%20TRiCmini%E5%90%84%E6%A8%A1%E7%B5%84%E4%B9%8B%E5%BB%BA%E7%BD%AE.files/image080.jpg
圖1. LM358接腳圖在使用LM358時還需特別注意，Vcc輸入電壓必須高於輸入IN(+)腳的電壓1.5V以上，LM358才可正常運作，而OUT所輸出的電壓大約是Vcc的85%左右。(4) 繼電器繼電器是利用小電流控制大電流的開關，具有電壓隔離性，可保護低電壓電路不受到高電壓的傷害，又具有開關效果。本電池充電電路中除了一般機電繼電器外也使用了固態繼電器，固態繼電器利用半導體元件的開關特性，沒有任何可動的機械零件，工作中也沒有任何機械動作，但具有與機電繼電器本質上相同的功能，可靠度較高且可以很小的電流驅動。因運算放大器LM358的輸出電流並不大，因此使用固態繼電器替代一般的機電繼電器。一般來講固態繼電器有四支接腳，IN腳的部分為驅動電壓輸入端，OUT腳的(+)與(-)在普通狀態下是斷路的，當IN腳有驅動電壓輸入時OUT(+)腳與OUT(-)腳即成為通路，電流由OUT(+)腳進OUT(-)腳出。(5) 分壓電路分壓電路可達成降壓，並且可以調整出電路所需的電壓，如圖2所示A點輸出電壓的公式如式(1)。

圖片參考：http://140.138.40.170/articlesystem/article/compressedfile/(2010-06-16)%20%E9%9B%BB%E6%B1%A0%E5%85%85%E9%9B%BB%E9%9B%BB%E8%B7%AF%E8%A8%AD%E8%A8%88.files/image008.jpg

2. 電路設計與說明本電池充電電路所要達成的功能包含以下三項：(1) 電源自動切換，當與插座連接時系統皆使用市電；(2) 電池電力不足時，以閃燈提醒使用者；(3) 電池充電完成時自動切斷充電以保護電池。(1) 電源自動切換電路電源自動切換電路如圖3所示，當電路與插座連接時，繼電器1從原本NC跳至NO，負載的電力來源便轉換為市電，此時LED1亮起提醒使用者目前本電路已與市電連接，電池不再供電，電阻R5可保護LED不被燒壞。

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(2) 充電電路充電電路如圖4所示，可達成前述低電量警示與充電完成自動切斷充電兩項功能。穩壓器7809供給LM358電力，穩壓器7806提供6V電給LM358的兩個IN(+)腳(port3, port5)，電池則透過分壓電路連接LM358的兩個IN(-)腳。當電池電壓不足時（此處設定為低於12.8V），透過分壓電路R1、R2轉換，port2的IN(-)腳輸入電壓會低於6V，此時port3的IN(+)腳輸入電壓將大於port2的IN(-)腳輸入電壓，於是port1 OUT腳輸出高電位使LED2亮起提醒電池電量已經不足。當電池充電完成時（此處設定為電池電壓高於13.8V），透過分壓電路R3、R4轉換，port6的IN(-)腳輸入電壓會高於6V，此時port5的IN(+)腳輸入電壓將小於port6的IN(-)腳輸入電壓，於是與固態繼電器連接的port7 OUT腳輸出低電位，失去驅動電壓的固態繼電器成為斷路，充電也因此切斷，同時LED3熄滅表示充電完成。

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固態繼電器 Scr 可 ?

備用有穩定電壓 ?