近年來(lái)，隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，蓄電池作為電源不僅在交通（鐵路、地鐵、船舶）、發(fā)電、通訊、航天、化工、傳統(tǒng)汽車等行業(yè)發(fā)揮著重要的作用，而且也已經(jīng)開始作為動(dòng)力電源或動(dòng)力輔助電源應(yīng)用于電動(dòng)汽車（EV）和混合動(dòng)力汽車（HEV）領(lǐng)域。與一次性充電電池相比，蓄電池兩個(gè)顯著的特點(diǎn)是多次循環(huán)利用和高效節(jié)能。汽車在未啟動(dòng)時(shí)必須依靠蓄電池給啟動(dòng)機(jī)供電直至拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)蓄電池電壓不足或者蓄電池發(fā)生損壞時(shí)，就難以提供足夠的動(dòng)力，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能運(yùn)行。因此本文提出了基于LM741的汽車蓄電池低電量報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，當(dāng)蓄電池電壓降低到一定極限值時(shí)，電路通過(guò)安裝聲光信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)判斷蓄電池是否正常工作，提醒用戶采取相應(yīng)的措施（即再次充電或更換電池）。

1.LM741工作原理

LM741為雙電源集成運(yùn)算放大器，是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品袁通常被應(yīng)用于汽車放大電路中，或者在汽車電路中用作電壓比較器。圖1為L(zhǎng)M741的引腳圖及其各引腳的功能。該系統(tǒng)中LM741工作于非線性區(qū)，構(gòu)成電壓比較器。其功能是對(duì)送到集成運(yùn)放輸入端的兩個(gè)信號(hào)（模擬輸入信號(hào)和參考信號(hào)）進(jìn)行比較，并在輸出端以高、低電平的形式得到結(jié)果。它的兩個(gè)輸入電壓中，一個(gè)是基準(zhǔn)電壓，另一個(gè)是被比較的輸入電壓，當(dāng)兩個(gè)電壓不相等時(shí)，集成運(yùn)放輸出的電壓不是等于正電源電壓就是等于零，即在輸出端只輸出兩種電壓值，正電源電壓或者零。圖2為同相輸入的電壓比較器及其電壓傳輸曲線。集成運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端分別引入的是輸入信號(hào)ui和參考電壓信號(hào)Uref。LM741作為電壓比較器使用時(shí)就是比較的輸入電壓和參考電壓之間的大小，當(dāng)怎ui》Uref時(shí)，集成運(yùn)放輸出高電平，即uo=UCC;當(dāng)ui＜Uref時(shí)，集成運(yùn)放輸出低電平，即uo=0。

圖1 LM741引腳及其引腳功能

圖2 同相輸入的LM741及其電壓傳輸曲線

2.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

汽車蓄電池低電量報(bào)警系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)電源電路、取樣電路、電壓比較器電路和輸出電路4部分組成?；鶞?zhǔn)電源電路由穩(wěn)壓管和限流電阻組成，加到電壓比較器的反相輸入端，并為其提供基準(zhǔn)電壓;取樣電路由兩個(gè)電阻串聯(lián)組成，形成串聯(lián)分壓作用，作為整個(gè)電路的輸入信號(hào)，且取蓄電池電壓的一部分和基準(zhǔn)電壓相比較;電壓比較器電路通過(guò)比較基準(zhǔn)電源電路的電壓和取樣電路電壓的大小來(lái)判斷輸出高電平還是低電平;輸出電路通過(guò)接受到的電壓比較器的輸出電壓，判斷發(fā)光二極管是否處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示蓄電池電量過(guò)低遙該報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 汽車蓄電池低電量報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

汽車蓄電池低電量報(bào)警系統(tǒng)硬件電路如圖4所示，該系統(tǒng)主要包括電壓比較器LM741、電阻、穩(wěn)壓管及LED等部分。

圖4 汽車蓄電池低電量報(bào)警系統(tǒng)硬件電路

3.1基準(zhǔn)電源電路

基準(zhǔn)電源電路由限流電阻R2與穩(wěn)壓管VDZ兩部分組成，該系統(tǒng)把穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓作為比較器LM741的基準(zhǔn)電壓，并將其連接到LM741的反相輸入端。其中R2=100kΩ，穩(wěn)定電壓值為5V。

3.2取樣電路

R1、R3串聯(lián)連接組成取樣電路，接在LM741的同相輸入端。R1、R3阻值相等，均取100kΩ，形成串聯(lián)分壓，中間點(diǎn)為取樣電壓，即取蓄電池電壓的一部分作為檢測(cè)電壓也即輸入電壓。

3.3輸出電路

R4和LED構(gòu)成輸出電路，R4=1kΩ，起到限流的作用。根據(jù)電壓比較器輸出端的電壓值確定LED是導(dǎo)通還是截止，即利用發(fā)光二極管是否發(fā)光達(dá)到電路報(bào)警的目的。

3.4報(bào)警原理

當(dāng)蓄電池電壓高于10V，也即取樣電路的電壓超過(guò)5V時(shí)，輸入信號(hào)電壓高于基準(zhǔn)電壓，則LM741輸出高電平，此時(shí)輸出電壓為蓄電池電壓（10～12V）。由圖4可以看出，6引腳電位明顯高于7引腳電位，致使發(fā)光二極管因承受反向電壓而不發(fā)光，表示蓄電池電壓正常，報(bào)警作用不啟用;當(dāng)蓄電池電壓低于10V時(shí)，輸入信號(hào)電壓（小于5V）低于基準(zhǔn)電壓，則LM741輸出低電平，即輸出電壓為零，此時(shí)7引腳電位高于6引腳電位，LED因承受正向電壓而導(dǎo)通，發(fā)光提示蓄電池電量過(guò)低，報(bào)警作用啟動(dòng)。

3.5系統(tǒng)接線圖

圖5為汽車蓄電池低電量報(bào)警系統(tǒng)接線結(jié)構(gòu)。把汽車蓄電池通過(guò)汽車鑰匙開關(guān)接到電壓比較裝置，并為汽車電路負(fù)載（照明系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)等）提供電源，當(dāng)蓄電池電壓正常時(shí)，負(fù)載電壓正常，車輛能正常啟動(dòng)，儀表系統(tǒng)等能正常顯示和工作;當(dāng)蓄電池電壓過(guò)低時(shí)，電壓比較裝置通過(guò)比較判斷，發(fā)出燈光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)電源電壓達(dá)不到系統(tǒng)所需電壓水平，相應(yīng)的照明、儀表等系統(tǒng)將不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖5 報(bào)警系統(tǒng)接線結(jié)構(gòu)

4.系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上分析，將汽車蓄電池接于所設(shè)計(jì)的硬件電路中做報(bào)警試驗(yàn)（表1）。從表1可以看出，當(dāng)蓄電池電壓低于10V時(shí)，報(bào)警指示燈點(diǎn)亮，當(dāng)蓄電池電壓高于10V時(shí)，報(bào)警指示燈熄滅。因此，該電路可滿足在蓄電池電壓低于10V時(shí)報(bào)警，直至蓄電池再次被充電至10V以上時(shí)停止報(bào)警，蓄電池輸出電壓在10V以上時(shí)報(bào)警系統(tǒng)不起作用，充分說(shuō)明該電路的設(shè)計(jì)方案是正確可行的。

結(jié)論

本文總結(jié)了基于電壓比較器LM741的汽車蓄電池低電量報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)對(duì)低電量報(bào)警裝置的系統(tǒng)組成和工作原理進(jìn)行分析。經(jīng)試驗(yàn)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，在應(yīng)用過(guò)程中效果良好，能夠起到對(duì)汽車蓄電池組的科學(xué)管理作用，具有較高的參考價(jià)值。
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