直流稳压电源及漏电保护

I 直流稳压电源及漏电保护直流稳压电源及漏电保护 应应用科技学院用科技学院 电电子信息工程子信息工程专业专业 120352010022 杨杨吓妹吓妹 指指导导教教师师 郑华郑华 【摘要摘要】利用利用 LM358 和和 pmos 管管 IRF9540 设计一种超低压差稳压电源电路。电路器件选用常规器件，设计一种超低压差稳压电源电路。电路器件选用常规器件， 成本低。结构简单。本电路主要有线性电源变换电路、显示电路、控制电路和漏电保护控制电路四部分。成本低。结构简单。本电路主要有线性电源变换电路、显示电路、控制电路和漏电保护控制电路四部分。 其中主线性变换电源电路基于其中主线性变换电源电路基于 VLDO 原理设计，调整管采用原理设计，调整管采用 pmos 管管 IRF9540。压降可以达到。压降可以达到 0.2V。功。功 率显示电路采用液晶，由单片机控制。漏电保护控制电路采用单片机控制，对高低电位分别采用率显示电路采用液晶，由单片机控制。漏电保护控制电路采用单片机控制，对高低电位分别采用 MAX4173 和运放组成电流采样电路，由单片机控制继电器控制电源开关。本系统还需要编写程序来实现和运放组成电流采样电路，由单片机控制继电器控制电源开关。本系统还需要编写程序来实现 系统，并且有软件流程图。系统，并且有软件流程图。 【关键词关键词】VLDO；单片机；降压；单片机；降压； 稳压；稳压；DC-DC 1 目目 录录 1 系统方案系统方案2 1.1 线性直流稳压电源系统的论证与选择线性直流稳压电源系统的论证与选择2 1.2 电流检测系统的论证与选择电流检测系统的论证与选择3 1.3 漏电保护系统的论证与选择漏电保护系统的论证与选择5 2 单元电路设计单元电路设计.7 2.1 线性直流稳压电源线性直流稳压电源7 2.2 电流检测系统电流检测系统.8 2.3 漏电保护系统漏电保护系统9 3 系统软件设计系统软件设计.9 3.1 主程序流程图主程序流程图.11 3.2 显示流程图显示流程图.12 3.3 电压电流检测流程图电压电流检测流程图.12 4 测试方案与测试结果测试方案与测试结果13 4.1 测试条件与仪器测试条件与仪器13 4.2 测试方法测试方法13 4.3 测试结果及分析测试结果及分析14 5 总结总结 15 致谢致谢15 参考文献参考文献.15 附录：源程序附录：源程序17 2 1 系统方案系统方案 本系统主要主线性变换电源电路、显示控制电路和漏电保护控制电路三部分，下 面分别论证这 3 个模块的选择。 1.1 线性直流稳压电源系统的论证与选择线性直流稳压电源系统的论证与选择 方案一：超低压差稳压电路 图 1 超低压差稳压电路 本方案是采用 P 沟道场效应 MOS 管来替代 PNP 型功率三极管来作开关调整的， MOS 管内部自身有一个保护二极管。MOS 管是属于 PWM 型（即电压控制型）器件， 即栅极所需要的电流较小且在导通状态的阻抗非常小，所以在导通状态下的压降远低 于晶体三极管的饱和压降，这不仅能使输入与输出之间的压降低，还能输出更大的电 流。 方案二：低压差稳压电路 图 2 低压差稳压电路 本方案采取的是 PNP 型功率三极管来实现调整。此方案可以大大降低输入与输 出之间的压差。对于当个三极管的放大倍数并不是很大，能很好的带起轻载，在输入 与输出之间的压差取决于该管子的参数，若要使用在本系统当中，就必须选用低压差 的管子。 方案三：准低压差集成稳压电路 3 图 3 准低压差集成稳压电路 本方案互补三极管来实现，通过此互补管，能使输出电流很大，输出电压不容易 被拉低等优点。但对于这种接法在输入与输出之间的压差会很大，若要使输入与输出 之间的压差低，那么必须选用低压差的管子，而此现象要想满足本系统要求便是不容 易做到。 综合上述三个方案，本系统则选择方案一。 1.2 电流检测系统的论证与选择电流检测系统的论证与选择 方案一：低端电流检测方法 图 4 低端电流检测法 4 该方案电路简洁、体积也不大，也容易采用一个相同的增益级来实现，可不足的 是需要从负载至地端返回的接线，还需增加一个额外电阻，还有在一些故障中是检测 电流检测不到的，用本方案来设计是会使负载容易损坏，很危险的。 方案二：MAX4173 高端电流检测方法 图 5 MAX4173 高端电流检测法 输出端的电压与检测电流的电阻关系式为： Vo=GainRsenseIload Gain= BRGD/RGD Gain 从上式计算公式可得出，CMRR 由集成内部的检测电流的电路中的工艺来确定 的(典型值91dB） ，即在不不考虑受外部电阻的影响下。将这样一个集成器件它的性能 好、稳定、温漂特性很好、体积又很小、方便使用及功耗又低等优点，在市场上及受 欢迎。 方案三：传统高端电流检测方法 5 图 6 传统高端检测法 通过运算比例放大器来做增益放大并把信号从高电位移到参考地。输出电压 Vo=RSIRS；且 R1、R2、R3、R4 电阻都要是相同的数值且数值不能过小，此设计方 案已在实际生活当有着广范应用，该方案的输入阻抗是比较小的，在电阻的匹配度要 求要很高的，才能使 CMRR 匹配。只要图中有一个电阻产生 4%变化率就会导致 CMRR 降到 44dB；当电阻有 0.3%的变化率就会导致 CMRR 降到 76dB，当电阻有 0.03%的 变化率会使 CMRR 将降到 86dB。好的检测电流需要很高的测量仪器或方法，这将会 促进了好的电流检测集成 IC 电路的快速发展。而差的电流检测貌似也并没有什么相应 的进展。 综合以上三种方案，选择方案二。 1.3 漏电保护系统漏电保护系统的论证与选择的论证与选择 方案一：漏电保护系统 6 图 7 漏电保护系统 如图所示，本方案主要是采用可控硅来检查漏电的，由于可控硅是电流型器件， 因此当系统漏电的电流在一定的范围便能使可控硅工作，因此达到检测漏电的效果； 并对这个检测漏电的原理进行扩展，当可控硅开通时，即检测到漏电，会有蜂鸣器的 报警声，并有一个红色的 led 等在闪烁着；此方案达到漏电报警的效果。 方案二：漏电保护系统 图 8 漏电保护系统 如图所示，本方案是采用单片机检测漏电电流的大小来判断漏电的。通过一个电 阻将漏电电流转换成一个电压信号送给单片机；当漏电电流足够打时，也就是说单片 机检测到的电压达到设定值时，单片机动作，送出一个控制三极管的电平，使继电器 动作，将系统断电，使之达到保护系统。 综合这两个方案，方案二较为自能方便，采用程序来控制,使系统结构简洁、稳 定,使用方便。故采用该方案。 7 2 单元电路设计单元电路设计 2.1 线性直流稳压电源线性直流稳压电源 2.1.1 线性直流稳压电源原理图 图 9 线性直流稳压电源电路原理图 2.1.2 线性直流稳压电源原理分析 如图 9 所示，该系统电路图由 TL431 能提供一个基准电压为 2.5V，通过 P 沟道 场效应 MOS 管来替代 PNP 型功率三极管来作开关调整，MOS 管内部自身有一个保护 二极管。而 C3、R4 组成一个积分电路来延时跳变间的电压。C1、C2 起电源输入滤波 作用，C5、C6 起稳压后的输出滤波作用。MOS 管是属于 PWM 型（电压控制型）器 件，即栅极所需要的电流较小且在导通状态的阻抗非常小，所以在导通状态下的压降 远低于晶体三极管的饱和压降，这不仅能使输入与输出之间的压降低，还能输出更大 的电流。 8 2.2 电流检测系统电流检测系统 2.2.1 显示系统电路原理图 图 10 显示系统电路原理图 2.2.2 显示系统电路原理分析 MAX4173 的工作原理，如图 5 所示。该图是 MAX4173 芯片内部结构框图，其中 A2 和 A1 是两个差动运算比例放大器, 即此结构差动运算输入法，抗干扰能力很好， 能提高微小信号的检测准确度;其内部有一个三极管，还有是一个比较器;Rsence 是一 个外部电流采样电阻（阻值精准度要高） ，这些框外部分是需要根据自个的需求来接外 部电路的。 MAX4173 芯片的工作原理如下： 假设电流是从左流向右(如图 5 中 ILOAD 方向走向) 流过采样电阻 Rsence 通过运 算比例放大器到三极管 Rout 内部电阻接到地端。这样运算比例放大器的工作，将电流 Iout 的产生从三极管的发射极流出来。运算比例放大器的正输入端(+)和负输入端(-)是 一样的电位。运算比例放大器的负输入端(-)电位计算公式为：Vpower=IloadRsence， 即 RGD 的电压为：IloadRsence；通过换算，电压与电流的比 P 由以下公式给出： P=Vout/Iload=Rsence(Rout/RGD) 根据以上得 Rsence 取值要很小。通过 Rout/RGD 的比例 P 设计为一个较匹配的值。 对于微小电流信号，输出可以得到一个较大的输出电压 Vout,即可避免测量微小电流信 9 号所造成的误差；若是电流信号较大，也不会影响系统测量的精度。该芯片的电路在 实际的应用当中, 各个参数都能满足该芯片技术要求。 输出（OUT）的两端的电压 Vout #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit DQ=P37;/DS18B20 与单片机连接口 sbit RS=P30; sbit RW=P31; sbit EN=P32; unsigned char code str1=“TemPeraTure: “; unsigned char code str2=“ “; uchar Data disdata5; uint Tvalue; /温度值 uchar Tflag; /温度正负标志 /*lcd1602 程序*/ void Delay1ms(unsigned int ms)/延时 1mm 秒 unsigned int i,j; for(i=0;i0;I-) DQ = 0; /给脉冲信号 DAT=1; DQ = 1; /给脉冲信号 if(DQ) DAT|=0X80; Delay_18B20(10); return(DAT); void DS1820wr(uchar Wdata)/*写数据*/ unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = Wdata Delay_18B20(10); DQ = 1; Wdata=1; read_temp() /*读温度值并转换*/ uchar AA,BB; DS1820rst(); DS1820wr(0XCC); /*跳过读序列号*/ DS1820wr(0X44); /*启动温度值转换*/ DS1820rst(); DS1820wr(0XCC); /*跳过读序列号*/ DS1820wr(0XBE); /*读取温度值*/ AA=DS1820rd(); BB=DS1820rd(); Tvalue=b; 21 Tvalue=8; Tvalue=Tvalue|a; if(Tvalue0X0FFF) Tflag=0; else Tvalue=Tvalue+1; Tflag=1; Tvalue=Tvalue*(0.625);/温度值扩大 10 倍，精确到 1 位小数 return(Tvalue); void Ds1820disp()/显示温度值 uchar Flagdat; Disdata0=Tvalue/1000+0X30;/百位 Disdata1=Tvalue%1000/100+0X30;/十位 Disdata2=Tvalue%100/10+0X30;/个位 Disdata3=Tvalue%10+0X30;/小数位 if(Tflag=0) Flagdat=0X20;/正温度不显示符号 else Flagdat=0X2D;/负温度显示符号:- if(Disdata0=0X30) Disdata0=0X20;/如果百位为 0，不显示 if(Disdata1=0X30) Disdata1=0X20;/如果百位为 0，十位为 0 也不显示 WR_com(0XC0); 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