电源过压欠压保护电路课设报告

目录一、 摘要2二、 方案论证2三、 电路工作原理及说明31.电压比较电路32.比较器与运算放大器的差别73.执行电路74.总电路图9四、 电路性能指标的测试10五、 设计心得10附录13附录一13参考文献 14电源过压欠压保护电路一、 摘要随着微控技术的日益完善和发展，在工业控制中，用电设备通常工作至三相电源中，而很多用电设备在使用中对相应提供的工作电源有着较高的要求。但通常电网产生的电压偏高(是指给定的瞬间设备端电压U与设备额定电压Un之差)，以及大功率电动机的起动，电焊机的工作，特别是大型电弧炉和大型轧钢机冲击性负荷的工作，均会引起负荷的急剧变动，使电网电压损耗随之产生相应变动，从而使用户公共供电点的电压出现波动现象。而上述情况所造成的电压波动，又会给用电设备造成不应有的过压、欠压现象。如长时间供给用电设备，则会极大的损坏用电设备。所以在用电设备使用中，会加入相应的保护电路，以保证用电设备在正常的供电状态下使用。当供电线路出现过、欠压时，保护电路进行有效保护，从而确保用电设备安全正常运行。二、 方案论证本课题主要设计电源过压/欠压保护电路。主要设计思想为：在正常情况下，即电压在标准电压附近的时候，电路正常工作，报警器不工作。当有过压、欠压或者掉电的时候，输入电压经过整流滤波稳压后与已知标准电压相差很大时，电路使晶体管工作，从而驱动报警器报警，提示工作人员进行必要的措施，防止不必要的损失。经过理论推理，进行分析比较并逐步模拟，确立以下比较合理的方案。过压、欠压保护电路原理框图如图1所示。该电路设计过压/欠压掉电报警器电路，由比较电路、报警器装置组成。 电源比较电路报警电路图1 过压/欠压保护电路原理框图三、 电路工作原理及说明1. 电压比较电路保护电路中主要是电压比较器在起作用，电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。比较电路主要由两个理想运放组成，这是电路正常工作的核心。通过运放组成电压比较器，对输入电压判别，从而输出相应高低电平，作用于后续电路。比较电路如图2所示:图2 比较电路 电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)： 当”输入端电压高于”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当”输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平； 电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。运算放大器是通过反馈回路和输入回路的确定“运算参数”，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。而比较器则不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出低电平。电压比较器输入是线性量，而输出是开关（高低电平）量。一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。电压比较器是对两个模拟电压比较其大小，并判断出其中哪一个电压高。 图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间 图1单电源比较器框图及工作波形 0t1时，VAVB；在t1t2时，VBVA；在t2t3时，VAVB。在这种情况下，Vout的输出如图1(c)所示：VAVB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VBVA时，Vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。如果它的VA、VB输入电压如图1(b)那样，它的输出特性如图2(b)所示。VBVA时，Vout输出饱和负电压。图2 双电源比较器框图及工作波形 如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，如图3(a)所示。此VB称为参考电压、基准 图3 其他比较器框图电压或阈值电压。如果这参考电压是0V(地电平)，如图3(b)所示，它一般用作过零检测。 比较器的工作原理比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。图4 运算放大器和比较器图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为：Vout=(1+RF/R1)R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB若R1=R2，R3=RF，则Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=(相当于R3、RF开路)时，Vout=。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。从图4中可以看出，比较器电路就是一个运算放大器电路处于开环状态的差分放大器电路。2. 比较器与运算放大器的差别运算放大器可以做比较器电路，但性能较好的比较器比通用运放的开环增益更高，输入失调电压更小，共模输入电压范围更大，压摆率较高(使比较器响应速度更快)。另外，比较器的输出级常用集电极开路结构。比较器电路本身也有技术指标要求，如精度、响应速度、传播延迟时间、灵敏度等，大部分参数与运放的参数相同。在要求不高时可采用通用运放来作比较器电路。如在A/D变换器电路中要求采用精密比较器电路。由于比较器与运放的内部结构基本相同，其大部分参数(电特性参数)与运放的参数项基本一样(如输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流等)。3. 执行电路 执行电路也是电路中必不可缺的部分，是电路功能实现和执行部分，是决定实验的成败关键。图5 执行电路此次课题要求在给定电源电压为20V的条件下，设计一个过压欠压报警器，使其在正常电压变动范围内时，绿灯发光；过压（超过15V）时红灯亮；欠压（低于5V）时黄灯亮。从而达到报警效果。设计思路明确，通过比较电路来决定发光二极管的发光情况。4. 总电路图图6 总电路图四、 电路性能指标的测试图 7 测试电路给定电源电压为20V的条件下，设计一个过压欠压报警器，使其在正常电压变动范围内时，绿灯发光；过压（超过15V）时红灯亮；欠压（低于5V）时黄灯亮。从而达到报警效果。设计思路明确，通过比较电路来决定发光二极管的发光情况。五、 设计心得一周的模拟电子技术课程设计中我学到了很多，这期间我查阅了很多资料，在图书馆找到了很多相关书籍，我相信这段时间的经历会对我日后工作有很大帮助。因为这次课设，我将模拟电子技术的重要内容都复习了一遍，这让我更好的掌握了课本上的知识点。这是我第二次接触multisim软件，同时我也对Multisim这种软件的使用掌握的更熟练了。 我一向认为过程是最重要的，在这几天中，我从对报警器这个名词的陌生到可以分门别类地介绍报警器的熟悉，我在摸索中前行。我查阅了大量的材料，查找各种整体的电路元器件，想方设法进行连接以完成课题的目标。在这个过程中我的毅力得到了磨炼，我曾研究一份电路图研究了三天，但实在无法实现报警功能，只得改换电路图，也就是现在的电路图，终于实现了报警功能，期间我们同组同学也不乏交流，团结协作精神得到了很好的体现。在课程设计的过程中我发现自己原理知识掌握不扎实，学过的知识不会应用，只是觉得都见过却不知道应该怎么连。而且对于Multisim软件的应用也极不熟练，我希望以后院里能提供给我们更多的锻炼机会来培养我们的实践能力、动手能力以及理论联系实际的能力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在通多次对电路的改进，上机仿真以及接线调试，终于使整个电路可稳定工作。设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。 设计单元电路阶段，这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。所有的设计方法还有步骤在数电书上都有，而且还有例题。这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少，所以做设计的时候要常随手翻阅课本，等于是做了几道数电作业题。这个阶段的难度也不是很大，一般翻课本就可以找到答案并解决问题。 实验阶段可以说是这次设计中最重要的部分，因为以前的只是理论而不是真正的实体。所以说它是最重要的。实验阶段我们遇到的问题有：对软件不熟悉；对实验过程中信号的测量知识学习很少；因为各个模块是分开做而后又组装到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合为一个整体，部分工作能行但是接到一起就会出现问题）;针对以上几个问题我们作出了以下的“对策”:软件不熟悉，就借来参考书，一步一步的对着学，而且老师给的资料上也有软件的使用说明，所以随着接触的增加软件也就越来越熟悉，这方面的问题不是太难因为一边理论一边学习正好是学习的好方法，而且也学的特别快。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，电路的焊接要一步一步来，焊点多，走线复杂。这又要我们要灵活处理，一边操作一边构思，在不影响试验的前提下加快进度。另外就是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。这是应用课本知识的大好时机。总之，通过这次练习我有了很多收获。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别