电路保护器设计

1、单片机原理与接口技术课程设计报告书 设计题目： 电路保护器设计 专 业：阿道夫可好看自动化萨芬的干撒的 班 级：阿的富2 学生姓名: 国牧使得 学 号: 342342 指导教师：阿斯蒂芬阿斯 2014年6月5日物理与电子工程学院 课程设计任务书专业： 自动化 班级： 学生姓名学号课程名称单片机原理与接口技术设计题目快速电路保护器设计目的、主要内容（参数、方法）及要求一、项目的目的： 基于单片机的快速电路保护器设计，强化动手能力，为毕业设计做准备。2、 项目任务的主要内容和要求：保护器是指针对电器提供用电安全保护的装置，它内置有智能的防高压装置，在电器遭遇瞬间高电压的异常情况下，会智能启动内部保

2、护装置，确保后端用电器的用电安全。以AT89C51单片机为对象,对单片机软硬件知识进行梳理，设计电路，运用汇编语言编写运行程序，设计出更加快速的电路保护器装置。 三、项目设计（研究）思路：网上查找资料，熟悉电路保护器基本原理和研究方法。通过仿真软件PROTUES实现要求的硬件电路图，制作PCD板，实现对电路的保护功能。四、具体成果形式和要求 通过PROTUES仿真电路图展示项目主要功能。工作量2周时间，每天3学时，共计42学时进度安排第1天：召开课程设计会议，下达设计任务。针对课程设计题目进行设计思路、设计过程，设计要求说明。第2-3天：根据自己选题情况，查阅相关文献资料。第4-5天：确定总体

3、方案。第6-10天：仿真/制作。第11-14：编写课程设计报告。主要参考资料1李全利.单片机原理与接口技术.北京：高等教育出版社，2009.01-012张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2010.05-013杨天怡.单片机原理及应用.北京：清华大学出版社,2010.01-014王兆安，刘进军.电力电子技术. 北京：机械工业出版社，2009.5-015邱关源.电路(第5版). 北京： 高等教育出版社，2006.05-01指导教师签字教研室主任签字摘 要在工业控制中,用电设备通常工作在三相电源中，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。总之很多情况所造成的电压波动，

4、又会给用电设备造成不应有的过电压、过电流现象。针对上述情况保护器不仅能对常见的过压、过流进行有效保护，并且在电器正常工作情况下，因其供电的某相发生变化(设备超出过压或过流设定值时)具有其灵敏度保护特点，这为用电设备提供了更好的供电质量;另外对保护的设备还有相序鉴别保护功能，因为有以上的保护功能，从而确保用电设备及电器的正常安全运行。关键词：电源；过压；过流；保护；AbstractIn industrial control, electrical equipment usually work in three-phase power supply, and a lot of electrical

5、 equipment in use to provide work for the corresponding power supply has a high demand. In short voltage fluctuations caused in many cases, they will give undue electrical equipment over-voltage, over-current phenomenon. (When the device exceeds the overvoltage or overcurrent set value) can not only

6、 common over-voltage, over-current protection for effective protection against the above, and in the normal electrical work, because of a phase change in the power supply has its sensitivity protection characteristics, which provides a better quality of power supply for the electrical equipment; add

7、ition to the protection of the equipment as well as the identification phase sequence protection, because there is more protection, so as to ensure the normal operation of electrical equipment and security appliances.Key words:Power supply;overvoltage,;overcurrent,;protection目录1 绪论.1. 1课题背景及目的.2 过压过

8、流保护器原理.2.1工作原理.3 过压过流保护直流电源. 3.1 设计要求. 3.2设计摘要及整个方框图. 3.3单元单路设计及原理分析. 3.4保护电路. 3.5整个电路原理图. 3.6 PCB制作. 3.7焊接与调试.4 总结.致谢.参考文献.1 绪论1. 1课题背景及目的现代家庭都备有多种电器和电子设备，如电视机、电冰箱、音响系统、A/V系统、微波炉、电脑和UPS系统等等.这些设备大都用交流电网供电,但交流电网的电压时常过高过低,这些电器设备只有在一定的电网电压范围内才能正常工作,偏离正常电压太远会影响电器的性能甚至造成永久性损坏。人们常常在用电时会因技术故障、人为故障、设备老化、质量低

9、劣、自然灾害等引起的电压过高过低、停电再来电而烧毁电器，甚至因此发生火灾。目前由于此类原因造成的电器烧毁或大面积火灾等事故每天都有发生，其损失惨重却索赔无门，而使用电器保护器来保证昂贵的电子电器产品的安全无疑是一种经济实用且安全简便的好方法。为了能有效的保护您和他人的生命财产安全，配置电器保护器还是有必要的。2 过压过流保护器的原理及特点2.1工作原理如图1所示，过压最小值与欠压最小值之间通常被称为正常工作电压（也称正常电压工作带）。电器的工作电压在此范围内波动，如达到过压设定值时，则保护器开始进行保护。图1 过压保护参数当保护器工作电压处在正常工作带时，工作保护触点吸合。如工作电压值超出过压

10、设定值时，吸合工作触点进入设定的延时保护状态。待延时结束后，工作触点释放，由接通变至断开状态，直至工作电压重新回至正常电压工作带。如图2所示，IC1A与IC1B构成过压与欠压保护线路。其中，RP1为过欠压保护基准设定电位器，输入电压经R13分别加至IC1A反相输入端与IC1B同相输入端。取自RP1电位器的基准电压设定值随保护器端电压变化而变化。如过压时，经RP1加至IC1A反相输入端与IC1B同相输入端的电压值也随之升高。过压保护设定电位器RP3上的电压由IC4三端稳压输出端经RP3分压（由R7、RP3、R8、RP4、R9构成串联回路）后通过R16加至IC1A端同相输入端，与IC1A反相输入端

11、电压比较。当VV时，则IC1A输出端输出“0”电平，从而使IC2端复位为“0”，IC2输出端处于延时工作状态。图2 工作时序图3 过压过流保护直流电源3.1设计要求 电源输出直流电压15-17V，额定输出电流300mA，设计保护电流300mA，即当电源输出电流超过300mA时，保护电路动作，断开电源与负载的连接。3.2设计摘要及整个方框图 设计摘要：过压过流保护的方法主要是要这些措施：A. 熔断器保护，即通常用的保险丝，保险管，它是一种过流保护器件，将它串联在电源电路中，一旦当负载出现故障而使电源供电电流突然增大时，保险丝熔断，截断电源与负载的通路，达到保护电源和负载本身的目的。B. 自恢复保

12、险保护，实际就是一种热敏电阻保护，它也是串接在电源电路中，是一种过流保护方法。C. 以继电器为主要器件的电子保护电路，继电器主开关接在电源主电路中，让控制电路控制继电器线圈而控制及电气主开关的通断。D. 以电源调整管为主要的电子保护电路，本项目所要介绍和实践的电路就是一个这样的保护电路，主要方法是让一个控制电路控制电源调整管的通断。E. 这种电路反应快，动作值界限确定，具有自恢复功能，是一种较理想的电源保护电路，缺点是电路相对复杂，成本高。二极管整流电容过滤变压器降压保护电路调整三极管 图3：整个方框图3.3单元单路设计及原理分析图4：降压，整流，滤波电路 整流滤波输出电压为16V左右，降压变

13、压器次级电压的选择，因为整流滤波输出电压的最大值等于变压器次级电压的1.414倍，所以可考虑选择变压器次级电压为12V，这样，整流滤波输出电压的最大值等于17V。变压器的功率选择，因为电路输出额定电流300mA，所以电路输出额定功率为17V*300mA=5W，所以变压器功率为67W就可以了。整流二极管的耐压要求：高于17V。整流二极管的平均整流电流要求：大于300mA。这样，整流二极管采用常用的整流二极管IN4001（耐压而100V，电流1A）就足够达到要求了。滤波电容的耐压要求：高于17V。滤波电容的容量要求：C>（35）T/2/R,其中T为220V交流电周期为0.02秒，R为整流滤波

14、电路负载电阻（可这样确定最小输出电压闭上最大输出电流15V/300mA=50），C>（600uF1000uF），取C为1000uF/25V。3.4保护电路 图5：555定时器结构图 上图所示为555定时器内部结构图，“2”“6”接一起通过电阻接电源VCC，通过电容器接地GND，电路刚接上电源时，电容C4无充电电荷，“2”“6”为低电平，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，与非门G1输出低电平，G2输出高电平，泄流管T截止，因此调整管Q1无偏置电流而截止，这时电源通过R6对电容C4充电，“2”“6”电位升高，当电位升高到（2/3）VCC时，比较器C1输出低电平，与非门G1输出高电平

15、，泄流管T导通，调整管Q1导通。电源向负载供电。这就是电路其实工作过程，时间有电阻R6和电容C4决定。大约为R6*C4。 电路在正常工作条件下（无过流），检测电阻R5上电压较小，三极管Q2截止，555维持工作状态不变，泄流管T导通，调整管Q1导通。电源向负载供电。 如果电路输出电流过大，这个电流通过R5，在R5上产生较大的电压，使Q2导通，电容C4通过Q2快速放电，使“2”“6”电位快速下降低于（1/3）VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，与非门G1输出低电平，G2输出高电平，泄流管T截止，因此调整管Q1无偏置电流而截止，断开电源与负载的连接，起到保护电路和负载的目的。电路保

16、护后，输出电流为0，Q2又截止，C4再次充电，当充电使得“2”“6”电位升高到（2/3）VCC时，比较器C1输出低电平，与非门G1输出高电平，泄流管T导通，调整管Q1导通，电源向负载供电。但只要故障没有排除，电源又立即进入保护状态。当电路出于保护状态时，与非门G1输出低电平，非门G3输出高电平，发光二极管D1亮，表示电路处于保状态。3.5整个电路原理图图6：过流过压保护电路 正常工作时，Trl和Tr2均截止，555复位，555中的放电品体管导通，它从Tr3基极吸取电流，使Tr3处开饱和，电视污5-12V便直接送主负载。当负载吸取电流超过规定值时，Rsc压降增加，使Trl导通，555被触发，于是

17、内部放电晶体管截止，跟着Tr3也截止，将电源与负载隔离，这时555处于单稳状夯，单稳时间一到，只要负载过流现象不排除，555又重新触发，Tr3继续将负载隔离。若负载出现过压，别经R4. RS. D1后Tr2导通，也使555触发，Tr3这时也将负载隔离。对于过流或过压，555脚均将输出高电位，仲LED发光，表示负载处于隔离状态。由于Tr3或者处于饱和，或者处于截止，因止口只用一只功率晶体管便可工作。3.6 PCB制作 仔细研究电路原理图，其重点是过流保护过程的分析与理解。当电路工作原理问题弄清以后，计算确定电路中各电阻的阻值。将其讨论过程以及设计计算过程写入报告中。若将保护电流改为500mA,请

18、重新确定R5。仔细研究印刷电路板，在本印刷电路板上将要装配的期间有：普通1/4W电阻器，瓷片电容器，整流二极管，发光二极管，三极管，集成块555。输入和输出接口等等。图7：布线图下料-内层涂覆-曝光-显影-蚀刻-蚀刻检验-A0I-打靶孔-黑化-层压-钻孔-沉铜（也叫板电）-外层涂覆-曝光-显影-图电-去摸蚀刻-中检-阻焊-字符-表面处理-外形-测试-成检-包装-入库3.7焊接与调试 仔细研究电路原理图，其重点是过流保护过程的分析与理解。当电路工作原理问题弄清以后，计算确定电路中各电阻的阻值。将其讨论过程以及设计计算过程写入报告中。若将保护电流改为500mA,请重新确定R5。仔细研究印刷电路板，

19、在本印刷电路板上将要装配的期间有：普通1/4W电阻器，瓷片电容器，整流二极管，发光二极管，三极管，集成块555。输入和输出接口等等。仔细研究印刷电路上的图形或符号，确定个位置所装配的适合种元件。若是二极管，还是要弄清板上的对应“+”极和“”极，若是三极管，弄清板上对应的“e”“b”“c”，对于集成块，要弄清楚个脚在印刷板上的相应位置。仔细研究元器件，各电阻器及其阻值，精度，功率，电阻阻值可从电阻上所标的色码直接读出，或者万用表的欧姆档直接测量确定。各瓷片电容的电容量。各发光二极管及其“+”“”极。三极管上对应的“e”“b”“c”，集成块的脚编号的确认。认真焊接。按照印刷板上器件编号找到相应的元

20、件，按以下顺序焊接：电阻，IC座，瓷片电容，发光二极管。三极管，接口。4 总结本设计讲的是过流过压的电路保护，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，同时随着许多高新技术，包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展，电路保护技术在不断地创新，这为直流电路提供了广泛的发展空间。但是由于开关电源中控制电路比较复杂，晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差，在使用过程中给用户带来很大不便。为了保护开关电源自身和负载的安全，根据了直流开关电源的原理和特点，设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。所以就必须保证直流开关有很好的保护。 致 谢本论文在王承林老师的指导和要求下业已完成，从课题选择到具体构思和内容，无不凝聚着老师的心血和汗水，在学习和生活