过压-欠压-过流保护器的设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上过压欠压过流保护器的设计摘要该保护器由直流稳压电路、电压比较电路、电流取样及比较电路和延时报警电路五部分组成。直流稳压电路由电源变压器、整流滤波电路、稳压电路组成，为整个电路供电。通过互感器可对电流作随时的跟踪检测。电压比较部分采用LM339四电压比较器，当电网的电压或电流不正常时，比较器相应端输出高电平，从而触发保护电路和延时报警电路工作，达到过压、欠压、过流保护和报警的目的。关键词 保护器 比较器 延时报警 LM3391. 引言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、微波炉和UPS系统。这些设备都由交流电网供电，正常供电时，市电有±1

2、0%的允许误差。但是，交流电网的电压和电流时常波动，电压和电流可能超过允许误差，这对家电会带来损害。因此我设计的保护器保证家用电器只有在一定的电压和电流范围内正常工作，偏离正常电压或电流就使电路断电并报警，以保护电器设备。2. 设计方案2.1 问题提出众所周知, 在高校教学过程中应抓基础、促提高、注重理论与实践相结合。该类保护器在生活中已经普遍应用。但在实际中，往往保护器只涉及电压保护或电流保护，具有一定的局限性。本文设计的“过压、欠压、过流保护器”具有较广泛的适用性，同时与电子专业知识结合密切。作为电子信息工程专业的“设计课题”，具有很好的实用性和可操作性。 2.2 设计制作特点经济性：制作

3、成本在40元以内。合理性：从应用广泛的555集成定时电路着手，电路由直流稳压电路、电压比较电路、电流取样及比较电路和延时报警电路五部分组成。涉及集成电路应用、继电接触控制等电子电工技术知识。电路本身设计成熟合理。可操作性：课题本身具有创意，与市场结合紧密。从元件购置到装配使用，无须开模定制，通过自己动手制作即为成品。3. 电路设计部分3.1直流电源设计部分在电子线路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路组成。3.1.1 电源变压器变压器是一种常见的电气元件，在电子线路中应用广泛。输电时必须利用变压器将电压升高以降低损耗和节约线材。在用电

4、方面，为保证用电的安全和适应用电设备的电压要求，还要利用变压器将电压降低1。电源变压器一般由闭合铁心和高压、低压绕组等几个主要部分构成，其作用是将交流电压变为整流滤波电路所需要的电压值。变压器副边与原边有功功率比为：，式中为变压器的效率。(为输入功率，为变压器的输出功率。)表（3.1.1.1）列出了本设计中两个变压器的参数。表3.1.1.1变压器参数3.1.2 整流滤波电路通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压2。整流电路主要是利用二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。桥式整流电路的输

5、出电压高、纹波电压较小、管子所承受的最大反向电压较低，同时因为电源变压器在正、负半周内都有电源供给负载，电源变压器得到充分利用，效率较高，因此在本设计中利用整流二极管D1D4组成单相桥式整流电路。将交流电压转变成脉动的直流电压，再经过滤波电容滤除纹波，输出直流电压。输出电压与变压后交流电压有效值的关系为： （3.1.2.1）每只二极管承受的最大反向电压： （3.1.2.2）流过负载的平均电流： （3.1.2.3）通过每只二极管的平均电流： （3.1.2.4）式中为整流滤波电路的负载电阻。它为电容提供放电回路，放电时间常数应满足，式中T为50Hz交流电压的周期，即20ms。图3.1.2.1整流滤

6、波电路图3.1.3 稳压电路稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。当电网电压波动(一般有±10%左右的波动)、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。本电路采用L7812固定式三端稳压器3。它能够输出电压稳定的直流电压。电路如图(3.1.3.1)所示，输入端接电容可以进一步滤除纹波，输出端接电容能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。同时使用三端稳压器时,输入电压与输出电压至少相差2V以上,但也不能太大,否则会增大器件本身的功耗以至于损坏器件。 图3.1.3.1稳压电路 集成稳压器的输出电压V0与稳压电源的输出电压相同。稳压器最大容许电流,输入电压的范围为：（3.

7、1.3.1）式中，为最大输出电压；为最小输出电压；为稳压器的最小输入、输出压差；为稳压器的最大输入、输出压差。在本设计电路中，有一个电解电容与并联，还有一个电解电容与并联。前者目的是减少稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰，后者目的是当输入端短路时，给输出电容器一个放电通路。3.2 电压比较电路3.2.1 电压比较器的定义：比较两个电压大小，它的输入信号是模拟电压，输出信号一般只有高电平和低电平两个稳定状态。 3.2.2 电压比较器分类： 电压比较器分为单门限电压比较器和多门限电压比较器。其中单门限电压比较器又分为零电平比较器和非零电平比较器；多门限电压比较器又分为迟滞比较器和窗口比较器。它

8、们各有优缺点，单门限电压比较器电路简单，灵敏度高，但抗干扰能力差；多门限电压比较器的抗干扰能力强，但灵敏度相对较差。3.3 555定时集成电路3.3.1 555的内部结构555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，其组成电路框图如图（3.3.1.1）所示。它由两个比较器和（是反向比较器，是同向比较器）、3个阻值为的电阻组成的分压器、基本RS触发器、放电管T以及缓冲器组成4。 图3.3.1.1555定时器结构原理框图3.3.2 555定时器的性能特点555定时器的工作电压范围较宽，在+3+18V范围内均能正常工作，其输出电压低电平0,高电平+VCC，可与其他数字集成电路（CMOS、TTL等

9、）兼容，而且其输出电流可达到，能直接驱动继电器。555的输入阻抗极高，输入电流仅为，用作定时器时，定时时间长而且稳定。555的静态电流较小，一般为左右。3.3.3 555定时器的主要功能定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电管的状态。3个阻值为的电阻组成的分压器可产生精确的时间延迟和振荡，为电压比较器和提供基准电压。是低电平有效的复位输入端。正常工作时，必须使R处于高电平。 T是集电极开路的三极管，相当于一个受控电子开关。缓冲器由和构成，用于提高电路的负载能力。CO为控制电压输入端。当CO悬空时，当TH高触发端6脚加入的电平大于，低触发端2脚的电平大于时,比较器输出低电

10、平，比较器输出高电平，触发器置“0”，放电三极管导通，输出低电平。当TH高触发端6脚加入的电平小于，低触发端2脚的电平大于时，比较器输出高电平，比较器输出高电平，触发器状态不变，电路保持原状态。 当TH高触发端6脚加入的电平小于，低触发端2脚的电平小于时，比较器输出高电平，比较器输出低电平，触发器置“1”,放电三极管截止，输出高电平。综合上述分析，可得555定时器功能表如下：表3.3.3.1555定时器功能表3.3.4 555组成的基本电路及应用555定时器是一种用途很广的集成电路，可以接成各种应用电路。最常用的有多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器。（1）多谐振荡器：没有稳态，只有两个暂稳

11、态。两个暂稳态之间的转换，是由电路内部电容的充、放电自动进行的，所以它不需要外加触发信号，只要接通电源就能自动产生矩形脉冲信号。（2）施密特触发器：将2、6脚连在一起作为信号输入端，即得到施密特触发器。有两种稳态，但状态的维持与翻转受输入信号电平的控制，所以输出脉冲的宽度是由输入信号决定的。（3）单稳态触发器：只有一个稳态，在外加触发脉冲作用下，能够从稳态翻转为暂稳态。但暂稳态的持续时间取决于电路内部的元件参数，与输入信号无关。因此，单稳态触发器可以用于产生脉宽固定的矩形脉冲波形。在本设计电路中，555定时器与、和构成了单稳态触发器，如图（3.3.4.1）所示。4脚为复位输入端，低电平有效。当

12、为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出为低电平。为保证整个电路的正常工作，4脚接稳压电源的输出端。5脚接的电容为高频滤波电容，以保持基准电压稳定。电源接通瞬间，电路有一个稳定的过程，即电源通过电阻和向电容充电，在电容电压未上升到电源电压的2/3前，555的3脚输出高电平，报警电路工作；当电容电压上升到电源电压的2/3时，触发器被复位，3脚输出低电平，报警电路停止工作，处于预报状态，同时放电管导通，电容通过和放电管放电，电路进入稳定状态。当电网电压或电流超过预定值时，比较器的输出端电平变低，相当于555的2、6脚输入一负脉冲，此时555的内部比较器翻转，电路进入暂稳态，输出端3脚变为高电平且

13、放电管截止。此后当电容两端电压充电达到电源电压的2/3时，电路又发生翻转，3脚输出低电平，同时放电管导通，电容放电，电路恢复至稳定状态。图3.3.4.1单稳态触发器如果忽略T的饱和压降，则电容的电压从零电平上升到电源电压的2/3所需时间为。4. 组装与调试4.1元件的要求IC1选用L7812三端集成稳压器；IC2选用LM339四电压比较器；IC3选用NE555定时集成电路；IC4选用TQ9300音乐芯片。 T1选用硅S8550PNP型晶体管；D1D4均选用1N4007硅整流二极管；D7D10均选用1N4148硅开关二极管；LED1LED3均选用3mm彩色发光二极管；LED4选用5mm白发光二极

14、管6。均采用漏电流小的次片电容；均选用1/4W碳膜电阻器；RV1RV3均选用合成碳膜电位器7。4.2组装调试按照原理图和PCB版图安装。先装集成稳压电路，再装整流滤波电路，最后安装变压器。安装一级测试一级。对于整流滤波电路主要检查整流二极管是否接反，安装前用万用表测量其正、反向电阻。接入电源变压器后，整流输出电压应为正。断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路相连接，再接通电源，输出电压为规定值，说明直流稳压电源各部分均能正常工作，可以进行其它各项性能指标的测试。组装好所有元件后接通电源进行调试。首先进行过压检测，在正常工作状态下慢慢调整可调电位器RV1，当黄色发光管亮且电路报警时检测到此时交流电网的电压为240V。其次进行欠压检测，在正常工作状态下慢慢调整可调电位器RV2，当红色发光管亮且电路报警时检测到此时交流电网的电压为200V。最后进行过流检测，在正常工作状态下慢慢调整可调电位器RV3，当绿色发光管亮且电