直流稳压电源及漏电保护装置

1、 全国大学生电子设计竞赛直流稳压电源及漏电保护（L题）【高职高专组】 参赛学校：亳州职业技术学院 参赛学生： 指导老师： 20 年9月7日 直流稳压电源及漏电保护装置摘要：本系统是由直流稳压电源、功率测量和显示电路及漏电保护装置构成。直流稳压电源一般有电源变压器、整流滤波电路机稳压电路组成。稳压器把不稳定的直流电压变成稳定的直流电压输出，通过线性稳压设计达到输出低压直流电的作用。功率测量及显示电路由真有效值转换电路和单片机系统组成，当安装设备长期处于低功率电平时，会消耗较多能量。因此在设备中加入功率测试部分，可以实时监测负载的输出变化。而选用漏电保护装置也应考虑多方面的因素。其中，首先是正确选

2、择漏电保护装置的漏电动作电流。因此选用高灵敏度、快速型漏电保护装置（动作电流不宜超过30mA），以便发生人触电事故时，能得到其他人的帮助计时脱离电源。关键词： 直流稳压电源 功率测量 漏电保护装置目录1. 设计要求 31.1基本要求 31.2发挥部分 32. 方案设计与论证 2.1方案论证与比较 2.1.1直流稳压电源 2.1.2漏电保护装置 3. 电路设计 3.1直流稳压电源电路设计 3.2漏电保护装置电路设计 3.3功率测量和显示电路设计 4. 测试方法与测试结果 4.1测试仪器4.2测试方法5. 总结6.参考文献 7. 附录（功率测量的仿真电路）直流稳压电源及漏电保护（L题）【高职高专组

3、】1设计要求1.1 基本要求设计一台额定输出电压为5V, 额定输出电流为1V的直流稳压电路。（1）.转化开关S接1端，RL阻值固定为5。当直流输入电压在725V变化时，要求输出电压为5士0.05V,电压调整率SU1%。（2）.连接方式不变，RL阻值固定为5。当直流输入电压在5.57V变化时，要求输出电压为5士0.05V。（3）.连接方式不变，直流输入电压固定在7V，当直流稳压电源输出电流由1A减小到0.01A时，要求负载调整率S 1%.(4).制作一个功率测量与显示电路，实时显示稳压电源的输出功率。 1.2 发挥部分设计一个动作电流为30mA的漏电保护装置（使用基本要求部分制作的直流稳压电源供

4、电，不得使用其他电源）。（1）.转换开关S接2端，将RL接到漏电保护装置的输出端，阻值固定为20，R和电流表A组成模拟漏电支路。调节R，将漏电动作电流设定为30mA。当漏电保护装置动作后，RL两端电压为0V并保持自锁。排除漏电故障后，按下K恢复输出。要求漏电保护装置没有动作时，输出电压4.6V.(2).要求漏电保护装置动作电流误差的绝对值5%。（3）.尽量减小漏电保护装置的接入功耗。（4）.其他。2方案设计与论证2.1方案论证与比较由于本系统是由直流稳压电源、功率测量和显示电路及漏电保护装置构成，而直流稳压电源与漏电保护装置属于系统的重要组成部分，为此对此部分做出方案论证以便优化本系统。2.1

5、.1直流稳压电源方案一：从滤波电路输出后，直接进入线性稳压电路(见图11)。线性稳压电路输出值可调，为725V直流电压输出。这种方案的优点是：电路简单，容易调试，但效率上难以保证。线性稳压电路的输入端一般为15V左右的电压，而其输出端只为5V，两端压降太大，功率损耗严重，使的总电路效率指标难以达到。 图11方案二：因CW7805系列的稳压管最大输出电流只能达到1.5A，为适应更大输出电流的需要，三端集成稳压器可以借助于外接一个大功率管来扩展输出电流。如图12所示，输出电压仍由三段固定输出稳压器的输出值来决定，而输出电流则是集成稳压器输出电流的倍（为功率管V的电流放大倍数）。二极D用来补偿管V的

6、U BE随温度变化对输出电压的影响。由于此方案最后输出电流较大，所以不利于实验操作。 图12方案三：稳压器把不稳定的直流电压变成稳定的直流电压输出。他利用调节流过稳压管自身的电流大小（端电压基本不变）来满足负载电流的改变，并与限流电阻配合将电流的变化转换成电压的变化，以适应电网电压的波动。在电网电压不变时，负载电流的变化范围就是稳压管电流的调节范围。负载不变时，电网电压的波动，在波动至最低时必须保证稳压管工作在反向击穿状态，在波动至最高时，要保证管子的功耗不超过允许的最大管耗。最终方案选择：方案一，电路简单，容易调试，但效率上难以保证。方案二，三端集成稳压器可以借助于外接一个大功率管来扩展输出

7、电流。输出电压仍由三段固定输出稳压器的输出值来决定，而输出电流则是集成稳压器输出电流的倍（为功率管V的电流放大倍数）。二极D用来补偿管V的U BE随温度变化对输出电压的影响。由于此方案最后输出电流较大，所以不利于实验操作。方案三，能利用流过稳压管自身的电流来满足负载电流的改变，并与限制电阻配合将电流的变化换成电压的变化，以适应电网点的波动。因此选择方案三。2.1.2漏电保护装置方案一：漏电保护继电器由零序互感器、脱扣器和输出信号的辅助接点组成。它可与大电流的自动开关配合，作为低压电网的总保护或主干路的漏电、接地或绝缘监视保护。当主回路有漏电流时，由于辅助接点和主回路开关的分离脱扣器串联成一回路

8、，因此辅助接点接通分离脱扣器而断开空气开关、交流接触器等，使其掉闸，切断主回路。辅助接点也可以接通声、光信号装置，发出漏电报警信号，反映线路的绝缘状况。方案二：过零比较器是将信号Ui与参考电压进行比较。如图1-3所示，电路由集成运放构成。对于高质量的集成运放而言，其开环电压放大倍数很大，输出偏置电流，失调电压都很小。若按理想情况（Aod=无穷大，IBI=0，Uio=0）考虑时，则集成运放开环工作时 当Ui>0时，Uo为低电平Ui<0时，Uo为高电平集成运放输出的高低电平值一般为最大输出正负电压值Uom。输出电压如图1-4图1-3图1-4方案三： 1. 检测元件：检测元件可以说是一个

9、零序电流互感器。被保护的相线、中性线穿过环形铁心，构成了互感器的一次线圈N1，缠绕在环形铁芯上的绕组构成了互感器的二次线圈N2，如果没有漏电发生，这时流过相线、中性线的电流向量和等于零，因此在N2上也不能产生相应的感应电动势。如果发生了漏电，相线、中性线的电流向量和不等于零，就使#$上产生感应电动势，这个信号就会被送到中间环节进行进一步的处理。 2. 中间环节：中间环节通常包括放大器、比较器、脱扣器，当中间环节为电子式时，中间环节还要辅助电源来提供电子电路工作所需的电源。中间环节的作用就是对来自零序互感器的漏电信号进行放大和处理，并输出到执行机构。 3. 执行机构：该结构用于接收中间环节的指令

10、信号，实施动作，自动切断故障处的电源。 4. 试验装置：由于漏电保护器是一个保护装置，因此应定期检查其是否完好、可靠。试验装置就是通过试验按钮和限流电阻的串联，模拟漏电路径，以检查装置能否正常动作。方案四：最终方案选择：3.电路设计3.1直流稳压电源电路设计1)晶体管串联式直流稳压电路。该电路中，输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压UO为恒定值(稳压值)。因输出电压要求从0V起实现连续可调，因此要在基准电压处设

11、计辅助电源，用于控制输出电压能够从0V开始调节。    单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。    (2)采用三端集成稳压器电路。他采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从0V起连续可调，因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。该电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠性高。    (3)用单片机制作的可调直流稳压电源。该电路采用可

12、控硅作为第一级调压元件，用稳压电源芯片LM317，LM337作为第二级调压元件，通过AT89CS51单片机控制继电器改变电阻网络的阻值，从而改变调压元件的外围参数，并加上软启动电路，获得024V，0.1V步长，驱动能力可达1A，同时可以显示电源电压值和输出电流值的大小。    其硬件电路主要包括变压器、整流滤波电路、压差控制电路、稳压及输出电压控制电路、电压电流采样电路、掉电前重要数据存储电路、单片机、键盘显示等几部分。    正、负端压差控制电路的作用是减少LM317和LM337输入端和输出端的压差以降低LM317和LM337的功耗

13、。稳压电路由三端稳压芯片LM317(负压用LM337)及外围器件组成，输出电压控制电路采用继电器控制的电阻网络。电阻网络的每个电阻都需要精密匹配，电阻的精密程度直接影响输出电压的精度。电压电流采样电路由单片机控制实时对当前电压电流进行采样，以修正输出电压值。掉电前重要数据存储电路用以保存当前设置的电压值，可以方便用户在重新上电后不用设置，而且也不会因为电压值过高损坏用户设备。    该电源稳定性好、精度高，并且能够输出±24V范围内的可调直流电压，且其性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本较高，使用于要求较高的场合。在实际中，如果对电路的

14、要求不太高(这种情况较多)，多采用第二种设计方案。3.2漏电保护装置电路设计电流检测电路如图1-5所示。通过电流互感器对测试电流进行采样，将电流互感器的二次侧输出信号经滤波、放大、电压提升等电路，变换为A/D模块可以采集的单极性电压信号(05V)后送入LPC2132。在检测电流的大小时，根据测试电流的周期(工频)按照每个周期40个点进行采样，采样一个周期后，根据电流互感器的衰减倍数和提升电压的数值，通过软件算法计算出实际的电流有效值。电路应满足如下条件，当交流电流的瞬时值达到正向峰值时，放大器输出5V;当交流电流的瞬时值达到负向峰值时放大器输出0V。如图1-53.3功率测量和显示电路设计单相功

15、率测量仪电路框图如图1所示，由电压量取样电路、电流量取样电路、电流量放大电路、模拟乘法器电路、滤波电路、整流电路、 3 1/2 A/D转换和显示器组成。功率是电压和电流的乘积，可将测得的电压和电流通过模拟乘法器获得。乘法器的输出信号中含有交流分量，故需经过阻容滤波器滤波，滤波后得到有功功率。电流取样电路电流量放大模 拟 乘 法 器滤波器电压取样电路整流电路3 1/2 A/D显示 图1 单相功率测量电路框图 CC7107 电路如图5所示，其中图（a）为模拟电路，图（b）为数字电路。CC7107采用双积分的方法实现A/D转换，以4000个计数脉冲周期，即用4000个脉冲的时间作为A/D转换的一个周

16、期，每个转换周期分成自动稳零（AZ）、信号积分（INT）和反积分（DE）3个阶段， 图5 CC7107A/D转换电路 （a） 模拟电路 （b） 数字电路（1） 信号积分（INT）阶段：信号一旦进入积分阶段，则断开反馈回路，输入端短路消失，使电路从自动稳零阶段转入到对模拟信号进行取样积分阶段，本阶段的时间固定为1000个计数脉冲的时间。输入的模拟信号Vin首先经过缓冲放大器放大，信号放大K倍后送至积分器进行积分。积分器在0-T1的时间里，即在0-1000个计数脉冲时间里从零开始积分，取样积分结束后，积分器的输出电压为VINTC=1/RINTCINTkVINdt式中，Rint为积分电阻；Cint为

17、积分电容；K为缓冲放大器的电压放大系数；Vin为模拟信号电压；T1为积分时间，相当于计1000个计数脉冲的时间。（2） 反积分（DE）阶段：双积分A/D转换器的反积分阶段是实现对与输入模拟信号极性相反的参考电压Vref进行积分。在反积分开始时，参考电容上的参考电压Vref送入缓冲放大器进行放大，放大后的参考电压再送入积分器进行积分，这时，积分器从Vint0开始积分，积分器的输出电压为VDE0=VINT0+1/RINTCINTkVREFdt积分器返回到零的时间为（T2-T1）。将Vint0的积分值代入，并对第二项进行积分得0=t1/RINTCINTkVIN+(t2t1)/RINTCINTkVRE

18、F化简后：VIN=VREFT/1000Vref是稳定的参考电压，是一个常数，因此模拟电压Vin与积分器在反积分时返回至零时的时间成反比。因T是用计数脉冲个数实现的。通过译码器，就可以接受计数器的状态，即信号的大小用数码表示出来，以实现模拟量的数字表示。若Vref取作1000MV，则更为直观，这时在数值上有VIN=T4.测试方法与测试结果4.1.测试仪器万用表4.2.测试方法将直流稳压电源输入端接入7至25V电压，在直流稳压电源输出端用万用表测量其输出电压，发现输出电压为5V，将直流稳压电源接入5欧负载，用万用表测量其输出电压为4.99V。5.总结本系统以高性能的DDS芯片AD9852和AT89

19、S52单片机为核心，配合门与非门逻辑电路，实现了硬件与软件的完美结合地实现了题目提出的指标在系统设计过程中，力求硬件电路简单充分发挥软件编程灵活的特点来满足系统的设计要求。当然，因时间和水平有限，系统还有很多值的改进的地方。例如才有更高更精度的元器件，软件算法可以进一步完善等等。6. 参考文献1 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛M.电子工业出版社，20212 高吉祥.模拟电子线路设计M. 电子工业出版社，2021 3 袁媛、张艳艳.模拟电子将技术理论与实践一体化件教程M中国科学技术大学出版社，20214 梁源、贾灵、郝强.大学生嵌入式学习实践M.北京航天航空大学出版社，20215 陈永真、宁武、

20、蓝和慧.新编全国大学生电子设计竞赛试题精解选M.电子工业出版社，20216 姚致清、李金伴、张喜玲.继电器与机电保护装置实用技术手册M.化学工业出版社，2021 7 宁武、蓝和慧、闫晓金.全国大学生电子设计竞赛单片机应用技能M. 电子工业出版社，2021 7. 附录（功率测量的仿真电路） Altium DXP仿真图 小学教师培养工作总结 一年来，我校在上级部门的指导下，积极开展教师教育教学能力的提高培训工作，有效提高了教师的各种教育教学实际能力，为我校取得良好的办学成效起了重要的作用。回顾我们的工作，主要有下面几点做法和体会：一、制定计划，常抓不懈这一学年虽然新来教师不多只有汤毛毛一位老师，但

21、是我们还是很重视对她的成长。为了使她能尽快进入教师角色，更好地促进她的专业成长，我校采取了以下措施：1、以老带新，促其成长。每一位新教师到我校后，学校都会指派一位有经验的老教师来带，目的是通过一对一的言传身教，使青年教师迅速地掌握实际教学能力，适应我校教学工作的开展。2、抓骨干，促提高。骨干教师是学校教学工作的中坚力量，是学校教学工作开展的领头人。骨干教师的质量和数量，直接关系到我校教师队伍的整体水平，决定了学校教育的质量。抓好骨干教师的培养工作，就是抓好了全校 通过对骨干教师的听课、评课、汇报，他们在思想上受到了一次深刻的触动。他们说：老本不能吃，继续往前走，不然就成了枯干的教师了。3、抓青年，促上进。青年教师是学校教学工作发展的希望，随着一大批老教师的退休，一批又一批青年教师的充实，迅速提高青年教师的教学技能能已成了学校教学工作