项目三直流稳压电路和漏电保护器的设计、安装、调试和性能检测

1、 电子信息工程系电子信息工程系 2.1 设计要求设计要求本设计的难点：本设计的难点：1、低压差、低压差2、低电压调整率、低电压调整率3、低电流调整率、低电流调整率直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围；节范围；另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度

2、系数等。及温度系数等。 2.2 直流稳压电源的技术指标直流稳压电源的技术指标 符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压范围。输出电压范围。 该指标的上限是由最大输入电压和最小输入输出电该指标的上限是由最大输入电压和最小输入输出电压差所规定。压差所规定。 而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。特性指标特性指标 （1 1）输出电压范围）输出电压范围 该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入输出之间的电压差值，其下，所允许的最大输入

3、输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。指标。特性指标特性指标（2 2）最大输入输出电压差）最大输入输出电压差 该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入输出之间的电压差值（输入下，所需的最小输入输出之间的电压差值（输入指整流滤波后的直流电压）。见表指整流滤波后的直流电压）。见表1：特性指标特性指标（3 3）最小输入输出电压差）最小输入输出电压差测试指标测试指标最小输入输出电压差最小输入输出电压差计算公式计算公式输入电压输入电压计算值计算值输出电压输出电压 输出负

4、载电流范围又称为输出电流范围，在这输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规一电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。范所给出的指标。特性指标特性指标（4 4）输出负载电流范围）输出负载电流范围 电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标，又称为稳压系数或稳定系数，它表劣的重要指标，又称为稳压系数或稳定系数，它表征当输入电压征当输入电压VI变化时直流稳压电源输出电压变化时直流稳压电源输出电压VO稳稳定的程度，通常以单位输出电压下的输出和输入电定的程度，通常以单位输出电压下的输出和输入电

5、压的相对变化的百分比表示。电压调整率公式：压的相对变化的百分比表示。电压调整率公式：质量指标质量指标（1 1）电压调整率）电压调整率S SV V质量指标质量指标电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要自指标，又称为电流稳定系数。它表征当输入电要自指标，又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时，直流稳压电源对由于负载电流（输出电压不变时，直流稳压电源对由于负载电流（输出电流）变化而引起的输出电压的波动的抑制能力，在流）变化而引起的输出电压的波动的抑制能力，在规定的负载电流变化的条件下，通常以单位输出电规定的负载电流变化的条件下，通常以单位输出电

6、压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。电流调整率公式为：。源的电流调整率。电流调整率公式为：。质量指标质量指标（2 2）电流调整率）电流调整率S SI I 纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力，当直流稳压电源输入和输出市电电压的抑制能力，当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时，纹波抑制比常以输入纹波电压峰条件保持不变时，纹波抑制比常以输入纹波电压峰峰值与输出纹波电压峰峰值之比表示，一般用峰值与输出纹波电压峰峰值之比表示，一般用分贝数表示，但是有时也可以用百分数表示

7、，或直分贝数表示，但是有时也可以用百分数表示，或直接用两者的比值表示。接用两者的比值表示。质量指标质量指标（3 3）纹波抑制比）纹波抑制比SRPSRP（1）最大输入电压）最大输入电压是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。（2）最大输出电流）最大输出电流是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。极限指标极限指标3 3、极限指标、极限指标 集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度的直流稳压电源工作温度Ti最大变化范围内最大变化范围内（TminTiTm

8、ax）直流稳压电源输出电压的相对）直流稳压电源输出电压的相对变化的百分比值。温度稳定性公式为：变化的百分比值。温度稳定性公式为：质量指标质量指标（4 4）温度稳定性）温度稳定性K K常规直流稳压电源电路原理图 整流整流滤波滤波取取样样调整调整2.3 线性直流稳压电源的设计线性直流稳压电源的设计基准基准比较放大比较放大 晶体管串联稳压电路工作原理分析晶体管串联稳压电路工作原理分析UOUIU2UbeUceUT1buic1o常规的直流稳压电源与本设计的要求的矛盾常规的直流稳压电源与本设计的要求的矛盾 双极型三极管的双极型三极管的CE压差一般在大于压差一般在大于2V以上，以上，与本设计的与本设计的0.

9、5V压差有较大差距，可采用低内阻、压差有较大差距，可采用低内阻、低开启电压的场效应低开启电压的场效应管替代双极型三极管。管替代双极型三极管。 C22200uFR35.1kC31nF3267415U1741R45.1kR55.1kRV150C4470uF25%RV220R321U2TL431R13kC2(+)Q2(S)R4(1)C3(2)RV2(2)R1(2)Q2IRF5810TRiLOCinO1GGSDSDOU(IUUUUUUIUU 或）错误连接的电路图（正反馈）错误连接的电路图（正反馈）UOUCUo1Ui1UGUGSIDUSDUiC22200uFR35.1kC31nF3267415U1741

10、R45.1kR55.1kRV150C4470uF321U2TL431R13kC2(+)Q2(S)R4(1)C3(2)R1(2)Q2IRF5810TRiLOCinO1GGSDSDOU(IUUUUUUIUU 或）连接正确的电路图（负反馈）连接正确的电路图（负反馈）UOUCUo1Ui1UGUGSIDUSDUilkIIII 2.4 漏电保护装置的设计漏电保护装置的设计2.4.1 漏电保护装置的设计原理漏电保护装置的设计原理 I+=IL+ IlkI+=I-+ Ilk无漏电时：无漏电时：I+=I-；漏电时：漏电时：I+ I- 漏电保护装置的基本组成框图漏电保护装置的基本组成框图 2.4.2 漏电保护装置的

11、设计漏电保护装置的设计 1、取样电路、取样电路2、放大电路、放大电路3、比较电路、比较电路4、锁存电路、锁存电路5、开关电路、开关电路 1、取样电路、取样电路（1）单线直接采样）单线直接采样 若能在模拟漏电开关电路上串接采样电阻，只要对采样若能在模拟漏电开关电路上串接采样电阻，只要对采样电压进行放大处理，那就可直接感知有否漏电电流的存在，电压进行放大处理，那就可直接感知有否漏电电流的存在，但对实际的电路来讲，漏电发生在何处都是未知的，这里只但对实际的电路来讲，漏电发生在何处都是未知的，这里只是一种模拟漏电情景，所以在这一支路去加采样是不切实际是一种模拟漏电情景，所以在这一支路去加采样是不切实际

12、的，也是违背题意的。的，也是违背题意的。（2）双线间接采样）双线间接采样V1=VCC-I+xRS1V2=I-xRS2V1+V2=VCC- (I+xRS1-I-xRS2)=VCC- (I+-I-)xRSVi1=(V1+V2)/2(若若RS1=RS2)2、放大电路、放大电路减法电路减法电路13267481U2OP07R81kR91kR10200k+12VU2(OP)V=3.17257+12VV=12R8(1)V=3.568R9(1)V=3.57R8(1)R9(1)VO=Vi1(1+K)-Vi2xK=vi1+(vi1-vi2)xk=3.568+(3.568-3.57)x200=3.168VVi1Vi

13、23267481U2OP07R81kR91kR10200k+12VU2(OP)V=3.17257+12VV=12R8(1)V=3.568R9(1)V=3.57R8(1)R9(1)VO=Vi1(1+K)-Vi2xK=vi1+(vi1-vi2)xk=3.568+(3.568-3.57)x200=3.168VVi1Vi22、放大电路、放大电路减法电路减法电路22、放大电路、放大电路差分电路差分电路3267488U4:AOP073267488U4:BOP07R5100kR6100kR71kU4:A(+IP)U4:B(-IP)+16VU4:A(OP)V=3.78245R6(2)V=3.37175U4:A

14、(+IP)V=3.578U4:B(-IP)V=3.576VO=(Vi1-Vi2)x(1+2xK)=(3.578-3.576)x(1+2x100)=0.402VVi1Vi23、比较器电路、比较器电路 常见的有常见的有LM324 LM358 uA741 TL081234 OP07 OP27，这些都可以做成电压比较器。，这些都可以做成电压比较器。 专用的电压比较器芯片：专用的电压比较器芯片：LM311、LM339、LM393切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合， 如果输入有过零比较，就需要至少双电源供电才如果输入有过零比较，就需要至少双电

15、源供电才可以的。可以的。R191KR21510K55%RV21KU1:D(-IP)V=2.25011U1:D(OP)V=4.02375+5V121314411U1:DLM324V=2.6带施密特的比较器：带施密特的比较器：R191KR21510K55%RV21KU1:D(-IP)V=2.24999U1:D(OP)V=-0.00550328+5V121314411U1:DLM324V=2.24、锁存电路、锁存电路 常用常用RS触发器、触发器、D触发器等触发器等R2210K123U2:A74HC00456U2:B74HC00R23160R+5VU2:A(Y)V=0C110uFQSRVolts 0.

16、00SW1SW-SPDT上电时输出上电时输出为为0R2210K123U2:A74HC00456U2:B74HC00R23160R+5VU2:A(Y)V=5C110uFQSRVolts+5.00SW1SW-SPDT漏电动作时，漏电动作时，S输入低电平，输入低电平，RS输出高电平输出高电平R2210K123U2:A74HC00456U2:B74HC00R23160R+5VU2:A(Y)V=5C110uFQSRVolts+5.00SW1SW-SPDT漏电撤销后，漏电撤销后，S输入高电平，输入高电平，RS输出仍未高电平，自锁输出仍未高电平，自锁5、开关电路、开关电路 可选择可选择MOS开关或继电器开关。开关或