《电源过压欠压保护电路课设报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电源过压欠压保护电路课设报告（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、交流电源过压、欠压保护电路一、设计任务a）设计说明某些用电设备对输入电压有一定的要求，电网正常工作 时，用电设备接通电源，电网电压波动超过正负10%时，自动 切断电源，停止工作。设计要求1）要求利用实验台和所学过的模拟电子技术的知识， 实际该装置。2）输入市电。3）使用运算放大器构成比较器。4）电源工作正常，绿色发光二极管亮，电源过压、欠 压，红色发光二极管亮。二、设计要求1. 根据设计指标要求进行预设计，确定电路形式估算元件 参数并选择元器件。2. 进行指标核算，根据设计的电路利用理论公式，核算有 关指标能否达到设计要求。3. 按时提交课程设计报告，画出设计电路图，交一份A3图 纸，完成相应
2、答辩。三、参考书籍模拟电子技术基础（第四版）童诗白，华成英 高等教育出版社2006；电工电子实验与课程设计指导朱小龙，梁秀荣 中国矿业大学出版社2013；电子技术实验与课程设计毕满青机械工业出版社2006；Multisim10虚拟仿真和业余制版使用技术黄培根 电子工业出版社2008.目录一、前言4二、方案论证5三、电路工作原理及说明63.1整流滤波电路63.2比较器电路83.3执行电路11四、电路仿真12五、设计心得14附录一17附录二18参考文献19一、前言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。
3、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
4、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，绿色发光二极管亮。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，红色发光二极管亮，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。g人J 1整渝瞰竺二 比酬A 加i n 口 婀瓣+*机行电路6用电设辱图1 交流电源过压、欠压保护电路原理框图华北科技学院课程设计三、电路工作原理及说明3.1整流滤波电路由于各种电器设备内部均是由不同种类的电子电路组 成，电子电路正常工作需要直流电源
5、，而电网供给用户的是 50hz的交流电，所以需要利用具有单向导电特性的半导体器 件把交变的电流变换为直流电。提供直流电的设备称为直流 稳压电源。直流稳压电源可以将交流输入电压转变成稳定不 变的电压。交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是 大小（电流强度）还是处在不断变化之中。这种脉动直流一 般是不能直接用来给集成电路供电的。要把脉动直流变成波 形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便 是滤波。：22ftVrriii：BOrtz r -图3整流滤波电路图整流滤波电路如图3所示，应用桥式整流，基本原理就是 利用二极管的单向导电性，将交流电变成一个方向流动的电 流。让交流电流的正半周
6、到来时顺利通过二极管（正向导通）， 当交流电流的负半周到来时（方向与正半周相反）二极管反 向截止，则不能通过，如此循环，就形成一个方向的电流。 滤波应用单相桥式整流电容滤波电路，电容滤波的特点是， 输出电压提高，脉动成分减小，二极管导通时间大大减少。3.2比较器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4所示。图4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
7、个输入电压的大小关系）：当” +”输入端电压高于”一”输入端时，电压比较器输出为高电平；当” +”输入端电压低于”一”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
8、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。 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
9、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）。3.3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。此次课题要求在给定电源电压的条件下，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 压或者欠压时红灯亮，从而达到报警效果。设计思路明确， 通过比较电路来决定
10、发光二极管的发光情况。电路图如图5 所示。VCC图5 执行电路图电路仿真Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以 Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板 的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描 述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim是美 国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真 工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了 电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有 丰富的仿真分析能力。本设计电源控制如图6所示，开关S1从左到右分别控制 电压为18v、16v、14v，分别表示电网过压、正
11、常欠压，三个 工作状态。正常工作执行部分如图7所示，过、欠压时执行部分如图8 所示。:I：SOHTzi:：图6电源电压控制电路图:VGG :-Je.ov :D7M.U.G.lkn： : : : :：15 VCCr 壮2W17116.1KQVCCR11 :fr.lkDR12 ：&/IKD6.OVVCG4，D7W器=A图7电网正常工作显示（绿灯亮）图8电网过压、欠压显示（红灯亮）五、设计心得-这是我第一次接触multisim软件，我对Multisim这种 软件的使用有了初步的认识。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。
12、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
13、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
14、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
15、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，特别有趣，培养了我的 设计思维，增强了动手能力。在改进电路的过程中，同学们 共同探讨，最后的电路已经比初期设计有了很大提高。在让 我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的
