直流稳压电源及漏电保护装置L题.docx
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直流稳压电源及漏电保护装置L题
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2013年全国大学生电子设计竞赛
直流稳压电源及漏电保护装置(L题)
2013年9月7日
摘要
稳压电源模块在电路中使用广泛,目前流行的如LM78、ASM117系列等,多数只有3个引脚,结构简单,使用方便。
通常输入与输出之间的压差大于2V才能正常工作,但对较低电压电池供电的场合。
一般增加2V的供电电源需增加20%~40%(对应输出3V或5V)的成本和体积。
用开关电源原理制作的低压差模块(如MAX605),可在输入电压与输出电压近乎相等的情况下输出稳定的电压,但对测力等电路需电源纹波较小的情况。
针对上述问题。
利用分立器件设计一种低压差稳压电源电路。
电路器件选用常规器件,成本低。
结构简单。
实际电路经实验测试,具有很好的负载特性和电压稳定性。
目录
1系统方案1
1.1直流稳压模块的论证与选择1
1.2漏电电流检测模块的论证与选择4
1.3自锁保护模块的论证与选择4
3电路与程序设计4
3.1电路的设计4
3.1.2直流稳压模块子系统框图与电路原理图6
3.1.3漏电电流检测转换子系统框图与电路原理图6
3.1.4自锁保护模块子系统框图与电路原理图7
直流稳压电源及漏电保护装置(L题)
【高职高专组】
1系统方案
本系统主要由直流稳压模块、漏电电流检测转换模块、自锁保护模块组成,下面分别论证这几个模块的选择。
1.1直流稳压模块的论证与选择
1电路工作原理
图1为低压层直流稳压电源电路原理图。
该电路是由基准电压、电压放大和电流放大等3个环节组成。
其中,基准电压由TL431产生,按图1中电路连接,当通过R0的电流在0.5~10mA时可获得稳定的2.5V基准输出。
输出电压的具体数值由运算放大器UA确定,采用同相放大器的优越性在于其输入阻抗极大,可很好地将TL431输出的2.5V电压与后级电路隔离,使其不受负载变化的影响;运放与电阻R3和R2组成比例放大环节,可对基准电压按要求进行比例放大输出,但输出电压最大不能超过运放的电源电压。
电流放大采用两个三极管,UA通过驱动调整管VQ2控制调整管VQ1,组成反馈实现电流放大环节,对输出电压进行调节,从而实现稳压输出。
二极管VD在运放UA低压输出时使调整管VQ2基极一发射极电压为负,使VQ2立即进入截止状态,电流Ic2迅速降低,VQ2的VCE升高导致VQ1的基极电压升高,使VQ1的基极电流IB减少,进而减少输出电流ICQ1(βIB);反之同理。
RL是输出负载,C0和C1是滤波电容。
2电路主要参数设计
控制环节设计
控制环节回路等效图如图2和图3所示,其中图2为比例电压增益原理图,图3为电流放大原理图。
按照图2和图3,可得出控制环节回路方程:
式中,Irg为运放UA的输出端1的输出控制电流。
由式
(2)可知,Irg通过控制VQ2啦的电流IC2控制VQ1的基极电流,IB1,R8控制调节管VQ2,进而控制VQ1的输出电流IC1,VQ2是与VQ1形成串联负反馈,无需进一步放大VQ1的输出电流IC1,用R8对IC1分流。
电路输出电压Vcc为5V,驱动额定负载是350Ω,供电电源是标准7V输出的电池。
运算放大器选LM358,取R1、R2为10kΩ,TL431电流范围是100~150mA,选用R1=3kΩ,符合要求。
VCC=(1+R2/R1)x2.5=5V。
合理选取R8和R9的电阻值,使VQ1和VQ2均工作在线性区。
3 调整管的选取与静态工作点的设置
调整管VQ1和VQ2主要参数:
(1)反向电压VCEO不小于Vin的2倍的裕量;
(2)最大允许电流ICM,不小于输出电流I0的2倍的裕量;(3)耗散功率PCM应在功率损耗的安全区内;通常为了安全可靠,参数应按照实际值的几倍选取。
设置适当的静态工作点(即确定基极静态电流Ih,发射极电流Ie,集电极一发射极静态电压Uce),可以在保证输出稳定精度的同时使调整管的损耗最小。
合适的静态工作点首先要求调整管工作在放大状态,其次要满足电网和负载波动情况下,Ib、Ie、Ucc尽量小,以减少损耗。
设置静态工作点要选择合适的驱动管VQ1和偏置电阻R8、R9。
VQ1的静态工作点为:
式中,Irg为运放的控制输出信号,Vin为电源电压,Vcc为5V输出电压,RL为额定负载200Ω,VD是二极管导通电压0.7V。
由式(3)和(4)可以确定VQ2的参数,然后,计算电阻R9:
使用放大倍数β1、β2在30-80之间的调整管,放大倍数较大的调整管消耗功率较小,但稳定性降低,这里选取β为50,设计供电电源在5.2~9V之间波动,为了防止电源电压高时烧毁调整管VQ2,加约1kΩ的电阻R8以限流保护。
4过流保护电路的设计
图3中,电阻Ri与三极管VQ3组成过流保护环节。
输出电流过大时,取样电阻Ri上的电压大于0.7V,VQ3导通,迫使调整管基极电压Vbe降低,直到关闭电源输出。
R4=0.7/kIC。
其中,LC为输出电流,K为最大过流系数,通常取值约1.5。
R7=(Vcc-Uce3)/Ie3≈Vrg/Ic3,限制Ic3不宜过大,以免VQ3过流损坏。
1.2漏电电流检测模块的论证与选择
1.3自锁保护模块的论证与选择
将开关串联在继电器的主触点(继电器线圈)上。
与此同时,将继电器的一个空余的副触点(常开触点)与开关并联(并且与主触点接通)。
这样一来,按下开关,副触点(常开触点)吸合,电路通电;松开开关之后,由于副触点已经吸合,并向继电器主触点的线圈供电,线圈反过来又保持副触点吸合。
再将线路从继电器输出端引出,电路就可以保持持续的通电了。
2电路与程序设计
2.1电路的设计
系统总体框图如图2.1.1所示,
图2.1.1系统总体框图
2.1.2直流稳压模块子系统框图与电路原理图
1、直流稳压模块子系统电路
图2.1.2直流稳压模块子系统电路
2.1.3漏电电流检测转换子系统框图与电路原理图
1、漏电电流检测转换子系统电路
图2.。
1。
3漏电电流检测转换子系统电路
2.1.4自锁保护模块子系统框图与电路原理图
1、自锁保护模块子系统电路
图2.。
1。
4自锁保护模块子系统电路
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- 直流 稳压电源 漏电 保护装置