过欠电压保护提示电路

东北石油大学课程设计

2020 年7月17日

东北石油大学课程设计任务书

课程数字电子技术课程设计

题目过/欠电压保护提示电路

专业勘查技术与工程姓名学号

主要内容：

设计一个数字过/欠电压保护提示电路，当电网交流电压大于250V或小于180V时，经3～4s本装置将切断用电设备的交流供电，并用LED发光警示。在电网交流电压恢复正常后，经本装置延时3～5分钟后恢复用电设备的交流供电。

基本要求：

1．当电压超过设定区间时，电路能自动切断并亮灯报警。

2．当供电恢复后，该装置经过一定的延时后能正常送电。

主要参考资料：

[1] 陈有卿.实用电子制作精选[M].北京：机械工业出版社，2011

[2] 赵世平.模拟电子技术基础[M].北京：中国电力出版社，2014

[3] 张凤言.电子电路基础[M].北京：高等教育出版社，2013

[4] 康华光.电子技术基础模拟部分[M].北京：高等教育出版社，2013

完成期限2020.7.13-2020.7.17

指导教师

专业负责人

2020年7 月10 日

目录

1任务和要求 (1)

2 总体方案设计与选择 (1)

3单元电路设计 (2)

3.1电源模块的设计 (2)

3.2比较模块的设计 (3)

3.3 报警延时模块的设计 (4)

4 整体电路设计 (5)

5 电路仿真结果与分析 (5)

5.1调试 (5)

5.2仿真 (6)

5.3 结论 (7)

6社会、安全、健康、法律、文化、环境等影响因素 (8)

7 设计的可持续发展性 (8)

8本设计的成本 (8)

9 结论 (9)

参考文献 (10)

1任务和要求

(1)任务：设计一个数字过/欠电压保护提示电路。

(2)设计要求：当电网交流电压大于250V或小于180V时，经3～4s本装置将切断用电设备的交流供电，并用LED发光警示。在电网交流电压恢复正常后，经本装置延时3～5分钟后恢复用电设备的交流供电。

➢当电网交流电压大于250V或小于180V时，经3～4s本装置将切断用电设备的交流供电，并用LED发光警示。

➢在电网交流电压恢复正常后，经本装置延时3～5分钟后恢复用电设备的交流供电。

2 总体方案设计与选择

过压比较器同相输入端与欠压比较器反相输入端端接电源部分采集到的电压，过压比较器的反相输入端与欠压比较器的同相输入端则可以端接两种电路，这个部分经过查阅资料与讨论，制定出两套方案：

方案一：可以通过电源部分分别将250v与180v所对应的电压测试出来，分别为11.158v与7.89v。然后分别在过压与欠压比较器的相应输入端接入相同电压值的直流电源。

图1 方案一框图

方案二：从电源部分的输入端接并联个单相桥式整流电容滤波电路，对其输出电压进行稳压，使其电压值高于或等于250v所对应的电压，这个电压值为基准电压，经过测试后为11.77v，在过压与欠压比较器的相应输入端接入一个滑动比较器，起调节基准电压的作用，然后将基准电压与滑动变阻器连接，这时便可以通过滑动变阻器将基准电压调节为两个比较器的标准电压。

单相桥式整

流电容滤波

电源

滑动比较器

(250v 基准)直流电源

11.158v

7.89v

图2 方案二框图 通过分析比较，第二种方案较第一种方案更加节省成本，不需要更换直流电源，并且，还可以对标准电压进行调节，使其适用于不同的要求。因此我组决定采用第二种方案。

所以整个比较电路设计：由于本设计要求实现欠电压报警、保护的作用，故可以选择简单易于实现的单门限电压比较器来实现比较功能。单门限电压比较器采用简单的运放OPAMP ，过压比较器同相输入端与欠压比较器反相输入端端接电源部分采集到的输出电压；另外两个输入端采取上述方法从而实现电网电压经变压器、整流电路、滤波电路后与其基准值相比较的目的。输入从同相端进，当电网电压比基准电压大时，比较器输出电压V o 向正向跳变；当电网电压比基准电压小时，比较器输出电压V o 向负向跳变。 3 单元电路设计

3.1电源模块的设计

图3 电源设计图

电源设计如图3所示，电源模块采用10 TO 1 的变压器降压，1A ／50V 桥式整流电路进行整流，RC π型滤波器进行滤波。当通以220V 的交流电压时，经过变压器降压后，

电压测量值为21.978V；通过由4个相同型号的二极管组成的桥式整流电路后，得到14.725V直流电压；再通过RCπ型滤波器的滤波、稳压功能，并通过电阻分压,采集到电压比较器变化端,最终得到9.692V的直流电压。

3.2比较模块的设计

图4 比较器设计图

从电源部分的输入端接并联个单相桥式整流电容滤波电路，对其输出电压进行稳压，使其电压值高于或等于250v所对应的电压，这个电压值为基准电压，经过测试后为11.77v，在过压与欠压比较器的相应输入端接入一个滑动比较器，起调节基准电压的作用，然后将基准电压与滑动变阻器连接，这时便可以通过滑动变阻器将基准电压调节为两个比较器的标准电压，比较器如图四所示。

图5 单门限电压比较器图

由于本设计要求实现欠电压报警、保护的作用，故可以选择简单易于实现的单门限电压比较器来实现比较功能。单门限电压比较器采用简单的运放OPAMP，过压比较器同相输入端与欠压比较器反相输入端端接电源部分采集到的输出电压；另外两个输入端采取上述方法从而实现电网电压经变压器、整流电路、滤波电路后与其基准值相比较的目

向正向跳变；的。输入从同相端进，当电网电压比基准电压大时，比较器输出电压V

o

当电网电压比基准电压小时，比较器输出电压V

向负向跳变，单门限电压比较器如图5

o

所示。

3.3 报警延时模块的设计：

过压与欠压的报警装置基本相同，过压状态由一个150Ω的电阻和LED1发光二极管组成，当电压经比较器比较后，若确定为过压，则二极管LED1发光（红光）；欠压状态由一个1kΩ的电阻和LED2发光二级管组成，比较后，若确定为欠压，则二极管LED2发光（绿光）。

此电路的延时装置为一个简单的RC充放电构成，当电路处于过/欠压状态时，给电容进行充电，充电时间则为延迟时间，此时间可通过改变电容的参数进行改变。计算公式为：Ｔ=1.2×2ｎＲ×Ｃ

总的来说，过压状态时LED1发红光，电磁继电器吸合开关，用电设备工作电路切断。欠压状态时LED2发绿光，电磁继电器吸合开关，用电设备工作电路切断。延时报警器如图6所示：

图6 延时报警器图