过电压欠电压保护报警电路设计

数量 1 1 4 1 4 1 3 1 1 1 1
R1,R5,R6,R8 5 D1 R2,R3,R4, K1 V2 U1A XLV1 LED1 LED2 R7 U2A 6 7 8 9 11 12 15 16 17 18
red yellow 1 k 74LS32AN
1 1 1 1
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参考文献
[1] 童诗白，华成英主编. 模拟电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社， 2006 年
内蒙古师范大学计算机与信息工程学院
《低频电子线路》课程设计报告
设计题目 指导教师 姓 学 日 名 号 期 职称
过电压、欠电压报警保护器的设计
计算机与信息工程学院 2011 级通信工程 指导教师 讲师
摘要 本文介绍了一种5V直流电源过压欠压告警保护器。其中，直流电源为电压比较器 供电，通过电压比较器对输入电压的判断比较，决定各集成运放输出端的电压输出情况。再 通过发光二极管LED灯检测，如果电压小于4.505V，则黄灯亮；如果输入的电压大于4.505V 而小于5.494V，两灯均不亮；如果电压大于5.494V，红灯亮。经过实验验证，所设计的电路 检验灵敏，价格较低，具有很强的实用功能。 关键词：整流滤波；稳压；电压比较；保护
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小结
通过这次课设学到了好多知识，我对模拟电子技术基础有了更深入的理解，并
且进一步了解到模拟电子技术基础及所有专业课的重要。 这段时间我查阅了很多 关于过压欠压自动断电电路的资料，感觉到每一项课题都是博大精深的，同时也 深知自己的能力有限，需要不断地加强锻炼。 自学了 Mnltisim，经过多次，老师的指导和同学讨论仿真电路终于可以正常 运行了。我觉得出现错误并不可怕，重要的是要学会改正和排错的过程，在这个 过程中，我锻炼了自学的能力并且培养出了坚强的信念，而这些恰恰是我日后工 作所需要的。 最后，非常感谢这次课程设计，希望今后能多开设这样的课程。同时，也向 我的指导教师致以深深的谢意，感谢您的耐心指导和无微不至的关怀。
2、主要指标及元器件选择：
R1 为阻值从 0 到 1k 变化的滑动变阻器 RL 阻值为 1 k
2.3
电压比较器电路 电压比较器电路如图 14 所示。
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图 14
电压比较器电路
1、工作原理：
当 u I U RH 时， u O1 u O 2 u OM ； D1 导通， D2 截止； u O u Z 。 当 u I U RH 时， u O 2 u O1 u OM ； D2 导通， D1 截止； u O u Z 。 当 U RL u I U RH 时，u O1 u O 2 u OM ；D1 、D2 均截止； u O 0 。
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总的电路图
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附录 1
元器件清单
序号 V1 T1 D2 C1
编号 1 2 3 4
名称 交流电源 变压器 二极管 电容 电阻 稳压管 变阻器 继电器 直流电源 集成运放 蜂鸣器 二极管 二极管 电阻 或门
型号 220V 18.333：1 1N4007 470μF 1k 6V 0 ～1k 12V 12V LM324AN
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图 17
欠压电路
2、正常工作电路如图 18 所示。
图 18
正常工作电路
3、过压电路如图 19 所示。
图 19 过压电路
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3.3
报警保护电路
1、工作正常时如图 20 所示
图 20 工作正常时 2、过电压或欠电压报警如图 21 所示
图 21 报警
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综合上述
过压测试数据 Uo（V） 红灯（L1） 绿灯（L2） 欠压测试数据 Uo（V） 红灯（L1） 绿灯（L2） 3.2v 不亮 亮 3.5v 不亮 亮 4.2v 不亮 亮 4.6v 不亮 不亮 5.8v 亮 不亮 5.9v 亮 不亮 5.7v 亮 不亮 5.4v 不亮 不亮
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3V 到 6V 变化。 1、电压输出的最小值电路如图 15 所示。
图 15
电压输出的最小值电路
2、电压输出的最大值电路如图 16 所示。
图 16
电压输出的最大值电路
3.2
电压比较器电路 测试过程：引入可变直流稳压电压源，使其电压从 3V 到 6V 变化，电
路情况依次为绿灯亮、两灯都不亮、红灯亮。 1、欠压电路如图 17 所示。
I D(AV)
I L(AV) 2

0.45U 2 RL
（3）考虑到电网电压波动范围为±10％，二极管的极限参数应满足：
5
0.45U 2 I F 1.1 R L U 1.1 2U 2 R
2.2
稳压电路 稳压电路如图 12 所示。
图 12
稳压电路
1、工作原理： UI U R UO I R I DZ I L
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电网电压 U I U O (U Z ) I D Z I R U R U O
（
若U I U R，则U O 基本不变。利用 R上的电压变化补偿 U I的波动。
）
RL U O (U Z ) I D Z I R RL I L I R 若I D Z I L，则U R 基本不变，U O也就基本不变。 利用 I D Z 的变化 来补偿 I L 的变化。 2、主要指标及元器件选择： 输出电压： U O ＝ U Z 稳压系数： Ro rz ∥ R rz 由于要使输出电压从 5V 到 15V 变化， 因此， 稳压管的稳压值为 15V。
图 11
理想情况下输出电压波形
2、主要指标及元器件选择： 电容的选择： 为了获得较好的滤波效果，在实际电 路中应选择电容的容量满足
RL C (3～5) T/2 的条件，此时 U O(AV) 1.2U 2 。
二极管的选择： （1）变压器输入的电压峰峰值为：
U R max 2U 2
（2）变压器输入的电流峰峰值为：
2
电路工作原理及说明 2.1 可调直流稳压电源电路 2.1.1 电源变压器电路
电源变压器电路如图 9 所示。
图9
电源变压器电路
1、主要指标： 原副线圈砸数比为 18.3333：1 输入电压为市压有效值为 220V，频率为 50Hz 输出电压有效值为：
u2=﹙1／18.333)×220V≈12.0002V
2、主要指标及元器件选择：
R1 = R2 =1k
2.4
保护报警电路
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1、工作原理
当开关 S1 没有闭合时，继电器没有工作。等照常亮，因为三极管 b----e 之间没有导通，相当于两个对着的二极管。当 S1 开关闭合时，b---e 之间导通， 有 0.7V 左右的压降。这时 c---e 之间有电流通过。整个压降到了继电器本身，由 于几点起本身电阻很大，所以晶体管没有被烧坏的危险。
图3
单限比较器电路
电压传输特性如图 4 所示。
图4
电压传输特性
方案二：电压比较器电路主要由滞回比较器构成 滞回比较电路如图 5 所示。
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图5
滞回比较器电路
电压传输特性如图 6 所示。
图6
电压传输特性
方案三：电压比较器电路主要由窗口比较器构成 窗口比较电路如图 7 所示。
图7
窗口比较器电路
电压传输特性如图 8 所示。
2、指标
开关电压大于 3V，连接电阻 1k ，12V 的继电器。
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电路性能指标的测试
测试过程：改变滑动变阻器的阻值从 0 到 k 变化,使输出端电压从
3V 到 6V 变化，电路变化情况依次为绿灯亮、两灯都不亮、红灯亮。 3.1
可调直流稳压电源电路 测试过程：改变滑动变阻器的阻值从 0 到 1k 变化,使输出端电压从
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2.2.1
可调直流稳压电源电路 直流可调稳压电路如图 13 所示。
图 13
直流可调稳压电路
1、工作原理：
直流可调稳压电路由电源变压器电路、整流滤波电路及稳压电路组成， 通过电源变压器变压使有效值为 220V 的市电变为较小的电压值，然后经过整流 滤波器使其变为脉动系数较小的电压，再由稳压电路变成值为 6V 的直流电压， 最后调节滑动变阻器 R1 的阻值让 R1 两端电压从 3V 到 6V 变化。
1
方案论证 1.1 稳压电路 方案一：稳压电路主要由集成稳压器构成 集成稳压电路如图 1 所示。
图1
集成稳压电路
方案二：稳压电路主要由稳压管构成 稳压电路如图 2 所示。
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图2
稳压管稳压电路
分析：方案一虽然调节方便，输出电压稳定性强，但是它功耗大，效率低， 体积大笨重，成本高，不利于小型简单成本低的元器件使用。相比之下，方案二 简单、 实用、 成本低， 对于电压波动范围不大的电路不会造成稳压管击穿的问题。 因此，选择方案二。 1.2 电压比较器电路 方案一：电压比较器电路主要由单限比较器构成 电压比较器电路如图 3 所示。
2.1.2 整流滤波电路 整流滤波电路如图 10 所示。
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图 10
整流滤波电路
1、工作原理： 当 u 2 uC 时，有一对二极管导通，对电容充电， 充电 非常小。 当 u 2 uC 时，所有二极管均截止，电容通过 RL 放电， 放电 RLC 。 滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。 输出电压波形如图 11 所示。
图8
电压传输特性
分析： 方案一采用单限比较可以输出正电压和负电压， 并且单限比较器的灵敏度比较高， 电路构成简单，但是抗干扰能力比较差无惯性区；方案二滞回比较器的灵敏度比较低，但是
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却有一定的抗干扰能力因为它有一个滞回的过程， 即惯性区， 但在惯性区内的电压并不是稳 定的，可以是正值，也可以是负值，也可以是零，无法知道其具体状态；方案三采用窗口比 较器同样具有稳定的高低电平的输出特性，具备抗干扰的能力，具有一定的惯性区，反应速 度也比较快，能够灵敏的输出高电平和低电平。综合来看，选择方案三。