电源过压欠压保护电路报告

目录

一、摘要 (2)

二、方案论证 (2)

三、电路工作原理及说明 (3)

1.电压比较电路 (3)

2.比较器与运算放大器的差别 (7)

3.执行电路 (7)

4.总电路图 (9)

四、电路性能指标的测试 (10)

五、设计心得 (10)

附录 (13)

附录一 (13)

参考文献 (14)

电源过压欠压保护电路

一、摘要

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。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，报警器不工作。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，电路使晶体管工作，从而驱动报警器报警，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。

该电路设计过压/欠压掉电报警器电路，由比较电路、报警器装置组成。

图1 过压/欠压保护电路原理框图

三、电路工作原理及说明

1.电压比较电路

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2所示:

图2 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，表示两个输入电压的大小关系)：

当”＋”输入端电压高于”－”输入端时，电压比较器输出为高电平；

当”＋”输入端电压低于”－”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。

图1(a)是比较器，它有

两个输入端：同相输入端

(“+”端)及反相输入端

(“-”端)，有一个输出端

Vout(输出电平信号)。另外有

电源V+及地(这是个单电源比

较器)，同相端输入电压VA，

反相端输入VB。VA和VB的变

化如图1(b)所示。在时间图1单电源比较器框图及工作波形

0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA 时，Vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。

如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。

图2(a)是双电源(正负电源)

供电的比较器。如果它的VA、

VB输入电压如图1(b)那样，它

的输出特性如图2(b)所示。

VB>VA时，Vout输出饱和负电

压。

图2 双电源比较器框图及工作波形

比较器的工作原理

比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。

图4 运算放大器和比较器

图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB

若R1=R2，R3=RF，则Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout 输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。

从图4中可以看出，比较器电路就是一个运算放大器电路处于开环状态的差分放大器电路。

2.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