模電課程設計過欠電壓保護電路

1、20112012學年 第 二 學期 模擬電子技術 課 程 設 計 報 告 題 目： 過/欠電壓保護提示電路 專 業(yè)： 10級 電子信息工程 班 級： <1>班姓 名： 指導教師： 電氣工程系2011年5月12日目 錄緒論3第一章 系統概述71.1 系統開發(fā)背景71.2 系統研究目的和范圍7第二章 過欠保護電路設計82.1 設計題目82.2 設計的目的82.3 設計任務及要求82.4 給定元器件82.5 總體說明92.5.1. 電路原理92.5.2 555定時器級引腳圖92.5.3 直流穩(wěn)壓電源電路112.5.4 延時啟動電路122.5.5 電壓檢測電路132.5.6 繼電器控制與顯

2、示電路14第三章 保護電路實現143.1 電路的工作原理143.2 性能的測試（仿真）15 直流穩(wěn)壓電源的測試15 延時電路性能測試17 電路整體性能測試183.3 結論203.4 課程體會及合理化建議20第四章 總結21 參考文獻22附錄I元器件清單23附錄II元器件清單24附錄答辯記錄及評分表.25緒 論 進入21世紀以來，人類的科學技術有了新的突破和發(fā)展，特別是近幾年來，電子技術的飛速發(fā)展給人們帶來了無限的便利和舒適，人類的傳統生活方式也發(fā)生著翻天覆地的變化。 隨著電子技術的不斷發(fā)展，傳統集成電路技術的缺點和局限性越發(fā)明顯，其不穩(wěn)定性、易干擾性等大大限制了該技術的應用，且有阻礙電子技術發(fā)

3、展的趨勢。而后來興起的模擬電子電路以其先天的便捷、穩(wěn)定的優(yōu)點在現代電子技術電路中占有越來越重要的地位。模擬電子電路（Analog Circuit）是處理模擬信號的電子電路。模擬信號是時間和幅度都連續(xù)的信號（連續(xù)的含義是在某以取值范圍那可以取無窮多個數值）。模擬電子技術是一門研究對仿真信號進行處理的模擬電路的學科。它以半導體二極管、半導體三極管和場效應管為關鍵電子器件，包括功率放大電路、運算放大電路、反饋放大電路、信號運算與處理電路、信號產生電路、電源穩(wěn)壓電路等研究方向。隨著集成技術的進一步提高，各種新技術的出現和應用，人類歷史橫跨數碼時代向更進一步發(fā)展已出現在各大型相關企業(yè)的宏偉藍圖中。例如在

4、我們的日常生活中，許多電器需要在正常的電壓下才能工作，過壓、欠壓或者掉電都會給我們的設備造成嚴重的損失，對此傳統的模擬電子技術已不能很好的解決該問題。特別是在工業(yè)控制領域，用電設備通常工作在三相電源中，而很多用電設備在使用中對相應提供的工作電源有著較高的要求。通常電網產生的電壓偏高（是指給定的瞬間設備端電壓U與設備額定電壓Un之差），又因為大功率電動機的起動、電焊機的工作，特別是大型電弧爐和大型軋鋼機沖擊性負荷的工作，均會引起負荷的急劇變動，使電網電壓損耗隨之產生相應變動，從而使用戶公共供電點的電壓出現波動現象。而上述情況所造成的電壓波動，又會給用電設備造成不應有的過壓、欠壓現象。如長時間供給

5、用電設備，則會對用電設備造成損壞。所以在用電設備使用中，若加入相應的保護電路，則當供電線路出現過（欠）壓時，有保護電路進行有效保護，就能確保用電設備安全正常運行。對此，過/欠電壓保護提示電路就應運而生了。所以我們擬對過/欠電壓保護提示電路做針對性的課程設計。過/欠電壓保護提示電路課程設計是學生學完了過、欠電壓的課程后，對過/欠電壓保護提示電路設計過程以及電路結構進一步了解的練習性的教學環(huán)節(jié)，是學習深化與升華的重要過程，是對學生綜合素質與工程實踐的能力培養(yǎng)。在指導教師指導下合作完成過/欠電壓保護提示電路設計任務，編寫符合要求的設計說明書，并正確繪制相關圖表。在課程設計過程中，應綜合運用多種學科的

6、理論知識與技能，分析并解決課程設計上的問題。依據該課程設計的任務，系統性地進行資料的收集、加工與整理，正確使用工具書；培養(yǎng)學生掌握相關課程設計的程序、方法與技術規(guī)范。在該過程中，要實現當異動的電網電壓高于或低于用電設備的正常工作電壓范圍時，過、欠壓警報裝置能自動切斷用電設備的電源，從而起到保護用電設備的作用。當電網電壓恢復到正常范圍后，經過過、欠電壓報警裝置電路的延遲，將自動恢復電網電壓對用電設備的供電，保證了用電設備的正常安全運行。此次課程設計是學完課本課程之后的一次重要實踐，是我們步入社會的一次深刻的鏈接，考察了我們合作設計和分析的能力，同時提高了我們查閱各種設計手冊獲取必要信息的能力，也

7、讓我們了解了過、欠電壓保護提示電路課程設計的一般步驟，獲益匪淺。本設計（電冰箱過壓欠壓保護器）為全模擬電路組成，是模擬電路的一個很基礎的綜合運用，具有較好的理論與實踐的學習指導意義。 第一章 系統概述1.1 系統開發(fā)背景隨著現在電氣設備的普及，給工農業(yè)生產、國防事業(yè)、科技帶來了革命性的變化，加快了社會的發(fā)展，人們步入了電氣化時代，也是人們的生活質量得到了大幅度的提高，也越來越離不開這些電器設備。而隨著科技的發(fā)展，電器設備的精度也逐漸提高，發(fā)生了翻天覆地的變化，但是如何保護好這些電器設備的使用不受外界的干擾，成了當今科技發(fā)展關注的主要問題。隨著我國的電網普及，龐大的電網系統給了我們許多方便。但是

8、隨著介入電網的用戶增多和用戶電器的多樣化，也造成了電網電壓的不穩(wěn)定，忽高忽低的電壓，也成了損壞電器設備的主要因素。如何在電壓變化較大時保護好用電設備，成了人們現在研究的一個方向。而過/欠電壓保護提示電路的設計與使用，成為解決這一問題的有效方法。1.2 系統研究目的和范圍 長期以來，綜合課程設計是以理論課教學、課程實驗和課程設計等教學環(huán)節(jié)構成的。我們在教學實踐的過程中，結合理論教學的進程，利用計算機的電子設計自動化軟件在計算機上進行基礎驗證模擬仿真實驗，作為教學的補充。通過人機對話的方式，能使我們每個人都能親自動手搭接電路，進行元件接線，參數設定。邊連線，邊測試，邊修改，邊分析，并與理論計算結果

9、進行對照。通過軟件的"Component Properties"(元件屬性)可隨時調整和修改元器件參數，分析各元件參數對電路的作用與影響。調試和測量過程就是最好的學習過程。在這樣的實驗中，把實驗與理論有機的結合起來，加深了我們對理論的認識。第二章 過欠電壓保護電路設計2.1 設計題目過/欠電壓保護電路設計2.2 設計的目的 1.培養(yǎng)學生根據需要選學參考書，查閱手冊，圖表和文獻資料的自學能力，通過獨立思考深入鉆研有關問題，學會自己分析解決問題的方法。 2.通過實際電路方案的分析比較，設計計算元件選取仿真等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法。 3.掌握常用儀表的

10、正確使用方法，學會簡單電路的分析與設計。4.了解與課程有關的電子電路以及元器件工程技術規(guī)范，能按課程設計任務書的技術要求，編寫設計說明，能正確反映設計和實驗成果，能正確繪制電路圖。 5.培養(yǎng)嚴謹的工作作風和科學態(tài)度，使學生逐步建立正確的生產觀點，經濟觀點和全局觀點。2.3 設計任務及要求 1.過欠電壓對電源的波動范圍有一定的要求，而供電電源，其波動幅度有時會超出普通電路的允許波動范圍。當電路在運轉時，如遇電網意外斷電又迅速恢復 供電，會使原電路中的某些器件受壓力過高而受損為了保證原電路能安全工作于規(guī)定的電源范圍內，并且防止電路中的器件損毀，在其的供電電源端接入保護電路是非常必要的。 2.（2當

11、電壓在市電正常范圍內（180V250V），該燈發(fā)亮，否則會熄滅；NE555時基電路組成延遲記憶電路。當市網電壓過壓(>=250)或欠壓()時能自動切斷電路交流供電電源； 3. 上電、欠過壓保護或瞬間斷電時，要延遲一段時間才能通電。復電延時功能：從停電到來電時能延時34S再接通原電路的交流電源； 4 .綠色的LED 發(fā)光表示負載正常工作，紅色的LED 發(fā)光表示負載不工作。2.4 給定元器件：LM339、555定時器構成的振蕩器、比較器，電阻、放大器、繼電器等元器件進行設計的。*其具體元器件及其型號見附錄I 2.5 總體說明 2.5.1. 電路原理方案說明設計一個電路保護電路，當電壓處于18

12、0V250V范圍內負載正常工作，當電壓高于250V或低于180V時，電源被切斷，負載停止工作。當停電或重新來電時，負載延時4S再通電運轉。原理框圖如圖1：圖2-1過/欠電壓保護電路原理框圖電源電路延時控制電路電壓檢測電路控制執(zhí)行電路2.5.2 555定時器及引腳圖 555定時器IC選用CB555，其管腳外形圖如圖2所示。工作電壓=11V。圖2-2 555定時器引腳排列定時器是一種產生時間延遲和多脈沖信號的控制電路，555定時器是用途極廣的精密定時電路。它的電源電壓范圍寬（518v），輸出電流最大值可達200mA，能直接驅動大電流負載，最高工作頻率可達300Khz。555定時器有兩個輸入端，分別

13、稱作閾值輸入端（TH）和觸發(fā)輸入端（），有一個輸入端（Q）。此外，還有一個放電開關引出端（D），當在兩個輸入端（TH和）分別加入輸入電壓時，根據二輸入電壓值的不同情況，就可以控制輸出端Q的狀態(tài)（為低電平或高電平）以及放電開關D的狀態(tài)（是導通還是截止）。555定時器的所有應用都是基于這一特性，它的功能表如表2-1所示輸 入輸 出THQD0XX低電平導通1>2/3>1/3低電平導通1<2/3<1/3高電平截止1<2/3>1/3保持原狀態(tài)保持原狀態(tài)表2-1 555定時器功能表2.5.3 直流穩(wěn)壓電源電路 圖2-3 直流穩(wěn)壓電源 電源電路由變壓器T,二極管橋式整流，

14、三端集成穩(wěn)壓塊A1穩(wěn)壓及電容C1,C2濾波等部分構成。構成這個電路的主要目的是為時基電路和繼電器控制電路提供12V穩(wěn)定直流電壓。2.5.4 延時啟動電路圖2-4 延時啟動電路 當電網斷電又來電時，由于C1比C2兩端電壓上升慢，因此R2取樣電壓低，555被置位，3腳輸出高電平LED2亮出于保護狀態(tài)，雖然C1兩端電壓能很快恢復，R2取樣電壓升高，VD5截止，但555不能馬上復位，這是由于C4，只有C4電壓經R4充電至2/3VDD，而且2腳電壓大于1/3VDD時，555才能翻轉，LED2熄滅，LED1亮。延時啟動時間t=1.1C4*R4。2.5.5 電壓檢測電路圖2-5 電壓檢測電路當電網電壓高于2

15、50V時，電位器R1取樣電壓升高,穩(wěn)壓二極管VS擊穿，VT導通，其集電極輸出低電平，VD6導通使555的2腳處于低電平，555翻轉3腳輸出高電平，LED2亮，表明電源被切斷。當電網電壓低于180V時，電位器R2取樣電壓下降，VD5導通，555的2腳電平下跌，555隨之翻轉，3腳輸出高電平，LED2亮表明電源被切斷。 當電壓處于正常范圍內時，R1取樣電壓低，VS，VT，VD6都截止，同時R2取樣電壓高，高于555的2腳電平，所以VD5也截止。此時555處于復位態(tài)，3腳輸出低電平，LED1亮，表明負載正常工作2.5.6 繼電器控制與顯示電路 圖2-6 繼電器控制與顯示電路繼電器的控制原理是依據55

16、5的3腳輸出電平的高低決定的，當3腳輸出高電平時，繼電器K吸合，電源被切斷。當3腳輸出低電平時，繼電器K不變化，負載正常工作。第三章 保護電路的實現3.1 電路的工作原理 接通電源后，220V 交流電經變壓器的降壓、整流橋的整流、穩(wěn)壓器7812 的穩(wěn)壓后，在RP2 和RP3 兩端可獲得約12V 直流工作電壓。根據變壓器的變壓系數，調整電位器RP2和RP3，使市電電壓在正常范圍內，上、下比較器都輸出高電平，此時VT1 導通，電壓指示燈LED保持發(fā)亮。因為C1 兩端初始電壓為0，555 時基電路的閾值端6 腳為高電平，555 時基電路復位，三極管VT2截止，繼電器K1 的常閉觸點保持吸合，負載被切

17、斷。然后電源向C1充電，使2、6 兩腳電位不斷下降，約經過5s，可使電位降至12V電壓的1/3，555 時基電路才置位，3腳輸出高電平，VT2 導通，繼電器K1 通電吸合，其常閉合觸點K-1 斷開，電冰箱通電工作。當交流電網意外斷電時，C1 儲存電荷通過R2、D5 迅速泄放，當電網恢復供電時，電路又要延遲4s左右才向電冰箱供電，從而確保負載不受損。1.當市電電壓升高到240V以上，上比較器輸出低電平；市電電壓下降到185V以下，下比較器輸出低電平。只要兩者之一輸出低電平，VT1 截止，LED 熄滅。此時6 腳為高電平，555 時基電路復位，輸出端3 腳為低電平，電冰箱電源被切斷，從而使電冰箱在

18、電壓過高或過低的情況下自動停止工作，保證了電冰箱能安全工作于規(guī)定的電源范圍內。當電壓恢復正常時，電路要延遲4S左右才向電冰箱供電?；娐方M成延遲記憶電路。我們用綠色的LED 發(fā)光表示負載正常工作，紅色的LED 發(fā)光表示負載不工作。3.2 性能的測試（仿真）3.2.1直流穩(wěn)壓電源的測試直流穩(wěn)壓電源測試仿真電路如圖3-1所示直流穩(wěn)壓電源輸出電壓波形如圖3-1所示圖3-2 直流穩(wěn)壓電源輸出電壓波形3.2.2.延時電路性能測試圖3-3 延時電路仿真測試電路圖 圖3-4 延時電路仿真結果電路整體性能測試電壓V=260時電路仿真結果如圖3-5圖3-5 電壓V=240時電路仿真結果此時亮紅燈表明電源切斷V=

19、160電路仿真結果如圖3-6圖3-6 V=160電路仿真結果3.3結論 通過橋式整流器，穩(wěn)壓二極管，555定時器，實現了負載的過電壓與欠電壓保護以及延時啟動的要求，符合實驗要求，工作穩(wěn)定，達成了預期目的。3.4課設體會及合理化建議由于該保護器原理圖是由直流電源、取樣電路、延時電路、控制電路四部分組成，且總體仿真不容易成功，因此，我必須把每個部分單獨進行仿真。首先，對直流電源部分進行仿真，觀察仿真結果的輸出電壓是否符合起初預設電壓；其次，對取樣電路進行仿真，仿真時要按照論文的要求去分別仿真，起初分析過壓的情況，進而分析欠壓的情況；最后，對延時部分的電路進行仿真，調節(jié)電容和電阻的數值，使其延時的時

20、間達到5s以上。有于控制電路部分簡單，屬于數字電路，即仿真結果與理論分析肯定會一致的。課程設計是一個實踐的平臺，在設計過程中，我通過不斷學習、制作，讓我掌握了很多東西。既熟悉了軟件的使用，也進一步提高了自己設計電路的能力。更重要的是，通過這次鍛煉，增強了我的動手處理能力，擴大了想問題的角度，學會了如何分析電路問題、如何去查找并改正電路中的錯誤，如何把大的問題最小化，并一一解決。通過這兩周的課程設計我更加熟練的掌握了一些繪制仿真電路和設計一些簡單電路的基本知識。我相信這將會對我將來的工作和學校有著很好的幫助。第四章 總 結 自此，過壓欠壓保護器的理論分析，電路仿真，相關軟件介紹，電路制作流程，相

21、關調試等過程已經全部闡述完畢。 通過此次設計研究電冰箱過壓欠壓保護器實踐，可以更加充分的領會模擬電路在實際電子產品設計中的運用規(guī)律，從此次設計可以學習運用電路仿真軟件對電子線路進行整體和局部的調試工作。通過對仿真產品和理論計算之間誤差值的分析和體會，可以更好地將理論計算與實際誤差之間的關系有機的結合起來。通過對工作環(huán)境的考慮，能認識到電子元器件的性能變化的受環(huán)境因素的非線性關系。此次設計是一個完整電子運用的詳細過程，從中基本結合了大學階段模擬電路與電路分析的全部基礎理論知識以及對仿真軟件，設計軟件和調試器材等知識的基礎運用，是一次有較高學習性質的設計實驗。從本次過壓欠壓保護器的設計可以讓我們更具體的看到現代電子技術在實際工作中的運用是巨大的，科學的，無處不在。無論小到像此保護器一樣的小型電子運用，還是大到像飛機，汽車等大型工業(yè)產品的運用，以模擬電路，數字電路為主要理論框架的現代電子技術都是其他任何事物所不能替代的。參考文獻1 童詩白、華成英主編者 . 模擬電子技術基礎. M北京：高等教育出版社， 2006年 2 譚博學主編. 集成電路原理與應用. M北京：電子