市电电压双向越限报警保护器论文

1、课程设计论文市电电压双向越限报警保护器二级学院医药信息工程学院专 业生物医学工程（生物医学工程电子仪器）班 级2013级学生姓名学 号指导教师2016年1月市电电压双向越限报警保护器摘要：本设计是一种实用新型的过电压、欠电压保护电路，属于自动保护型电路。将电路接在外部总电源的输入端，当市电高于或低于设定电压时，该保护电路自动切断电压输入，并同时进行报警。起到防止用电器受损和提示用户采取相应的措施。设计电路主要包括连接外部电源电压的输入端和电器设备内部的电路等。外部电压输入端连接一个自动保护控制电路的输入端，控制电路的输入端连接总电源供电输出端。在正常工作时自动控制电路对其输入端接收到的外部电源

2、电压进行取样检测，在高于或低于其设定电压值时，通过其输入端的保护电路将内部电源电路的输出端电压拉低到零伏，进而控制电源电路停止工作，达到过压、欠压保护的目的。此类小型集成电路属于简单型，包括电源稳压电路，过电压检测电路，欠电压检测电路，保护执行电路，声、光报警电路。本电路实用新型，保护电路所提出的电路结构简单，成本低廉，容易实现，有效的提高了系统运行的可靠性，增加投入市场的效益。目前多种小型保护电路的研发和设计已在一定程度上有了较好的发展，在投入市场后，将会给人们的生活带来许多方便和收益。关键词：报警保护器；非门集成电路；市电电压；整流电路；稳压；过压； 欠压 目 录第一章 绪论11.1课题研

3、究的背景11.2本课题的主要工作2第二章 对主要器件的简介32.1 对CD4069的介绍32.2电磁继电器的内部构造42.3 三极管的选用52.4 开关二极管的特性62.5 整流二极管的作用62.6 蜂鸣器的选用72.7 稳压管7第三章 报警保护电路的组成93.1 报警保护电路工作原理93.2 稳压电路的组成10第四章 报警保护电路主要调整154.1 过压保护值的调整154.2 欠压保护值的调整15第五章 尚存问题16第六章 设想提高17第一章 绪论1.1 课题研究的背景 1.1.1 研究背景在当今电子科学技术飞速发展的时代，我国的电子科学技术水平已上了一个新的台阶。工业、农业、生活上，各种相

4、应电子仪器的创新发明，技术改进已进入了成熟阶段，各类型用电器在生活中占重要地位，电子产品的发展前景十分广阔，各类型的保护器也应运而生。 1.1.2 研究的对象及意义本课题研究的是保护器件在市电过压或欠压状态时能自动报警、并同时自动地切断电源，起到防止非正常电压对用电器造成损害的作用。保护器件在发出报警信号后，用户及时采取相应措施，防止不必要损害的发生。在生活中，普遍存在用电相对紧张，结构布线不合理等现象，各种电器的运用不当或超压用电时，都会对电器造成一定的损坏，常给人们带来一定麻烦。电子设备离不开电源，电源的质量直接影响着电子设备的工作可行性，当安装上该报警器后，好比给用电器配上了安全卫士，方

5、便、省心。 1.1.3 发展前景该报警器生产成本较低，市场广阔。但由于目前该产品的发展处于初级阶段，还没有被广大用户接受，相信在不久的将来，随着人们科普意识的增强，在实际生活中会的得到更为广泛应用。我国由之前的生产简单元器件、小型集成电路或依靠外国技术才能研发电子类产品的时代将要过去，我国的现有科技研发水平已有较大的提高，许多小型集成电路的研发并申请专利成功，将进一步促进我国研发项目在高尖端的技术上的成功。1.2 本课题的主要工作课题主要解决的是当市电电压高于240V或低于200V时该报警器电路自动对市电用户进行报警，并同时切断电源，从而保护用电器，避免由此造成损害或造成损失。第二章 对主要器

6、件的简介2.1 对CD4069的介绍CD6049内部是由六个反向器单元电路构成的，其引脚排列如图2.1所示。反向器是执行逻辑反向功能的电路。其逻辑符号和真值表如图2.2所示，逻辑关系的特点为：当输入端为高电平“1”时，输出端为低电平“0”；当输入端为低电平“0”时，输出端为高电平“1”。反向器的逻辑关系表达式为表达式中，Y未输出端，A为输入端。图2.1 CD4069 引脚图图2.2 反向器符号及真值表如果只用了CD4069六反向器集成电路中的两个，则其余反向器的输入端应接Vdd或Vss。在本设计中，用到了CD4069的六个非门电路来实现整个电路的连接机运转。2.2电磁继电器的内部构造电磁继电器

7、的构造：如图2.3所示，A是电磁铁，B是衔铁，C是弹簧，D是动触点，E是静触点。电磁继电器工作电路可分为低压控制电路和高压工作电路组成。控制电路是由电磁铁A、衔铁B、低压电源E1和开关组成；工作电路是由小灯泡L、电源E2和相当于开关的静触点、动触点组成。连接好工作电路，在常态时，D、E间未连通，工作电路断开。用手指将动触点压下，则D、E间因动触点与静触点接触而将工作电路接通，小灯泡L发光。闭合开关S，衔铁被电磁铁吸下来，动触点同时与两个静触点接触，使D、E间连通。这时弹簧被拉长，观察到工作电路被接通，小灯泡L发光。断开开关S，电磁铁失去磁性，对衔铁无吸引力。衔铁在弹簧的拉力作用下回到原来的位置

8、，动触点与静触点分开，工作电路被切断，小灯泡L不发光。图2.3 电磁继电器的构造 我所选用的是12VT-73继电器，启动电压为12V，如图2.4为T-73继电器的引脚图，可见：线圈引脚为3、5脚，常开触点为2、4脚，常闭触点为1、4脚。图2.4 T-73继电器的引脚图2.3 三极管的选用三极管具有电流放大作用，主要用于电路中起放大作用。它的实质是能以基极电流微小的变化量来控制电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。将Ic/Ib的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“”表示。电流放大倍数对于某一三极管来说，是一个定值，但随着三极管工作时间的增长，基极电流的变化也会有一定的改变

9、。三极管有三个工作区域：放大区，截止区和饱和区。三极管在截止区时为关，在饱和区时为开，因此三极管具有开关作用。开关三极管的工作电压、电流由三极管的餐数决定。它与外围电路搭配可具有开关作用，振荡作用，振幅作用等。在本电路用我选用2N3904三极管，属于小功率NPN型三极管，主要使用三极管的开关作用。图2.5 2N3904管脚图2.6 2N3904特性曲线2.4 开关二极管的特性开关二极管是利用其单向导电特性使其成为一个比较理想的电子开关，它除了满足普通的二极管的性能指标外还具有良好的高频开关特性，被广泛用于各种加点及控制电路中。本电路中应用的1N4148为硅高速开关二极管。图2.7开关二极管的应

10、用电路图2.5 整流二极管的作用整流二极管一种用于将交流电转变为直流电的半导体器件。通常它包含一个PN结，有阳极和阴极两个端子。P区的载流子是空穴,N区的载流子是电子，在P区和N区间形成一定的位垒。外加使P区相对N区为正的电压时，位垒降低，位垒两侧附近产生储存载流子，能通过大电流，具有低的电压降（典型值为0.7V）,称为正向导通状态。若加相反的电压,使位垒增加，可承受高的反向电压，流过很小的反向电流（称反向漏电流），称为反向阻断状态。整流二极管具有明显的单向导电性。整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅

11、制造(掺杂较多时容易反向击穿）。这种器件的结面积较大，能通过较大电流（可达上千安），但工作频率不高，一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频半波整流电路，如需达到全波整流需连成整流桥使用。图2.8 整流二极管的特性与结构本电路中应用整流二极管是1N4007，参数如下： 1）最高反向峰值电压1000V； 2）平均整流电流1.0A； 3）最大峰值浪涌电流30A ； 4）最大反向漏电流5.0UA ； 5）正向压降1.0V；2.6 蜂鸣器的选用有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的根本区别是产品对输入信号的要求不一样；有源蜂鸣器工作的理想信号是直流电，通常标示为VDC、VDD等。因为蜂鸣器内部有一简单的振荡电

12、路，能将恒定的直流电转化成一定频率的脉冲信号，从面实出磁场交变，带动钼片振动发音。但是在某些有源蜂鸣器在特定的交流信号下也可以工作，只是对交流信号的电压和频率要求很高，此种工作方式一般不采用。无源蜂鸣器没有内部驱动电路，有些公司和工厂称为讯响器，国标中称为声响器。无源蜂鸣器工作的理想信号方波。如果给预直流信号蜂鸣器是不响应的，因为磁路恒定，钼片不能振动发音。在本电路中选用12V有源蜂鸣器。2.7 稳压管稳压二极管，英文名称Zener diode，又叫齐纳二极管。利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都

13、具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更高的稳定电压。图2.9 稳压管的伏安特性及符号图2.10 稳压管的动态电阻本电路中选用了稳压20V的1N4747，稳压12V的三端稳压集成L7812。第三章 报警保护电路的组成3.1 报警保护电路工作原理该电路的工作原理图如下：图3.1 市电电压双向越限报警保护器电路图电路图中所使用的元器件有：六非门集成电路（CD4069）及电容

14、、电阻、三极管、二极管、继电器、稳压管、蜂鸣器、LED灯、负载灯泡、变阻器。3.2 稳压电路的组成如图3.2所示，市电电压从A点一路由C7降压，D1、D2，D7，D14整流，C1、C2、C4、C5、C6滤波，D3（1N4747）先稳压到20V，再由7812稳压到12V，从B点输出稳定的12V直流电压供给电路。图3.2 稳压电路一如图3.3所示，另一路市电电压从A点输入，由D10整流，R1降压，C3滤波，在RV1、RV2上产生约9V11V的电路检测市电电压变化信号。图3.3 稳压电路二3.3 过压检测保护电路如图3.5所示，当市电电压正常时，各位置电平如图，此时LED灯不亮，蜂鸣器不响，三极管在

15、截止状态不导通，继电器工作吸合，负载电路接通正常工作。图3.4 过压检测保护电路一（未过压时）如图3.6所示，当市电超过240V时，各位置电平如图，此时LED灯亮，蜂鸣器响，三极管饱和状态导通，继电器不工作，负载电路断开。图3.5 过压检测保护电路二（过压时）3.4 欠压检测保护电路如图3.6所示，当市电电压正常时，各位置电平如图所示，此时LED灯不亮，蜂鸣器不响，三极管截止不导通，继电器工作吸合，负载电路接通正常工作。图3.6 欠压检测保护电路一（未欠压时）如图3.6所示，当市电电压低于200V时，各位置电平如图所示，此时LED灯亮，蜂鸣器响，三极管饱和导通，继电器不工作，负载电路断开。图3

16、.7 欠压检测保护电路二（欠压时）第四章 报警保护电路主要调整4.1 过压保护值的调整用调压器输出交流240V，送入电压变压器的初级，然后调节RV1，使过压指示灯LED-RED点亮，蜂鸣器响，继电器不工作即可。4.2 欠压保护值的调整用调压器输出交流200V，送入电压变压器的初级，然后调节RV2，使过压指示灯LED-YELLOW点亮，蜂鸣器响，继电器不工作即可。第五章 尚存问题、过压或欠压时，使LED灯亮的电压，使蜂鸣器响的电压与使继电器停止工作的电压不能同步，需要将与LED灯一起串联的电阻进行细调，已达到电路过压和欠压时报警和保护同步。2、外观上还需要改进，以达到小型、轻便、容易使用。第六章 设想提高 可以通过单片机与本电路相结合，可调检测的上限