电源过压欠压保护电路课设研究报告

1、交流电源过压、欠压保护电路一、设计任务a）设计说明某些用电设备对输入电压有一定的要求，电网正常工作 10%切断电源，停止工作。设计要求1） 要求利用实验台和所学过的模拟电子技术的知识，实际该装置。2） 输入市电。3） 使用运算放大器构成比较器。4）电源工作正常，绿色发光二极管亮，电源过压、欠压，红色发光二极管亮。二、设计要求1.根据设计指标要求进行预设计，确定电路形式估算元件参数并选择元器件。2.进行指标核算，根据设计的电路利用理论公式，核算有关指标能否达到设计要求。3.按时提交课程设计报告，画出设计电路图，交一份A3图纸，完成相应答辩。三、参考书籍 童诗白，华成英 高等教育出版社 2006；

2、电工电子实验与课程设计指导 朱小龙，梁秀荣 中国矿业大学出版社 2013；电子技术实验与课程设计 毕满青 机械工业出版社2006；Multisim10 虚拟仿真和业余制版使用技术 黄培根 电子工业出版社 2008.一、 前言4二、 方案论证5三、 电路工作原理及说明63.1整流滤波电路63.2比较器电路83.3执行电路11四、 电路仿真12五、 设计心得14附录一17附录二18参考文献19一、前言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

3、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，绿色

4、发光二极管亮。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，红色发光二极管亮，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。图 1 交流电源过压、欠压保护电路原理框图三、电路工作原理及说明3.1 整流滤波电路由于各种电器设备内部均是由不同种类的电子电路组成，电子电路正常工作需要直流电源，而电网供给用户的是50hz 的交流电，所以需要利用具有单向导电特性的半导体器件把交变的电流变换为直流电。提供直流电的设备称为直流稳压电源。直流稳压电源可以将交流输入电压转变

5、成稳定不变的电压。交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给集成电路供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。图 3 整流滤波电路图整流滤波电路如图3所示，应用桥式整流，基本原理就是利用二极管的单向导电性，将交流电变成一个方向流动的电当交流电流的负半周到来时（方向与正半周相反）二极管反向截止，则不能通过，如此循环，就形成一个方向的电流。滤波应用单相桥式整流电容滤波电路，电容滤波的特点是，输出电压提高，脉动成分减小，二极管导通时间大大减少。3.2比较器电路保护电路中主要是电压比较器在

6、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 4 所示。图 4 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； 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、

7、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。 比较器与运算放大器

8、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器电路。如在 A/D 变换器电路中要求采用精密比较器电路。由于比较器与运放的内部结构基本相同，其大部分参数(电特性参数)与运放的参数项基本一样(入失调电流、输入偏置电流等)。3.3 执行电路和执行部分，是决定实验的成败关键。此次课题要求在给定电源电压的条件下，设计一个过

9、压欠压报警器，使其在正常电压变动范围内时，绿灯发光；过压或者欠压时红灯亮，从而达到报警效果。设计思路明确，通过比较电路来决定发光二极管的发光情况。电路图如图 5所示。图 5 执行电路图四、电路仿真Multisim 是美国国家仪 器（ NI）有限公司推 出的以Windows/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。本设计电源控制

10、如图 6 S1 从左到右分别控制电压为 18v16v14v，分别表示电网过压、正常欠压，三个工作状态。正常工作执行部分如图 7 所示，过、欠压时执行部分如图 8所示。图 7 电网正常工作显示（绿灯亮）图 8 电网过压、欠压显示（红灯亮）五、设计心得这是我第一次接触 multisim 软件，我对 Multisim 这种软件的使用有了初步的认识。 我一向认为过程是最重要的，在这几天中，我从对报警器这个名词的陌生到可以分门别类地介绍报警器的熟悉，我在摸索中前行。我查阅了大量的材料，查找各种整体的电路元器件，想方设法进行连接以完成课题的目标。在这个过程中我的毅力得到了磨炼，我曾研究一份电路图研究了三天

11、，但实在无法实现报警功能，只得改换电路图，也就是现在的电路图，终于实现了报警功能，期间我们同组同学也不乏交流，团结协作精神得到了很好的体现。在课程设计的过程中我发现自己原理知识掌握不扎实，而且对于 Multisim 能提供给我们更多的锻炼机会来培养我们的实践能力、动手能力以及理论联系实际的能力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在通多次对电路的改进，上机仿真以及接线调试，终于使整个电路可稳定工作。设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间

12、设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。识的阶段。所有的设计方法还有步骤在数电书上都有，而且还有例题。这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少，所以做设计的时候要常随手翻阅课本，等于是做了几道数电作业题。这个阶段的难度也不是很大，一般翻课本就可以找到答案并解决问题。的只是理论而不是真正的实体。所以说它是最重要的。实验阶段我们遇到的问题有：对软件不熟悉；对实验过程中信号的测量知识

13、学习很少；因为各个模块是分开做而后又组装到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合为一个整体，部分工作能行但是接到一起就会出现问题）;针对以上几个问题我们作出了以下的“对策”:软件不熟悉，就借来参考书，一步一步的对着学，而且老师给的资料上也有软件的使用说明，所以随着接触的增加软件也就越来越熟悉，这方面的问题不是太难因为一边理论一边学习正好是学习的好方法，而且也学的特别快。电路的焊接要一步一步来，焊点多，走线复杂。这又要我们要灵活处理，一边操作一边构思，在不影响试验的前提下加快进度。另外就是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验总之，通过这次练习我有了很多收获。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了动手能力。在改进电路的过程中，同学们共同探讨，最后的电路已经比初期设计有了很大提高。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。附录一本设计总电路图如图 9 所示，图中 V0 点电位与 V0与两个直流参考电压VH（高）及VL（低）在两个比较器、B 中进行比较，比较器输出电压 VAVB 经二极管D5、D6 组成的与门判别电路给晶体管放大电路，