電路保護(hù)器設(shè)計課件

1、單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計報告書 設(shè)計題目： 電路保護(hù)器設(shè)計 專 業(yè)：阿道夫可好看自動化薩芬的干撒的 班 級：阿的富2 學(xué)生姓名: 國牧使得 學(xué) 號: 342342 指導(dǎo)教師：阿斯蒂芬阿斯 2014年6月5日物理與電子工程學(xué)院 課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)： 自動化 班級： 學(xué)生姓名學(xué)號課程名稱單片機(jī)原理與接口技術(shù)設(shè)計題目快速電路保護(hù)器設(shè)計目的、主要內(nèi)容（參數(shù)、方法）及要求一、項目的目的： 基于單片機(jī)的快速電路保護(hù)器設(shè)計，強(qiáng)化動手能力，為畢業(yè)設(shè)計做準(zhǔn)備。2、 項目任務(wù)的主要內(nèi)容和要求：保護(hù)器是指針對電器提供用電安全保護(hù)的裝置，它內(nèi)置有智能的防高壓裝置，在電器遭遇瞬間高電壓的異常情況下，會智能啟動內(nèi)部保

2、護(hù)裝置，確保后端用電器的用電安全。以AT89C51單片機(jī)為對象,對單片機(jī)軟硬件知識進(jìn)行梳理，設(shè)計電路，運用匯編語言編寫運行程序，設(shè)計出更加快速的電路保護(hù)器裝置。 三、項目設(shè)計（研究）思路：網(wǎng)上查找資料，熟悉電路保護(hù)器基本原理和研究方法。通過仿真軟件PROTUES實現(xiàn)要求的硬件電路圖，制作PCD板，實現(xiàn)對電路的保護(hù)功能。四、具體成果形式和要求 通過PROTUES仿真電路圖展示項目主要功能。工作量2周時間，每天3學(xué)時，共計42學(xué)時進(jìn)度安排第1天：召開課程設(shè)計會議，下達(dá)設(shè)計任務(wù)。針對課程設(shè)計題目進(jìn)行設(shè)計思路、設(shè)計過程，設(shè)計要求說明。第2-3天：根據(jù)自己選題情況，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料。第4-5天：確定總體

3、方案。第6-10天：仿真/制作。第11-14：編寫課程設(shè)計報告。主要參考資料1李全利.單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京：高等教育出版社，2009.01-012張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2010.05-013楊天怡.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社,2010.01-014王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.5-015邱關(guān)源.電路(第5版). 北京： 高等教育出版社，2006.05-01指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字摘 要在工業(yè)控制中,用電設(shè)備通常工作在三相電源中，而很多用電設(shè)備在使用中對相應(yīng)提供的工作電源有著較高的要求?？傊芏嗲闆r所造成的電壓波動，

4、又會給用電設(shè)備造成不應(yīng)有的過電壓、過電流現(xiàn)象。針對上述情況保護(hù)器不僅能對常見的過壓、過流進(jìn)行有效保護(hù)，并且在電器正常工作情況下，因其供電的某相發(fā)生變化(設(shè)備超出過壓或過流設(shè)定值時)具有其靈敏度保護(hù)特點，這為用電設(shè)備提供了更好的供電質(zhì)量;另外對保護(hù)的設(shè)備還有相序鑒別保護(hù)功能，因為有以上的保護(hù)功能，從而確保用電設(shè)備及電器的正常安全運行。關(guān)鍵詞：電源；過壓；過流；保護(hù)；AbstractIn industrial control, electrical equipment usually work in three-phase power supply, and a lot of electrical

5、 equipment in use to provide work for the corresponding power supply has a high demand. In short voltage fluctuations caused in many cases, they will give undue electrical equipment over-voltage, over-current phenomenon. (When the device exceeds the overvoltage or overcurrent set value) can not only

6、 common over-voltage, over-current protection for effective protection against the above, and in the normal electrical work, because of a phase change in the power supply has its sensitivity protection characteristics, which provides a better quality of power supply for the electrical equipment; add

7、ition to the protection of the equipment as well as the identification phase sequence protection, because there is more protection, so as to ensure the normal operation of electrical equipment and security appliances.Key words:Power supply;overvoltage,;overcurrent,;protection目錄1 緒論.1. 1課題背景及目的.2 過壓過

8、流保護(hù)器原理.2.1工作原理.3 過壓過流保護(hù)直流電源. 3.1 設(shè)計要求. 3.2設(shè)計摘要及整個方框圖. 3.3單元單路設(shè)計及原理分析. 3.4保護(hù)電路. 3.5整個電路原理圖. 3.6 PCB制作. 3.7焊接與調(diào)試.4 總結(jié).致謝.參考文獻(xiàn).1 緒論1. 1課題背景及目的現(xiàn)代家庭都備有多種電器和電子設(shè)備，如電視機(jī)、電冰箱、音響系統(tǒng)、A/V系統(tǒng)、微波爐、電腦和UPS系統(tǒng)等等.這些設(shè)備大都用交流電網(wǎng)供電,但交流電網(wǎng)的電壓時常過高過低,這些電器設(shè)備只有在一定的電網(wǎng)電壓范圍內(nèi)才能正常工作,偏離正常電壓太遠(yuǎn)會影響電器的性能甚至造成永久性損壞。人們常常在用電時會因技術(shù)故障、人為故障、設(shè)備老化、質(zhì)量低

9、劣、自然災(zāi)害等引起的電壓過高過低、停電再來電而燒毀電器，甚至因此發(fā)生火災(zāi)。目前由于此類原因造成的電器燒毀或大面積火災(zāi)等事故每天都有發(fā)生，其損失慘重卻索賠無門，而使用電器保護(hù)器來保證昂貴的電子電器產(chǎn)品的安全無疑是一種經(jīng)濟(jì)實用且安全簡便的好方法。為了能有效的保護(hù)您和他人的生命財產(chǎn)安全，配置電器保護(hù)器還是有必要的。2 過壓過流保護(hù)器的原理及特點2.1工作原理如圖1所示，過壓最小值與欠壓最小值之間通常被稱為正常工作電壓（也稱正常電壓工作帶）。電器的工作電壓在此范圍內(nèi)波動，如達(dá)到過壓設(shè)定值時，則保護(hù)器開始進(jìn)行保護(hù)。圖1 過壓保護(hù)參數(shù)當(dāng)保護(hù)器工作電壓處在正常工作帶時，工作保護(hù)觸點吸合。如工作電壓值超出過壓

10、設(shè)定值時，吸合工作觸點進(jìn)入設(shè)定的延時保護(hù)狀態(tài)。待延時結(jié)束后，工作觸點釋放，由接通變至斷開狀態(tài)，直至工作電壓重新回至正常電壓工作帶。如圖2所示，IC1A與IC1B構(gòu)成過壓與欠壓保護(hù)線路。其中，RP1為過欠壓保護(hù)基準(zhǔn)設(shè)定電位器，輸入電壓經(jīng)R13分別加至IC1A反相輸入端與IC1B同相輸入端。取自RP1電位器的基準(zhǔn)電壓設(shè)定值隨保護(hù)器端電壓變化而變化。如過壓時，經(jīng)RP1加至IC1A反相輸入端與IC1B同相輸入端的電壓值也隨之升高。過壓保護(hù)設(shè)定電位器RP3上的電壓由IC4三端穩(wěn)壓輸出端經(jīng)RP3分壓（由R7、RP3、R8、RP4、R9構(gòu)成串聯(lián)回路）后通過R16加至IC1A端同相輸入端，與IC1A反相輸入端

11、電壓比較。當(dāng)VV時，則IC1A輸出端輸出“0”電平，從而使IC2端復(fù)位為“0”，IC2輸出端處于延時工作狀態(tài)。圖2 工作時序圖3 過壓過流保護(hù)直流電源3.1設(shè)計要求 電源輸出直流電壓15-17V，額定輸出電流300mA，設(shè)計保護(hù)電流300mA，即當(dāng)電源輸出電流超過300mA時，保護(hù)電路動作，斷開電源與負(fù)載的連接。3.2設(shè)計摘要及整個方框圖 設(shè)計摘要：過壓過流保護(hù)的方法主要是要這些措施：A. 熔斷器保護(hù)，即通常用的保險絲，保險管，它是一種過流保護(hù)器件，將它串聯(lián)在電源電路中，一旦當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)故障而使電源供電電流突然增大時，保險絲熔斷，截斷電源與負(fù)載的通路，達(dá)到保護(hù)電源和負(fù)載本身的目的。B. 自恢復(fù)保

12、險保護(hù)，實際就是一種熱敏電阻保護(hù)，它也是串接在電源電路中，是一種過流保護(hù)方法。C. 以繼電器為主要器件的電子保護(hù)電路，繼電器主開關(guān)接在電源主電路中，讓控制電路控制繼電器線圈而控制及電氣主開關(guān)的通斷。D. 以電源調(diào)整管為主要的電子保護(hù)電路，本項目所要介紹和實踐的電路就是一個這樣的保護(hù)電路，主要方法是讓一個控制電路控制電源調(diào)整管的通斷。E. 這種電路反應(yīng)快，動作值界限確定，具有自恢復(fù)功能，是一種較理想的電源保護(hù)電路，缺點是電路相對復(fù)雜，成本高。二極管整流電容過濾變壓器降壓保護(hù)電路調(diào)整三極管 圖3：整個方框圖3.3單元單路設(shè)計及原理分析圖4：降壓，整流，濾波電路 整流濾波輸出電壓為16V左右，降壓變

13、壓器次級電壓的選擇，因為整流濾波輸出電壓的最大值等于變壓器次級電壓的1.414倍，所以可考慮選擇變壓器次級電壓為12V，這樣，整流濾波輸出電壓的最大值等于17V。變壓器的功率選擇，因為電路輸出額定電流300mA，所以電路輸出額定功率為17V*300mA=5W，所以變壓器功率為67W就可以了。整流二極管的耐壓要求：高于17V。整流二極管的平均整流電流要求：大于300mA。這樣，整流二極管采用常用的整流二極管IN4001（耐壓而100V，電流1A）就足夠達(dá)到要求了。濾波電容的耐壓要求：高于17V。濾波電容的容量要求：C（35）T/2/R,其中T為220V交流電周期為0.02秒，R為整流濾波電路負(fù)載

14、電阻（可這樣確定最小輸出電壓閉上最大輸出電流15V/300mA=50），C（600uF1000uF），取C為1000uF/25V。3.4保護(hù)電路 圖5：555定時器結(jié)構(gòu)圖 上圖所示為555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，“2”“6”接一起通過電阻接電源VCC，通過電容器接地GND，電路剛接上電源時，電容C4無充電電荷，“2”“6”為低電平，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，與非門G1輸出低電平，G2輸出高電平，泄流管T截止，因此調(diào)整管Q1無偏置電流而截止，這時電源通過R6對電容C4充電，“2”“6”電位升高，當(dāng)電位升高到（2/3）VCC時，比較器C1輸出低電平，與非門G1輸出高電平，泄流管T導(dǎo)通，

15、調(diào)整管Q1導(dǎo)通。電源向負(fù)載供電。這就是電路其實工作過程，時間有電阻R6和電容C4決定。大約為R6*C4。 電路在正常工作條件下（無過流），檢測電阻R5上電壓較小，三極管Q2截止，555維持工作狀態(tài)不變，泄流管T導(dǎo)通，調(diào)整管Q1導(dǎo)通。電源向負(fù)載供電。 如果電路輸出電流過大，這個電流通過R5，在R5上產(chǎn)生較大的電壓，使Q2導(dǎo)通，電容C4通過Q2快速放電，使“2”“6”電位快速下降低于（1/3）VCC時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，與非門G1輸出低電平，G2輸出高電平，泄流管T截止，因此調(diào)整管Q1無偏置電流而截止，斷開電源與負(fù)載的連接，起到保護(hù)電路和負(fù)載的目的。電路保護(hù)后，輸出電流為

16、0，Q2又截止，C4再次充電，當(dāng)充電使得“2”“6”電位升高到（2/3）VCC時，比較器C1輸出低電平，與非門G1輸出高電平，泄流管T導(dǎo)通，調(diào)整管Q1導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電。但只要故障沒有排除，電源又立即進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。當(dāng)電路出于保護(hù)狀態(tài)時，與非門G1輸出低電平，非門G3輸出高電平，發(fā)光二極管D1亮，表示電路處于保狀態(tài)。3.5整個電路原理圖圖6：過流過壓保護(hù)電路 正常工作時，Trl和Tr2均截止，555復(fù)位，555中的放電品體管導(dǎo)通，它從Tr3基極吸取電流，使Tr3處開飽和，電視污5-12V便直接送主負(fù)載。當(dāng)負(fù)載吸取電流超過規(guī)定值時，Rsc壓降增加，使Trl導(dǎo)通，555被觸發(fā)，于是內(nèi)部放電晶體管截

17、止，跟著Tr3也截止，將電源與負(fù)載隔離，這時555處于單穩(wěn)狀夯，單穩(wěn)時間一到，只要負(fù)載過流現(xiàn)象不排除，555又重新觸發(fā)，Tr3繼續(xù)將負(fù)載隔離。若負(fù)載出現(xiàn)過壓，別經(jīng)R4. RS. D1后Tr2導(dǎo)通，也使555觸發(fā)，Tr3這時也將負(fù)載隔離。對于過流或過壓，555腳均將輸出高電位，仲LED發(fā)光，表示負(fù)載處于隔離狀態(tài)。由于Tr3或者處于飽和，或者處于截止，因止口只用一只功率晶體管便可工作。3.6 PCB制作 仔細(xì)研究電路原理圖，其重點是過流保護(hù)過程的分析與理解。當(dāng)電路工作原理問題弄清以后，計算確定電路中各電阻的阻值。將其討論過程以及設(shè)計計算過程寫入報告中。若將保護(hù)電流改為500mA,請重新確定R5。仔

18、細(xì)研究印刷電路板，在本印刷電路板上將要裝配的期間有：普通1/4W電阻器，瓷片電容器，整流二極管，發(fā)光二極管，三極管，集成塊555。輸入和輸出接口等等。圖7：布線圖下料-內(nèi)層涂覆-曝光-顯影-蝕刻-蝕刻檢驗-A0I-打靶孔-黑化-層壓-鉆孔-沉銅（也叫板電）-外層涂覆-曝光-顯影-圖電-去摸蝕刻-中檢-阻焊-字符-表面處理-外形-測試-成檢-包裝-入庫3.7焊接與調(diào)試 仔細(xì)研究電路原理圖，其重點是過流保護(hù)過程的分析與理解。當(dāng)電路工作原理問題弄清以后，計算確定電路中各電阻的阻值。將其討論過程以及設(shè)計計算過程寫入報告中。若將保護(hù)電流改為500mA,請重新確定R5。仔細(xì)研究印刷電路板，在本印刷電路板上

19、將要裝配的期間有：普通1/4W電阻器，瓷片電容器，整流二極管，發(fā)光二極管，三極管，集成塊555。輸入和輸出接口等等。仔細(xì)研究印刷電路上的圖形或符號，確定個位置所裝配的適合種元件。若是二極管，還是要弄清板上的對應(yīng)“+”極和“”極，若是三極管，弄清板上對應(yīng)的“e”“b”“c”，對于集成塊，要弄清楚個腳在印刷板上的相應(yīng)位置。仔細(xì)研究元器件，各電阻器及其阻值，精度，功率，電阻阻值可從電阻上所標(biāo)的色碼直接讀出，或者萬用表的歐姆檔直接測量確定。各瓷片電容的電容量。各發(fā)光二極管及其“+”“”極。三極管上對應(yīng)的“e”“b”“c”，集成塊的腳編號的確認(rèn)。認(rèn)真焊接。按照印刷板上器件編號找到相應(yīng)的元件，按以下順序焊

20、接：電阻，IC座，瓷片電容，發(fā)光二極管。三極管，接口。4 總結(jié)本設(shè)計講的是過流過壓的電路保護(hù)，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，同時隨著許多高新技術(shù)，包括高頻開關(guān)技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)、同步整流技術(shù)、智能化技術(shù)、表面安裝技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，電路保護(hù)技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這為直流電路提供了廣泛的發(fā)展空間。但是由于開關(guān)電源中控制電路比較復(fù)雜，晶體管和集成器件耐受電、熱沖擊的能力較差，在使用過程中給用戶帶來很大不便。為了保護(hù)開關(guān)電源自身和負(fù)載的安全，根據(jù)了直流開關(guān)電源的原理和特點，設(shè)計了過熱保護(hù)、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)以及軟啟動保護(hù)電路。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。所以就必須保證直流開關(guān)有很好的保護(hù)。 致 謝本論文在王承林老師的指導(dǎo)和要求下業(yè)已完成，從課題選擇到具體構(gòu)思和內(nèi)容，無不凝聚著老師的心血和汗水，在學(xué)習(xí)和生活期