一種新型自復式過電壓、欠電壓保護器的設計

張容

摘 要： 利用555集成塊設計了一種新型自復式過電壓、欠電壓的低成本保護器。采用兩個電壓比較器構(gòu)成雙限電壓比較器電路，具有判斷電壓準確誤差小的特點，對于電壓誤差要求較高的儀器有很好的保護作用，同時還能根據(jù)負載的不同要求容易改變上限電壓和下限電壓。采用555觸發(fā)器構(gòu)成的延時電路，具有延時時間準確判斷無誤的特點，能根據(jù)負載的不同要求改變延時時間。采用控制繼電器實現(xiàn)供電和斷電的方法，很好地實現(xiàn)了保護器與負載的隔絕，使用更方便、安全。

關(guān)鍵詞： 自復式電壓保護器； 過電壓保護； 欠電壓保護； 555觸發(fā)器

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）20?0152?02

Design of a new self?reset overvoltage or undervoltage protector

ZHANG Rong

（Department of Physics and Electronic Technology， Chengdu Normal University， Chengdu 611130， China）

Abstract： A new resettable over?voltage， under?voltage and low?cost protector was designed with 555 integrated module. A dual threshold voltage comparator circuit is composed of two voltage comparator， which has the characteristics of accurate voltage judgement and small error. It has protection function for the instruments which requires higher voltage error requirement， and also is easy to change upper limit voltage and lower limit voltage according to the different loading requirements. The delay circuit with 555 flip?flops has the characteristics of accurate delay time， and can change the delay time depending on the load requirements. The power?off and power?on methods can be realized with control relay. The isolation protection between the protector and load was achieved.

Keywords： self?reset voltage protector； overvoltage protection； undervoltage protection； 555 ffip?flops

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的自動化、數(shù)字化的高檔家用電器被使用，這樣對電網(wǎng)的供電質(zhì)量也提出了要求，因此加載過電壓、欠電壓保護器是使用現(xiàn)代家電的必然選擇?，F(xiàn)在市場上的過電壓、欠電壓保護器主要三種。第一類是針對單一電器的電壓保護器，選擇范圍小[1]；第二類是小型斷路器附加過電壓和欠電壓脫扣器，需要人工操作；第三類是全自動電壓保護器，當電壓超過負載允許的極限時，自動斷開電源，防止用電設備損壞，當電源電壓恢復正常后，經(jīng)過設定的延時后，自動接通電源[2]。現(xiàn)在國內(nèi)已使用單片機器件來設計自復式過電壓、欠電壓保護器，結(jié)構(gòu)相對比較復雜[3?5]。

在此利用LM339和555集成塊設計了一種自復式過電壓、欠電壓保護器，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的特點，并且具有電源恢復正常時能夠延時供電的功能，可以有效實現(xiàn)對用電器的保護。

1 自復式過欠壓保護器工作原理

利用LM339和555集成塊設計的自復式過欠壓保護器，電路圖如圖1所示。市電220V經(jīng)過D1～D4和C1整流、濾波后從三端穩(wěn)壓管7812的輸入端輸入，從輸出端輸出一個12 V的穩(wěn)定電壓。該電壓通過電位器R3和R4分別在U1A的同相輸入端和U2A的反相輸入端輸入?yún)⒖茧妷篤1和V2，其參考電壓值可以通過調(diào)節(jié)R3和R4來改變。整流和濾波后的電壓通過R1和R2在U1A的反相輸入端和U1B的同相輸入端有共同的輸入電壓Vi，Vi隨市電的變化而改變。當輸入電壓Vi在正常范圍內(nèi)時，調(diào)整R3和R4滿足V2

當555集成塊3腳初始值為高電平時，U1C的反相輸入端輸入高電平，由于U1C構(gòu)成的是一個反向器，所以U1C輸出低電平，使Q截止，D5不發(fā)光，D7發(fā)光，繼電器斷開不供電。555集成塊7腳截止，開始對電容C3充電，此時6腳電平也逐漸升高，當6腳電平升高到2[Ec3]時，觸發(fā)3腳輸出低電平，則U1C輸出為高電平，三極管Q導通，D5發(fā)光，繼電器吸合，對用電器供電。555集成塊7腳也同步導通，電容C3放電，使555集成塊6腳的電平處于低電平，確保555集成塊3腳輸出繼續(xù)保持低電平。Q繼續(xù)保持導通狀態(tài)，D5發(fā)光，繼電器吸合，對用電器供電。當555集成塊3腳初始為低電平時，集成塊7腳也處于導通狀態(tài)，通過U1C構(gòu)成的反相器使繼電器吸合，Q2導通，D5點亮。當市電電壓升高并超過設置的上限保護電壓，Vi也隨之升高，即Vi>V1， U1A輸出低電平，555集成塊2腳輸入低電平，觸發(fā)555集成塊3腳輸出高電平，此時二極管D7導通發(fā)光，U1C輸出低電平，三極管Q截止，D5不發(fā)光，繼電器斷開，不對用電器供電。555集成塊7腳截止，當市電恢復正常時，即Vi

2 自復式過欠壓保護器實物和實測數(shù)據(jù)

設計的的自復式過電壓、欠電壓保護器實物如圖2所示。

圖2 自復式過電壓、欠電壓保護器

經(jīng)過測試，具體實測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 具體實測數(shù)據(jù)

對于輸入電壓Vi<180 V和Vi>230 V都能有效地保護，當線路斷電后瞬時來電使輸入電壓恢復正常范圍時，有相對的延遲保護時間，其延時時間大小和用電器種類及功率有一定關(guān)系。

3 結(jié) 語

此保護電路屬于電壓取樣檢測式保護電路，優(yōu)點在于可根據(jù)用電器的需要來設置延遲保護時間，操作比較方便，能夠確保用電設備不因電網(wǎng)質(zhì)量不良而損壞，具有很好的實用性。

參考文獻

[1] 鄭曉彤.通用型變頻器的常見保護功能探討[J].北京電力高等?？茖W校學報：自然科學版，2010，27（3）：96?98.

[2] 王加法，鄭嘉利.自復式過欠壓保護器的設計[J].電工電氣，2009 （12）：13?15.

[3] 錢金川，朱守敏.一種過電壓欠電壓及延時保護電路的設計[J].電器制造，2007（11）：52?54.

[4] 張玉良.自復式全自動過電壓、欠電壓保護器[J].電力建設，2004，25（11）：46?48.

[5] 張玉良，姜天軍.自復式過電壓、欠電壓保護器硬件、軟件及應用[J].伊犁師范學院學報，2006（9）：48?51.

[6] 肖遠新.智能化多功能安全用電保護器的設計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（13）：180?182.

摘 要： 利用555集成塊設計了一種新型自復式過電壓、欠電壓的低成本保護器。采用兩個電壓比較器構(gòu)成雙限電壓比較器電路，具有判斷電壓準確誤差小的特點，對于電壓誤差要求較高的儀器有很好的保護作用，同時還能根據(jù)負載的不同要求容易改變上限電壓和下限電壓。采用555觸發(fā)器構(gòu)成的延時電路，具有延時時間準確判斷無誤的特點，能根據(jù)負載的不同要求改變延時時間。采用控制繼電器實現(xiàn)供電和斷電的方法，很好地實現(xiàn)了保護器與負載的隔絕，使用更方便、安全。

關(guān)鍵詞： 自復式電壓保護器； 過電壓保護； 欠電壓保護； 555觸發(fā)器

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）20?0152?02

Design of a new self?reset overvoltage or undervoltage protector

ZHANG Rong

（Department of Physics and Electronic Technology， Chengdu Normal University， Chengdu 611130， China）

Abstract： A new resettable over?voltage， under?voltage and low?cost protector was designed with 555 integrated module. A dual threshold voltage comparator circuit is composed of two voltage comparator， which has the characteristics of accurate voltage judgement and small error. It has protection function for the instruments which requires higher voltage error requirement， and also is easy to change upper limit voltage and lower limit voltage according to the different loading requirements. The delay circuit with 555 flip?flops has the characteristics of accurate delay time， and can change the delay time depending on the load requirements. The power?off and power?on methods can be realized with control relay. The isolation protection between the protector and load was achieved.

Keywords： self?reset voltage protector； overvoltage protection； undervoltage protection； 555 ffip?flops

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的自動化、數(shù)字化的高檔家用電器被使用，這樣對電網(wǎng)的供電質(zhì)量也提出了要求，因此加載過電壓、欠電壓保護器是使用現(xiàn)代家電的必然選擇?，F(xiàn)在市場上的過電壓、欠電壓保護器主要三種。第一類是針對單一電器的電壓保護器，選擇范圍小[1]；第二類是小型斷路器附加過電壓和欠電壓脫扣器，需要人工操作；第三類是全自動電壓保護器，當電壓超過負載允許的極限時，自動斷開電源，防止用電設備損壞，當電源電壓恢復正常后，經(jīng)過設定的延時后，自動接通電源[2]?，F(xiàn)在國內(nèi)已使用單片機器件來設計自復式過電壓、欠電壓保護器，結(jié)構(gòu)相對比較復雜[3?5]。

在此利用LM339和555集成塊設計了一種自復式過電壓、欠電壓保護器，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的特點，并且具有電源恢復正常時能夠延時供電的功能，可以有效實現(xiàn)對用電器的保護。

1 自復式過欠壓保護器工作原理

利用LM339和555集成塊設計的自復式過欠壓保護器，電路圖如圖1所示。市電220V經(jīng)過D1～D4和C1整流、濾波后從三端穩(wěn)壓管7812的輸入端輸入，從輸出端輸出一個12 V的穩(wěn)定電壓。該電壓通過電位器R3和R4分別在U1A的同相輸入端和U2A的反相輸入端輸入?yún)⒖茧妷篤1和V2，其參考電壓值可以通過調(diào)節(jié)R3和R4來改變。整流和濾波后的電壓通過R1和R2在U1A的反相輸入端和U1B的同相輸入端有共同的輸入電壓Vi，Vi隨市電的變化而改變。當輸入電壓Vi在正常范圍內(nèi)時，調(diào)整R3和R4滿足V2

當555集成塊3腳初始值為高電平時，U1C的反相輸入端輸入高電平，由于U1C構(gòu)成的是一個反向器，所以U1C輸出低電平，使Q截止，D5不發(fā)光，D7發(fā)光，繼電器斷開不供電。555集成塊7腳截止，開始對電容C3充電，此時6腳電平也逐漸升高，當6腳電平升高到2[Ec3]時，觸發(fā)3腳輸出低電平，則U1C輸出為高電平，三極管Q導通，D5發(fā)光，繼電器吸合，對用電器供電。555集成塊7腳也同步導通，電容C3放電，使555集成塊6腳的電平處于低電平，確保555集成塊3腳輸出繼續(xù)保持低電平。Q繼續(xù)保持導通狀態(tài)，D5發(fā)光，繼電器吸合，對用電器供電。當555集成塊3腳初始為低電平時，集成塊7腳也處于導通狀態(tài)，通過U1C構(gòu)成的反相器使繼電器吸合，Q2導通，D5點亮。當市電電壓升高并超過設置的上限保護電壓，Vi也隨之升高，即Vi>V1， U1A輸出低電平，555集成塊2腳輸入低電平，觸發(fā)555集成塊3腳輸出高電平，此時二極管D7導通發(fā)光，U1C輸出低電平，三極管Q截止，D5不發(fā)光，繼電器斷開，不對用電器供電。555集成塊7腳截止，當市電恢復正常時，即Vi

2 自復式過欠壓保護器實物和實測數(shù)據(jù)

設計的的自復式過電壓、欠電壓保護器實物如圖2所示。

圖2 自復式過電壓、欠電壓保護器

經(jīng)過測試，具體實測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 具體實測數(shù)據(jù)

對于輸入電壓Vi<180 V和Vi>230 V都能有效地保護，當線路斷電后瞬時來電使輸入電壓恢復正常范圍時，有相對的延遲保護時間，其延時時間大小和用電器種類及功率有一定關(guān)系。

3 結(jié) 語

此保護電路屬于電壓取樣檢測式保護電路，優(yōu)點在于可根據(jù)用電器的需要來設置延遲保護時間，操作比較方便，能夠確保用電設備不因電網(wǎng)質(zhì)量不良而損壞，具有很好的實用性。

參考文獻

[1] 鄭曉彤.通用型變頻器的常見保護功能探討[J].北京電力高等專科學校學報：自然科學版，2010，27（3）：96?98.

[2] 王加法，鄭嘉利.自復式過欠壓保護器的設計[J].電工電氣，2009 （12）：13?15.

[3] 錢金川，朱守敏.一種過電壓欠電壓及延時保護電路的設計[J].電器制造，2007（11）：52?54.

[4] 張玉良.自復式全自動過電壓、欠電壓保護器[J].電力建設，2004，25（11）：46?48.

[5] 張玉良，姜天軍.自復式過電壓、欠電壓保護器硬件、軟件及應用[J].伊犁師范學院學報，2006（9）：48?51.

[6] 肖遠新.智能化多功能安全用電保護器的設計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（13）：180?182.

摘 要： 利用555集成塊設計了一種新型自復式過電壓、欠電壓的低成本保護器。采用兩個電壓比較器構(gòu)成雙限電壓比較器電路，具有判斷電壓準確誤差小的特點，對于電壓誤差要求較高的儀器有很好的保護作用，同時還能根據(jù)負載的不同要求容易改變上限電壓和下限電壓。采用555觸發(fā)器構(gòu)成的延時電路，具有延時時間準確判斷無誤的特點，能根據(jù)負載的不同要求改變延時時間。采用控制繼電器實現(xiàn)供電和斷電的方法，很好地實現(xiàn)了保護器與負載的隔絕，使用更方便、安全。

關(guān)鍵詞： 自復式電壓保護器； 過電壓保護； 欠電壓保護； 555觸發(fā)器

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）20?0152?02

Design of a new self?reset overvoltage or undervoltage protector

ZHANG Rong

（Department of Physics and Electronic Technology， Chengdu Normal University， Chengdu 611130， China）

Abstract： A new resettable over?voltage， under?voltage and low?cost protector was designed with 555 integrated module. A dual threshold voltage comparator circuit is composed of two voltage comparator， which has the characteristics of accurate voltage judgement and small error. It has protection function for the instruments which requires higher voltage error requirement， and also is easy to change upper limit voltage and lower limit voltage according to the different loading requirements. The delay circuit with 555 flip?flops has the characteristics of accurate delay time， and can change the delay time depending on the load requirements. The power?off and power?on methods can be realized with control relay. The isolation protection between the protector and load was achieved.

Keywords： self?reset voltage protector； overvoltage protection； undervoltage protection； 555 ffip?flops

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的自動化、數(shù)字化的高檔家用電器被使用，這樣對電網(wǎng)的供電質(zhì)量也提出了要求，因此加載過電壓、欠電壓保護器是使用現(xiàn)代家電的必然選擇。現(xiàn)在市場上的過電壓、欠電壓保護器主要三種。第一類是針對單一電器的電壓保護器，選擇范圍小[1]；第二類是小型斷路器附加過電壓和欠電壓脫扣器，需要人工操作；第三類是全自動電壓保護器，當電壓超過負載允許的極限時，自動斷開電源，防止用電設備損壞，當電源電壓恢復正常后，經(jīng)過設定的延時后，自動接通電源[2]?，F(xiàn)在國內(nèi)已使用單片機器件來設計自復式過電壓、欠電壓保護器，結(jié)構(gòu)相對比較復雜[3?5]。

在此利用LM339和555集成塊設計了一種自復式過電壓、欠電壓保護器，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的特點，并且具有電源恢復正常時能夠延時供電的功能，可以有效實現(xiàn)對用電器的保護。

1 自復式過欠壓保護器工作原理

利用LM339和555集成塊設計的自復式過欠壓保護器，電路圖如圖1所示。市電220V經(jīng)過D1～D4和C1整流、濾波后從三端穩(wěn)壓管7812的輸入端輸入，從輸出端輸出一個12 V的穩(wěn)定電壓。該電壓通過電位器R3和R4分別在U1A的同相輸入端和U2A的反相輸入端輸入?yún)⒖茧妷篤1和V2，其參考電壓值可以通過調(diào)節(jié)R3和R4來改變。整流和濾波后的電壓通過R1和R2在U1A的反相輸入端和U1B的同相輸入端有共同的輸入電壓Vi，Vi隨市電的變化而改變。當輸入電壓Vi在正常范圍內(nèi)時，調(diào)整R3和R4滿足V2

當555集成塊3腳初始值為高電平時，U1C的反相輸入端輸入高電平，由于U1C構(gòu)成的是一個反向器，所以U1C輸出低電平，使Q截止，D5不發(fā)光，D7發(fā)光，繼電器斷開不供電。555集成塊7腳截止，開始對電容C3充電，此時6腳電平也逐漸升高，當6腳電平升高到2[Ec3]時，觸發(fā)3腳輸出低電平，則U1C輸出為高電平，三極管Q導通，D5發(fā)光，繼電器吸合，對用電器供電。555集成塊7腳也同步導通，電容C3放電，使555集成塊6腳的電平處于低電平，確保555集成塊3腳輸出繼續(xù)保持低電平。Q繼續(xù)保持導通狀態(tài)，D5發(fā)光，繼電器吸合，對用電器供電。當555集成塊3腳初始為低電平時，集成塊7腳也處于導通狀態(tài)，通過U1C構(gòu)成的反相器使繼電器吸合，Q2導通，D5點亮。當市電電壓升高并超過設置的上限保護電壓，Vi也隨之升高，即Vi>V1， U1A輸出低電平，555集成塊2腳輸入低電平，觸發(fā)555集成塊3腳輸出高電平，此時二極管D7導通發(fā)光，U1C輸出低電平，三極管Q截止，D5不發(fā)光，繼電器斷開，不對用電器供電。555集成塊7腳截止，當市電恢復正常時，即Vi

2 自復式過欠壓保護器實物和實測數(shù)據(jù)

設計的的自復式過電壓、欠電壓保護器實物如圖2所示。

圖2 自復式過電壓、欠電壓保護器

經(jīng)過測試，具體實測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 具體實測數(shù)據(jù)

對于輸入電壓Vi<180 V和Vi>230 V都能有效地保護，當線路斷電后瞬時來電使輸入電壓恢復正常范圍時，有相對的延遲保護時間，其延時時間大小和用電器種類及功率有一定關(guān)系。

3 結(jié) 語

此保護電路屬于電壓取樣檢測式保護電路，優(yōu)點在于可根據(jù)用電器的需要來設置延遲保護時間，操作比較方便，能夠確保用電設備不因電網(wǎng)質(zhì)量不良而損壞，具有很好的實用性。

參考文獻

[1] 鄭曉彤.通用型變頻器的常見保護功能探討[J].北京電力高等?？茖W校學報：自然科學版，2010，27（3）：96?98.

[2] 王加法，鄭嘉利.自復式過欠壓保護器的設計[J].電工電氣，2009 （12）：13?15.

[3] 錢金川，朱守敏.一種過電壓欠電壓及延時保護電路的設計[J].電器制造，2007（11）：52?54.

[4] 張玉良.自復式全自動過電壓、欠電壓保護器[J].電力建設，2004，25（11）：46?48.

[5] 張玉良，姜天軍.自復式過電壓、欠電壓保護器硬件、軟件及應用[J].伊犁師范學院學報，2006（9）：48?51.

[6] 肖遠新.智能化多功能安全用電保護器的設計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（13）：180?182.