直流穩(wěn)壓電源及漏電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

阮 瑩，程 聰

(河南師范大學(xué) 新聯(lián)學(xué)院,河南 鄭州 450063)

直流穩(wěn)壓電源及漏電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

阮 瑩，程 聰

(河南師范大學(xué) 新聯(lián)學(xué)院,河南 鄭州 450063)

本設(shè)計(jì)利用LM358、場(chǎng)效應(yīng)管、運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)制作一臺(tái)低壓差、寬范圍的線性直流穩(wěn)壓電源.該電源在幾乎空載和較大負(fù)載情況下都具有可靠的穩(wěn)壓特性.

LM358；線性直流穩(wěn)壓電源；漏電保護(hù)；場(chǎng)效應(yīng)管

0 引言

當(dāng)今社會(huì)人們享受著電子設(shè)備帶來(lái)極大的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路——電源電路.電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能.提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源；同時(shí)，在保護(hù)方面也是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，所以漏電保護(hù)裝置也是一個(gè)必然的電路需求，漏電保護(hù)裝置是用來(lái)防止人身觸電和漏電引起事故的一種接地保護(hù)裝置，當(dāng)電路或用電設(shè)備漏電電流大于裝置的設(shè)定值，人或動(dòng)物發(fā)生觸電時(shí)，它能迅速切斷事故電源，避免事故范圍的擴(kuò)大，保障人身和設(shè)備的安全.本設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)單的控制電路能夠?qū)崿F(xiàn)空載和負(fù)載過(guò)重時(shí)都能有穩(wěn)定輸出.

1 設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)主要由直流穩(wěn)壓模塊、漏電檢測(cè)模塊、關(guān)斷保護(hù)模塊等組成，下面分別介紹這幾個(gè)模塊.

1.1 穩(wěn)壓電源電路

穩(wěn)壓電源電路如圖1所示，本電路模塊采用了LM358作為穩(wěn)定放大器，采用P溝道MOS管， LM358內(nèi)部擁有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入電壓在5.5～25 V變化時(shí)，使輸出端穩(wěn)定在5±0.05V[1]200-207.

圖1 穩(wěn)壓電源電路

1.2 漏電檢測(cè)電路

漏電保護(hù)裝置要求當(dāng)輸入電壓為5 V時(shí)，輸出電壓不小于4.6 V，漏電檢測(cè)電阻R1兩端電壓最大為0.4 V，漏電保護(hù)電路正常工作電流為250 mV，經(jīng)計(jì)算得出R1電阻不得大于1.6 Ω，因此我們選擇1Ω電阻作為檢測(cè)電阻[2]102-108.如圖2所示電路，接一個(gè)1Ω電阻，經(jīng)過(guò)檢測(cè)電阻兩端電壓變化計(jì)算電流大小.由于該電壓太小，用減法電路給予放大，放大后的信號(hào)遠(yuǎn)大于輸入失調(diào)電壓.然后用電壓比較器判斷漏電流大小.此電路穩(wěn)定可靠，經(jīng)測(cè)試，達(dá)到了較高的電壓檢測(cè)精度.

1.3 關(guān)斷保護(hù)分析

關(guān)斷保護(hù)如圖3所示，R1為檢測(cè)電阻，適當(dāng)調(diào)整電阻R1的值，當(dāng)電路漏電電流為30 mA時(shí)，R1兩端電壓差值，經(jīng)過(guò)LM358兩級(jí)放大送到三極管基極，使三極管導(dǎo)通[3]57-60，繼電器K1吸合，常閉觸頭斷開(kāi)，斷開(kāi)負(fù)載供電，同時(shí)常開(kāi)觸頭閉合形成自鎖.當(dāng)漏電故障排除后，按常閉復(fù)位按鈕S1，電路恢復(fù)到初始狀態(tài).

圖3 關(guān)斷保護(hù)電路

2 系統(tǒng)分析測(cè)試

2.1 穩(wěn)壓電源電路測(cè)試

電壓調(diào)整率的測(cè)試方案：負(fù)載R為固定5 Ω，當(dāng)輸入電壓在5.5～25 V變化時(shí)，記錄測(cè)量輸出電壓，觀察結(jié)果是否在5±0.05 V范圍內(nèi)變化，計(jì)算電壓調(diào)整率，Su=|Uo2-Uo1|/Uo2×100%(Uo1為輸入電壓為5.5 V時(shí)的輸出電壓，Uo2為輸入電壓為25 V時(shí)的輸出電壓)[4]66-75.

2.2 漏電保護(hù)電路測(cè)試

穩(wěn)壓電源去掉5 Ω的負(fù)載，切換到漏電保護(hù)檔，此時(shí)工作電壓為5 V.接入一個(gè)20 Ω的負(fù)載，并在模擬支路里串入一個(gè)330 Ω的可調(diào)電阻，并串入數(shù)字萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)模擬漏電支路電流.以觀察漏電保護(hù)路的可靠性和靈敏度.

3 測(cè)試結(jié)果及分析

3.1 測(cè)試結(jié)果

電壓調(diào)整率的測(cè)試結(jié)果如表1所示.

表1 電壓調(diào)整率的測(cè)試結(jié)果

3.2 漏電保護(hù)的測(cè)試結(jié)果分析

經(jīng)測(cè)試，當(dāng)支路電流達(dá)到29.6mA,繼電器吸合并自鎖，斷開(kāi)負(fù)載.調(diào)小支路電流到26 mA，按下復(fù)位按鈕，電路恢復(fù)正常檢測(cè)狀態(tài).經(jīng)反復(fù)測(cè)試，電路可靠穩(wěn)定，達(dá)到安全使用要求.動(dòng)作電流的誤差絕對(duì)值=|30-29.6|/30×100%=1.3%.

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示數(shù)據(jù)誤差在±0.002 V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于市場(chǎng)上其他穩(wěn)壓電源的允許誤差，符合設(shè)計(jì)要求.本系統(tǒng)在使用的過(guò)程中工作穩(wěn)定可靠，電路功能完善，結(jié)構(gòu)完整，操作方便，能夠滿足用戶使用的多種需求.

[1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2] 梁明理.電子線路[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3] 魏海明.實(shí)用電子電路500例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[4] 韓廣興.電子元器件與實(shí)用電路基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[責(zé)任編輯 迎客松]

Design of DC Regulated Power Supply and Electric Leakage Protection System

RUAN Ying, CHENG Cong

(Xinliancollege,HenanNormalUniversity,Zhengzhou450063,China)

This design uses LM358, FET and operational amplifier to make a low and wide-ranged inear DC power supply which has more reliable characteristics in the case of almost-empty and load regulation.

LM358; linear DC power supply; leakage protection; field effect transistor

2015-04-02

阮 瑩(1985- )，女，河南西峽人，河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院助教，研究生，主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)研究。

1671-8127(2015)02-0052-03

TM44

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