一種具有過(guò)流保護(hù)的數(shù)顯可調(diào)電源模塊設(shè)計(jì)

鄒志斌 祝香港 郭宗蓮

摘要：針對(duì)各高職院校電子電路實(shí)驗(yàn)箱中電源使用中存在的問(wèn)題和不足，提出了一種具有過(guò)電流保護(hù)的、電壓可調(diào)的、帶實(shí)時(shí)數(shù)字顯示的獨(dú)立電源模塊設(shè)計(jì)方案，并且進(jìn)行了詳細(xì)的電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成的電源模塊能夠輸出7.5V的交流電壓、+5V的直流電壓、0-30V可調(diào)直流電壓，并能夠測(cè)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用導(dǎo)線的通斷，該電源模塊能夠滿足多種實(shí)驗(yàn)電路的供電需要，減少實(shí)驗(yàn)中由于連接導(dǎo)線帶來(lái)的故障，提高實(shí)驗(yàn)效率。

關(guān)鍵詞：過(guò)電流保護(hù);實(shí)時(shí)數(shù)字顯示;電壓可調(diào)

0? 引言

對(duì)于各類高職院校的電氣類、電子類、通信類等專業(yè)的學(xué)生而言，都需要學(xué)習(xí)《電路基礎(chǔ)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》這些專業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)也要進(jìn)行相關(guān)的電子電路實(shí)驗(yàn)。對(duì)每一種電路而言，都需要有電源供電才能正常工作，而不同電路需要的電源電壓大小又有所不同，目前使用的電源基本跟其它電路一起安裝在實(shí)驗(yàn)箱中的同一塊大電路板上，由于電源使用頻繁，所以經(jīng)常出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響到實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行。另外，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)誤操作造成電源短路，引起火災(zāi)，所以設(shè)計(jì)一款電壓可調(diào)的具有過(guò)流保護(hù)的獨(dú)立電源模塊非常必要。

1? 具有過(guò)流保護(hù)的數(shù)顯可調(diào)電源模塊整體設(shè)計(jì)

具有過(guò)流保護(hù)的數(shù)顯可調(diào)電源模塊主要是給外電路提供合適的電壓，總體可以分成電壓產(chǎn)生電路、過(guò)電流檢測(cè)電路、0-10V電壓調(diào)節(jié)電路、0-30V電壓輸出顯示電路、導(dǎo)線通斷檢測(cè)電路。其中，電壓產(chǎn)生電路主要是將220V交流電轉(zhuǎn)變成7.5V交流電壓和+5V、-5V、+10V直流電壓輸出或供電源模塊內(nèi)部其它電路使用。過(guò)電流檢測(cè)電路主要是將實(shí)際的負(fù)載電流與設(shè)定的基準(zhǔn)電流相比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出一定的電壓值給0-30V電壓輸出顯示電路使用。0-10V電壓調(diào)節(jié)電路的作用主要是將+10V的基準(zhǔn)電壓通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕轉(zhuǎn)換為0-10V電壓，給電壓輸出電路部分使用。0-30V電壓輸出顯示電路部分的作用主要根據(jù)過(guò)電流和-5V電壓的有無(wú)控制輸出電壓，實(shí)現(xiàn)缺-5V電壓時(shí)無(wú)輸出，有-5V電壓時(shí)0-30V電壓正常輸出，并顯示具體的電壓值。導(dǎo)線通斷檢測(cè)電路主要檢測(cè)實(shí)驗(yàn)所使用的導(dǎo)線的通斷情況并指示出來(lái)。

2? 具有過(guò)流保護(hù)的數(shù)顯可調(diào)電源模塊各部分設(shè)計(jì)

2.1 電壓產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)

電壓產(chǎn)生電路主要是將交流220V電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?.5V交流電壓、+5V、-5V和+10V直流電壓。為了使各電壓盡可能相互獨(dú)立，該部分電路包含了三路整流、濾波、穩(wěn)壓電路[1-2]，設(shè)計(jì)的電路如圖1所示。220V電壓經(jīng)過(guò)變壓器T1后轉(zhuǎn)變?yōu)?.5V和23.5V的交流電壓，7.5V經(jīng)過(guò)由D5、D6、D7、D8組成的橋式整流電路、由C2組成的電容濾波電路、7805穩(wěn)壓電路后轉(zhuǎn)變?yōu)?5V的直流電壓，7.5V和+5V輸出供實(shí)驗(yàn)室其它電路使用，+5V也供電源內(nèi)部電路使用;23.5V經(jīng)過(guò)由D1、D2、D4、D4組成的橋式整流電路、由C1組成的濾波電路、TL431可調(diào)穩(wěn)壓電路后產(chǎn)生+10V的基準(zhǔn)電壓供電源內(nèi)部電路使用;23.5V經(jīng)過(guò)R21、C4、D10組成的倍壓整流、C5濾波、1N4733穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后產(chǎn)生-5V直流電壓供電源內(nèi)部電路使用。

2.2 過(guò)電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

過(guò)電流檢測(cè)電路的作用是將實(shí)際的負(fù)載電流與設(shè)定的基準(zhǔn)電流相比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出電壓給后續(xù)電路使用，同時(shí)指示過(guò)電流情況，設(shè)計(jì)的電路如圖2所示?；鶞?zhǔn)電流由R1、R15、R22串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，實(shí)際電流的取樣通過(guò)R23來(lái)實(shí)現(xiàn)，過(guò)電流檢測(cè)電路是由運(yùn)算放大器U1實(shí)現(xiàn)，電路中電流的閾值計(jì)算公式為：過(guò)電流指示電路由三極管VT4和電阻R9、R13、R12、LED1組成，當(dāng)實(shí)際的電流大于閾值電流時(shí)，U1輸出低電平， VT4導(dǎo)通，發(fā)光二極管LED1發(fā)光，指示過(guò)電流，反之，U1輸出高電平，VT4截止，LED1熄滅。改變電阻R15、R22、R23的大小可以改變電流閾值。

2.3 0-10V電壓調(diào)節(jié)電路設(shè)計(jì)

0-10V電壓調(diào)節(jié)電路的作用主要是將+10V的基準(zhǔn)電壓通過(guò)調(diào)節(jié)多圈電位器轉(zhuǎn)換為0-10V電壓，給電壓輸出電路使用，設(shè)計(jì)的電路如圖3所示。圖中，通過(guò)電位器調(diào)節(jié)后的電壓通過(guò)R5、C10組成的RC濾波電路將0-10V電壓輸出到后續(xù)電路使用[3-4]。

2.4 0-30V電壓輸出電路設(shè)計(jì)

0-30V電壓輸出電路的作用是根據(jù)過(guò)電流輸出、0-10V電壓調(diào)節(jié)輸出、實(shí)際輸出、-5V電壓檢測(cè)電路的電壓產(chǎn)生輸出電壓控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)缺-5V無(wú)電壓輸出，有-5V時(shí)0-30V電壓輸出，并顯示具體數(shù)值，設(shè)計(jì)的電路如圖4所示。圖中集成運(yùn)算放大器U2構(gòu)成電壓比較器[5];二極管D11的作用是選擇0-10V電壓調(diào)節(jié)輸出和過(guò)電流檢測(cè)輸出的一路作為U2的同相輸入U(xiǎn)+;R4、R6組成的反饋分壓電路將輸出電壓Vout的1/3作為U2反相輸入U(xiǎn)-;U2的輸出和缺-5V電壓檢測(cè)電路的輸出作為0-30V電壓輸出電路的控制信號(hào);-5V電壓檢測(cè)電路是由三極管VT3和R7、R16、R18組成;0-30V電壓輸出電路由VT2、VT1、R17、C6、D12、D13組成，其中D12、D13起保護(hù)作用;0-30V輸出電壓顯示電路是在輸出端直接外加5位數(shù)字電壓表。此部分電路的工作原理是：當(dāng)無(wú)-5V電壓時(shí)，VT3導(dǎo)通，VT2、VT1截止，電壓無(wú)輸出;當(dāng)-5V電壓正常時(shí)，如果過(guò)電流，那么U2的U+約為-5V，U2輸出約為-5V，VT2、VT1截止，0-30電壓輸出電路無(wú)輸出;當(dāng)-5V電壓正常，無(wú)過(guò)流時(shí)，U2的U+為0-10V電壓的設(shè)定電壓，U2的U-為Vout的1/3，兩個(gè)電壓相比較，如果U-比設(shè)定的電壓小，那么U2輸出增加，Vout跟著增加，如果輸出電壓偏大，U2的U-比設(shè)定的電壓大，那么U2輸出減少，Vout跟著減少，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓控制。電位器Rw的作用是使U2調(diào)零。

2.5 導(dǎo)線通斷檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

導(dǎo)線通斷檢測(cè)電路的作用主要檢測(cè)實(shí)驗(yàn)所使用的導(dǎo)線的通斷情況并正確指示，設(shè)計(jì)的具體電路如圖5所示。圖5中A、B為導(dǎo)線接入端，導(dǎo)線測(cè)試時(shí)，將導(dǎo)線的兩端分別接入A、B，如果導(dǎo)線連通，在+5V電壓的作用下，發(fā)光二極管LED2發(fā)光、蜂鳴器B1發(fā)出聲音指示導(dǎo)線為通。如果導(dǎo)線內(nèi)部斷開，那么LED2熄滅、B1無(wú)聲音發(fā)出。

3? 結(jié)論

本設(shè)計(jì)完成的電源模塊經(jīng)過(guò)焊接調(diào)試后，能夠?qū)崿F(xiàn)+5V直流輸出，7.5V交流輸出和0-30V可調(diào)直流電壓輸出，能夠滿足不同電路對(duì)電源電壓的需要;還有測(cè)試實(shí)驗(yàn)所用導(dǎo)線通斷的功能，減少了由于導(dǎo)線問(wèn)題帶來(lái)的故障，提高了實(shí)驗(yàn)效率;還有過(guò)電流保護(hù)功能，能夠有效保護(hù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)電路板和其它設(shè)備的安全;并且使用方便，安全可靠，應(yīng)用前景廣闊。

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