市電電壓雙向越限報警保護器論文

1、課程設(shè)計論文市電電壓雙向越限報警保護器二級學(xué)院醫(yī)藥信息工程學(xué)院專 業(yè)生物醫(yī)學(xué)工程（生物醫(yī)學(xué)工程電子儀器）班 級2013級學(xué)生姓名學(xué) 號指導(dǎo)教師2016年1月市電電壓雙向越限報警保護器摘要：本設(shè)計是一種實用新型的過電壓、欠電壓保護電路，屬于自動保護型電路。將電路接在外部總電源的輸入端，當(dāng)市電高于或低于設(shè)定電壓時，該保護電路自動切斷電壓輸入，并同時進行報警。起到防止用電器受損和提示用戶采取相應(yīng)的措施。設(shè)計電路主要包括連接外部電源電壓的輸入端和電器設(shè)備內(nèi)部的電路等。外部電壓輸入端連接一個自動保護控制電路的輸入端，控制電路的輸入端連接總電源供電輸出端。在正常工作時自動控制電路對其輸入端接收到的外部電源

2、電壓進行取樣檢測，在高于或低于其設(shè)定電壓值時，通過其輸入端的保護電路將內(nèi)部電源電路的輸出端電壓拉低到零伏，進而控制電源電路停止工作，達到過壓、欠壓保護的目的。此類小型集成電路屬于簡單型，包括電源穩(wěn)壓電路，過電壓檢測電路，欠電壓檢測電路，保護執(zhí)行電路，聲、光報警電路。本電路實用新型，保護電路所提出的電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，容易實現(xiàn)，有效的提高了系統(tǒng)運行的可靠性，增加投入市場的效益。目前多種小型保護電路的研發(fā)和設(shè)計已在一定程度上有了較好的發(fā)展，在投入市場后，將會給人們的生活帶來許多方便和收益。關(guān)鍵詞：報警保護器；非門集成電路；市電電壓；整流電路；穩(wěn)壓；過壓； 欠壓 目 錄第一章 緒論11.1課題研

3、究的背景11.2本課題的主要工作2第二章 對主要器件的簡介32.1 對CD4069的介紹32.2電磁繼電器的內(nèi)部構(gòu)造42.3 三極管的選用52.4 開關(guān)二極管的特性62.5 整流二極管的作用62.6 蜂鳴器的選用72.7 穩(wěn)壓管7第三章 報警保護電路的組成93.1 報警保護電路工作原理93.2 穩(wěn)壓電路的組成10第四章 報警保護電路主要調(diào)整154.1 過壓保護值的調(diào)整154.2 欠壓保護值的調(diào)整15第五章 尚存問題16第六章 設(shè)想提高17第一章 緒論1.1 課題研究的背景 1.1.1 研究背景在當(dāng)今電子科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時代，我國的電子科學(xué)技術(shù)水平已上了一個新的臺階。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活上，各種相

4、應(yīng)電子儀器的創(chuàng)新發(fā)明，技術(shù)改進已進入了成熟階段，各類型用電器在生活中占重要地位，電子產(chǎn)品的發(fā)展前景十分廣闊，各類型的保護器也應(yīng)運而生。 1.1.2 研究的對象及意義本課題研究的是保護器件在市電過壓或欠壓狀態(tài)時能自動報警、并同時自動地切斷電源，起到防止非正常電壓對用電器造成損害的作用。保護器件在發(fā)出報警信號后，用戶及時采取相應(yīng)措施，防止不必要損害的發(fā)生。在生活中，普遍存在用電相對緊張，結(jié)構(gòu)布線不合理等現(xiàn)象，各種電器的運用不當(dāng)或超壓用電時，都會對電器造成一定的損壞，常給人們帶來一定麻煩。電子設(shè)備離不開電源，電源的質(zhì)量直接影響著電子設(shè)備的工作可行性，當(dāng)安裝上該報警器后，好比給用電器配上了安全衛(wèi)士，方

5、便、省心。 1.1.3 發(fā)展前景該報警器生產(chǎn)成本較低，市場廣闊。但由于目前該產(chǎn)品的發(fā)展處于初級階段，還沒有被廣大用戶接受，相信在不久的將來，隨著人們科普意識的增強，在實際生活中會的得到更為廣泛應(yīng)用。我國由之前的生產(chǎn)簡單元器件、小型集成電路或依靠外國技術(shù)才能研發(fā)電子類產(chǎn)品的時代將要過去，我國的現(xiàn)有科技研發(fā)水平已有較大的提高，許多小型集成電路的研發(fā)并申請專利成功，將進一步促進我國研發(fā)項目在高尖端的技術(shù)上的成功。1.2 本課題的主要工作課題主要解決的是當(dāng)市電電壓高于240V或低于200V時該報警器電路自動對市電用戶進行報警，并同時切斷電源，從而保護用電器，避免由此造成損害或造成損失。第二章 對主要器

6、件的簡介2.1 對CD4069的介紹CD6049內(nèi)部是由六個反向器單元電路構(gòu)成的，其引腳排列如圖2.1所示。反向器是執(zhí)行邏輯反向功能的電路。其邏輯符號和真值表如圖2.2所示，邏輯關(guān)系的特點為：當(dāng)輸入端為高電平“1”時，輸出端為低電平“0”；當(dāng)輸入端為低電平“0”時，輸出端為高電平“1”。反向器的邏輯關(guān)系表達式為表達式中，Y未輸出端，A為輸入端。圖2.1 CD4069 引腳圖圖2.2 反向器符號及真值表如果只用了CD4069六反向器集成電路中的兩個，則其余反向器的輸入端應(yīng)接Vdd或Vss。在本設(shè)計中，用到了CD4069的六個非門電路來實現(xiàn)整個電路的連接機運轉(zhuǎn)。2.2電磁繼電器的內(nèi)部構(gòu)造電磁繼電器

7、的構(gòu)造：如圖2.3所示，A是電磁鐵，B是銜鐵，C是彈簧，D是動觸點，E是靜觸點。電磁繼電器工作電路可分為低壓控制電路和高壓工作電路組成?？刂齐娐肥怯呻姶盆FA、銜鐵B、低壓電源E1和開關(guān)組成；工作電路是由小燈泡L、電源E2和相當(dāng)于開關(guān)的靜觸點、動觸點組成。連接好工作電路，在常態(tài)時，D、E間未連通，工作電路斷開。用手指將動觸點壓下，則D、E間因動觸點與靜觸點接觸而將工作電路接通，小燈泡L發(fā)光。閉合開關(guān)S，銜鐵被電磁鐵吸下來，動觸點同時與兩個靜觸點接觸，使D、E間連通。這時彈簧被拉長，觀察到工作電路被接通，小燈泡L發(fā)光。斷開開關(guān)S，電磁鐵失去磁性，對銜鐵無吸引力。銜鐵在彈簧的拉力作用下回到原來的位置

8、，動觸點與靜觸點分開，工作電路被切斷，小燈泡L不發(fā)光。圖2.3 電磁繼電器的構(gòu)造 我所選用的是12VT-73繼電器，啟動電壓為12V，如圖2.4為T-73繼電器的引腳圖，可見：線圈引腳為3、5腳，常開觸點為2、4腳，常閉觸點為1、4腳。圖2.4 T-73繼電器的引腳圖2.3 三極管的選用三極管具有電流放大作用，主要用于電路中起放大作用。它的實質(zhì)是能以基極電流微小的變化量來控制電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。將Ic/Ib的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數(shù)，用符號“”表示。電流放大倍數(shù)對于某一三極管來說，是一個定值，但隨著三極管工作時間的增長，基極電流的變化也會有一定的改變

9、。三極管有三個工作區(qū)域：放大區(qū)，截止區(qū)和飽和區(qū)。三極管在截止區(qū)時為關(guān)，在飽和區(qū)時為開，因此三極管具有開關(guān)作用。開關(guān)三極管的工作電壓、電流由三極管的餐數(shù)決定。它與外圍電路搭配可具有開關(guān)作用，振蕩作用，振幅作用等。在本電路用我選用2N3904三極管，屬于小功率NPN型三極管，主要使用三極管的開關(guān)作用。圖2.5 2N3904管腳圖2.6 2N3904特性曲線2.4 開關(guān)二極管的特性開關(guān)二極管是利用其單向?qū)щ娞匦允蛊涑蔀橐粋€比較理想的電子開關(guān)，它除了滿足普通的二極管的性能指標(biāo)外還具有良好的高頻開關(guān)特性，被廣泛用于各種加點及控制電路中。本電路中應(yīng)用的1N4148為硅高速開關(guān)二極管。圖2.7開關(guān)二極管的應(yīng)

10、用電路圖2.5 整流二極管的作用整流二極管一種用于將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷陌雽?dǎo)體器件。通常它包含一個PN結(jié)，有陽極和陰極兩個端子。P區(qū)的載流子是空穴,N區(qū)的載流子是電子，在P區(qū)和N區(qū)間形成一定的位壘。外加使P區(qū)相對N區(qū)為正的電壓時，位壘降低，位壘兩側(cè)附近產(chǎn)生儲存載流子，能通過大電流，具有低的電壓降（典型值為0.7V）,稱為正向?qū)顟B(tài)。若加相反的電壓,使位壘增加，可承受高的反向電壓，流過很小的反向電流（稱反向漏電流），稱為反向阻斷狀態(tài)。整流二極管具有明顯的單向?qū)щ娦?。整流二極管可用半導(dǎo)體鍺或硅等材料制造。硅整流二極管的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅

11、制造(摻雜較多時容易反向擊穿）。這種器件的結(jié)面積較大，能通過較大電流（可達上千安），但工作頻率不高，一般在幾十千赫以下。整流二極管主要用于各種低頻半波整流電路，如需達到全波整流需連成整流橋使用。圖2.8 整流二極管的特性與結(jié)構(gòu)本電路中應(yīng)用整流二極管是1N4007，參數(shù)如下： 1）最高反向峰值電壓1000V； 2）平均整流電流1.0A； 3）最大峰值浪涌電流30A ； 4）最大反向漏電流5.0UA ； 5）正向壓降1.0V；2.6 蜂鳴器的選用有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的根本區(qū)別是產(chǎn)品對輸入信號的要求不一樣；有源蜂鳴器工作的理想信號是直流電，通常標(biāo)示為VDC、VDD等。因為蜂鳴器內(nèi)部有一簡單的振蕩電

12、路，能將恒定的直流電轉(zhuǎn)化成一定頻率的脈沖信號，從面實出磁場交變，帶動鉬片振動發(fā)音。但是在某些有源蜂鳴器在特定的交流信號下也可以工作，只是對交流信號的電壓和頻率要求很高，此種工作方式一般不采用。無源蜂鳴器沒有內(nèi)部驅(qū)動電路，有些公司和工廠稱為訊響器，國標(biāo)中稱為聲響器。無源蜂鳴器工作的理想信號方波。如果給預(yù)直流信號蜂鳴器是不響應(yīng)的，因為磁路恒定，鉬片不能振動發(fā)音。在本電路中選用12V有源蜂鳴器。2.7 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓二極管，英文名稱Zener diode，又叫齊納二極管。利用pn結(jié)反向擊穿狀態(tài)，其電流可在很大范圍內(nèi)變化而電壓基本不變的現(xiàn)象，制成的起穩(wěn)壓作用的二極管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都

13、具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很小的數(shù)值，在這個低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，因為這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用。穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更高的穩(wěn)定電壓。圖2.9 穩(wěn)壓管的伏安特性及符號圖2.10 穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻本電路中選用了穩(wěn)壓20V的1N4747，穩(wěn)壓12V的三端穩(wěn)壓集成L7812。第三章 報警保護電路的組成3.1 報警保護電路工作原理該電路的工作原理圖如下：圖3.1 市電電壓雙向越限報警保護器電路圖電路圖中所使用的元器件有：六非門集成電路（CD4069）及電容

14、、電阻、三極管、二極管、繼電器、穩(wěn)壓管、蜂鳴器、LED燈、負載燈泡、變阻器。3.2 穩(wěn)壓電路的組成如圖3.2所示，市電電壓從A點一路由C7降壓，D1、D2，D7，D14整流，C1、C2、C4、C5、C6濾波，D3（1N4747）先穩(wěn)壓到20V，再由7812穩(wěn)壓到12V，從B點輸出穩(wěn)定的12V直流電壓供給電路。圖3.2 穩(wěn)壓電路一如圖3.3所示，另一路市電電壓從A點輸入，由D10整流，R1降壓，C3濾波，在RV1、RV2上產(chǎn)生約9V11V的電路檢測市電電壓變化信號。圖3.3 穩(wěn)壓電路二3.3 過壓檢測保護電路如圖3.5所示，當(dāng)市電電壓正常時，各位置電平如圖，此時LED燈不亮，蜂鳴器不響，三極管在

15、截止?fàn)顟B(tài)不導(dǎo)通，繼電器工作吸合，負載電路接通正常工作。圖3.4 過壓檢測保護電路一（未過壓時）如圖3.6所示，當(dāng)市電超過240V時，各位置電平如圖，此時LED燈亮，蜂鳴器響，三極管飽和狀態(tài)導(dǎo)通，繼電器不工作，負載電路斷開。圖3.5 過壓檢測保護電路二（過壓時）3.4 欠壓檢測保護電路如圖3.6所示，當(dāng)市電電壓正常時，各位置電平如圖所示，此時LED燈不亮，蜂鳴器不響，三極管截止不導(dǎo)通，繼電器工作吸合，負載電路接通正常工作。圖3.6 欠壓檢測保護電路一（未欠壓時）如圖3.6所示，當(dāng)市電電壓低于200V時，各位置電平如圖所示，此時LED燈亮，蜂鳴器響，三極管飽和導(dǎo)通，繼電器不工作，負載電路斷開。圖3

16、.7 欠壓檢測保護電路二（欠壓時）第四章 報警保護電路主要調(diào)整4.1 過壓保護值的調(diào)整用調(diào)壓器輸出交流240V，送入電壓變壓器的初級，然后調(diào)節(jié)RV1，使過壓指示燈LED-RED點亮，蜂鳴器響，繼電器不工作即可。4.2 欠壓保護值的調(diào)整用調(diào)壓器輸出交流200V，送入電壓變壓器的初級，然后調(diào)節(jié)RV2，使過壓指示燈LED-YELLOW點亮，蜂鳴器響，繼電器不工作即可。第五章 尚存問題、過壓或欠壓時，使LED燈亮的電壓，使蜂鳴器響的電壓與使繼電器停止工作的電壓不能同步，需要將與LED燈一起串聯(lián)的電阻進行細調(diào)，已達到電路過壓和欠壓時報警和保護同步。2、外觀上還需要改進，以達到小型、輕便、容易使用。第六章 設(shè)想提高 可以通過單片機與本電路相結(jié)合，可調(diào)檢測的上限