直流穩(wěn)壓電源及漏電保護

I 直流穩(wěn)壓電源及漏電保護直流穩(wěn)壓電源及漏電保護 應應用科技學院用科技學院 電電子信息工程子信息工程專業(yè)專業(yè) 120352010022 楊楊嚇妹嚇妹 指指導導教教師師 鄭華鄭華 【摘要摘要】利用利用 LM358 和和 pmos 管管 IRF9540 設計一種超低壓差穩(wěn)壓電源電路。電路器件選用常規(guī)器件，設計一種超低壓差穩(wěn)壓電源電路。電路器件選用常規(guī)器件， 成本低。結(jié)構(gòu)簡單。本電路主要有線性電源變換電路、顯示電路、控制電路和漏電保護控制電路四部分。成本低。結(jié)構(gòu)簡單。本電路主要有線性電源變換電路、顯示電路、控制電路和漏電保護控制電路四部分。 其中主線性變換電源電路基于其中主線性變換電源電路基于 VLDO 原理設計，調(diào)整管采用原理設計，調(diào)整管采用 pmos 管管 IRF9540。壓降可以達到。壓降可以達到 0.2V。功。功 率顯示電路采用液晶，由單片機控制。漏電保護控制電路采用單片機控制，對高低電位分別采用率顯示電路采用液晶，由單片機控制。漏電保護控制電路采用單片機控制，對高低電位分別采用 MAX4173 和運放組成電流采樣電路，由單片機控制繼電器控制電源開關。本系統(tǒng)還需要編寫程序來實現(xiàn)和運放組成電流采樣電路，由單片機控制繼電器控制電源開關。本系統(tǒng)還需要編寫程序來實現(xiàn) 系統(tǒng)，并且有軟件流程圖。系統(tǒng)，并且有軟件流程圖。 【關鍵詞關鍵詞】VLDO；單片機；降壓；單片機；降壓； 穩(wěn)壓；穩(wěn)壓；DC-DC 1 目目 錄錄 1 系統(tǒng)方案系統(tǒng)方案2 1.1 線性直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的論證與選擇線性直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的論證與選擇2 1.2 電流檢測系統(tǒng)的論證與選擇電流檢測系統(tǒng)的論證與選擇3 1.3 漏電保護系統(tǒng)的論證與選擇漏電保護系統(tǒng)的論證與選擇5 2 單元電路設計單元電路設計.7 2.1 線性直流穩(wěn)壓電源線性直流穩(wěn)壓電源7 2.2 電流檢測系統(tǒng)電流檢測系統(tǒng).8 2.3 漏電保護系統(tǒng)漏電保護系統(tǒng)9 3 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計.9 3.1 主程序流程圖主程序流程圖.11 3.2 顯示流程圖顯示流程圖.12 3.3 電壓電流檢測流程圖電壓電流檢測流程圖.12 4 測試方案與測試結(jié)果測試方案與測試結(jié)果13 4.1 測試條件與儀器測試條件與儀器13 4.2 測試方法測試方法13 4.3 測試結(jié)果及分析測試結(jié)果及分析14 5 總結(jié)總結(jié) 15 致謝致謝15 參考文獻參考文獻.15 附錄：源程序附錄：源程序17 2 1 系統(tǒng)方案系統(tǒng)方案 本系統(tǒng)主要主線性變換電源電路、顯示控制電路和漏電保護控制電路三部分，下 面分別論證這 3 個模塊的選擇。 1.1 線性直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的論證與選擇線性直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的論證與選擇 方案一：超低壓差穩(wěn)壓電路 圖 1 超低壓差穩(wěn)壓電路 本方案是采用 P 溝道場效應 MOS 管來替代 PNP 型功率三極管來作開關調(diào)整的， MOS 管內(nèi)部自身有一個保護二極管。MOS 管是屬于 PWM 型（即電壓控制型）器件， 即柵極所需要的電流較小且在導通狀態(tài)的阻抗非常小，所以在導通狀態(tài)下的壓降遠低 于晶體三極管的飽和壓降，這不僅能使輸入與輸出之間的壓降低，還能輸出更大的電 流。 方案二：低壓差穩(wěn)壓電路 圖 2 低壓差穩(wěn)壓電路 本方案采取的是 PNP 型功率三極管來實現(xiàn)調(diào)整。此方案可以大大降低輸入與輸 出之間的壓差。對于當個三極管的放大倍數(shù)并不是很大，能很好的帶起輕載，在輸入 與輸出之間的壓差取決于該管子的參數(shù)，若要使用在本系統(tǒng)當中，就必須選用低壓差 的管子。 方案三：準低壓差集成穩(wěn)壓電路 3 圖 3 準低壓差集成穩(wěn)壓電路 本方案互補三極管來實現(xiàn)，通過此互補管，能使輸出電流很大，輸出電壓不容易 被拉低等優(yōu)點。但對于這種接法在輸入與輸出之間的壓差會很大，若要使輸入與輸出 之間的壓差低，那么必須選用低壓差的管子，而此現(xiàn)象要想滿足本系統(tǒng)要求便是不容 易做到。 綜合上述三個方案，本系統(tǒng)則選擇方案一。 1.2 電流檢測系統(tǒng)的論證與選擇電流檢測系統(tǒng)的論證與選擇 方案一：低端電流檢測方法 圖 4 低端電流檢測法 4 該方案電路簡潔、體積也不大，也容易采用一個相同的增益級來實現(xiàn)，可不足的 是需要從負載至地端返回的接線，還需增加一個額外電阻，還有在一些故障中是檢測 電流檢測不到的，用本方案來設計是會使負載容易損壞，很危險的。 方案二：MAX4173 高端電流檢測方法 圖 5 MAX4173 高端電流檢測法 輸出端的電壓與檢測電流的電阻關系式為： Vo=GainRsenseIload Gain= BRGD/RGD Gain 從上式計算公式可得出，CMRR 由集成內(nèi)部的檢測電流的電路中的工藝來確定 的(典型值91dB） ，即在不不考慮受外部電阻的影響下。將這樣一個集成器件它的性能 好、穩(wěn)定、溫漂特性很好、體積又很小、方便使用及功耗又低等優(yōu)點，在市場上及受 歡迎。 方案三：傳統(tǒng)高端電流檢測方法 5 圖 6 傳統(tǒng)高端檢測法 通過運算比例放大器來做增益放大并把信號從高電位移到參考地。輸出電壓 Vo=RSIRS；且 R1、R2、R3、R4 電阻都要是相同的數(shù)值且數(shù)值不能過小，此設計方 案已在實際生活當有著廣范應用，該方案的輸入阻抗是比較小的，在電阻的匹配度要 求要很高的，才能使 CMRR 匹配。只要圖中有一個電阻產(chǎn)生 4%變化率就會導致 CMRR 降到 44dB；當電阻有 0.3%的變化率就會導致 CMRR 降到 76dB，當電阻有 0.03%的 變化率會使 CMRR 將降到 86dB。好的檢測電流需要很高的測量儀器或方法，這將會 促進了好的電流檢測集成 IC 電路的快速發(fā)展。而差的電流檢測貌似也并沒有什么相應 的進展。 綜合以上三種方案，選擇方案二。 1.3 漏電保護系統(tǒng)漏電保護系統(tǒng)的論證與選擇的論證與選擇 方案一：漏電保護系統(tǒng) 6 圖 7 漏電保護系統(tǒng) 如圖所示，本方案主要是采用可控硅來檢查漏電的，由于可控硅是電流型器件， 因此當系統(tǒng)漏電的電流在一定的范圍便能使可控硅工作，因此達到檢測漏電的效果； 并對這個檢測漏電的原理進行擴展，當可控硅開通時，即檢測到漏電，會有蜂鳴器的 報警聲，并有一個紅色的 led 等在閃爍著；此方案達到漏電報警的效果。 方案二：漏電保護系統(tǒng) 圖 8 漏電保護系統(tǒng) 如圖所示，本方案是采用單片機檢測漏電電流的大小來判斷漏電的。通過一個電 阻將漏電電流轉(zhuǎn)換成一個電壓信號送給單片機；當漏電電流足夠打時，也就是說單片 機檢測到的電壓達到設定值時，單片機動作，送出一個控制三極管的電平，使繼電器 動作，將系統(tǒng)斷電，使之達到保護系統(tǒng)。 綜合這兩個方案，方案二較為自能方便，采用程序來控制,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、穩(wěn) 定,使用方便。故采用該方案。 7 2 單元電路設計單元電路設計 2.1 線性直流穩(wěn)壓電源線性直流穩(wěn)壓電源 2.1.1 線性直流穩(wěn)壓電源原理圖 圖 9 線性直流穩(wěn)壓電源電路原理圖 2.1.2 線性直流穩(wěn)壓電源原理分析 如圖 9 所示，該系統(tǒng)電路圖由 TL431 能提供一個基準電壓為 2.5V，通過 P 溝道 場效應 MOS 管來替代 PNP 型功率三極管來作開關調(diào)整，MOS 管內(nèi)部自身有一個保護 二極管。而 C3、R4 組成一個積分電路來延時跳變間的電壓。C1、C2 起電源輸入濾波 作用，C5、C6 起穩(wěn)壓后的輸出濾波作用。MOS 管是屬于 PWM 型（電壓控制型）器 件，即柵極所需要的電流較小且在導通狀態(tài)的阻抗非常小，所以在導通狀態(tài)下的壓降 遠低于晶體三極管的飽和壓降，這不僅能使輸入與輸出之間的壓降低，還能輸出更大 的電流。 8 2.2 電流檢測系統(tǒng)電流檢測系統(tǒng) 2.2.1 顯示系統(tǒng)電路原理圖 圖 10 顯示系統(tǒng)電路原理圖 2.2.2 顯示系統(tǒng)電路原理分析 MAX4173 的工作原理，如圖 5 所示。該圖是 MAX4173 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，其中 A2 和 A1 是兩個差動運算比例放大器, 即此結(jié)構(gòu)差動運算輸入法，抗干擾能力很好， 能提高微小信號的檢測準確度;其內(nèi)部有一個三極管，還有是一個比較器;Rsence 是一 個外部電流采樣電阻（阻值精準度要高） ，這些框外部分是需要根據(jù)自個的需求來接外 部電路的。 MAX4173 芯片的工作原理如下： 假設電流是從左流向右(如圖 5 中 ILOAD 方向走向) 流過采樣電阻 Rsence 通過運 算比例放大器到三極管 Rout 內(nèi)部電阻接到地端。這樣運算比例放大器的工作，將電流 Iout 的產(chǎn)生從三極管的發(fā)射極流出來。運算比例放大器的正輸入端(+)和負輸入端(-)是 一樣的電位。運算比例放大器的負輸入端(-)電位計算公式為：Vpower=IloadRsence， 即 RGD 的電壓為：IloadRsence；通過換算，電壓與電流的比 P 由以下公式給出： P=Vout/Iload=Rsence(Rout/RGD) 根據(jù)以上得 Rsence 取值要很小。通過 Rout/RGD 的比例 P 設計為一個較匹配的值。 對于微小電流信號，輸出可以得到一個較大的輸出電壓 Vout,即可避免測量微小電流信 9 號所造成的誤差；若是電流信號較大，也不會影響系統(tǒng)測量的精度。該芯片的電路在 實際的應用當中, 各個參數(shù)都能滿足該芯片技術(shù)要求。 輸出（OUT）的兩端的電壓 Vout #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit DQ=P37;/DS18B20 與單片機連接口 sbit RS=P30; sbit RW=P31; sbit EN=P32; unsigned char code str1=“TemPeraTure: “; unsigned char code str2=“ “; uchar Data disdata5; uint Tvalue; /溫度值 uchar Tflag; /溫度正負標志 /*lcd1602 程序*/ void Delay1ms(unsigned int ms)/延時 1mm 秒 unsigned int i,j; for(i=0;i0;I-) DQ = 0; /給脈沖信號 DAT=1; DQ = 1; /給脈沖信號 if(DQ) DAT|=0X80; Delay_18B20(10); return(DAT); void DS1820wr(uchar Wdata)/*寫數(shù)據(jù)*/ unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = Wdata Delay_18B20(10); DQ = 1; Wdata=1; read_temp() /*讀溫度值并轉(zhuǎn)換*/ uchar AA,BB; DS1820rst(); DS1820wr(0XCC); /*跳過讀序列號*/ DS1820wr(0X44); /*啟動溫度值轉(zhuǎn)換*/ DS1820rst(); DS1820wr(0XCC); /*跳過讀序列號*/ DS1820wr(0XBE); /*讀取溫度值*/ AA=DS1820rd(); BB=DS1820rd(); Tvalue=b; 21 Tvalue=8; Tvalue=Tvalue|a; if(Tvalue0X0FFF) Tflag=0; else Tvalue=Tvalue+1; Tflag=1; Tvalue=Tvalue*(0.625);/溫度值擴大 10 倍，精確到 1 位小數(shù) return(Tvalue); void Ds1820disp()/顯示溫度值 uchar Flagdat; Disdata0=Tvalue/1000+0X30;/百位 Disdata1=Tvalue%1000/100+0X30;/十位 Disdata2=Tvalue%100/10+0X30;/個位 Disdata3=Tvalue%10+0X30;/小數(shù)位 if(Tflag=0) Flagdat=0X20;/正溫度不顯示符號 else Flagdat=0X2D;/負溫度顯示符號:- if(Disdata0=0X30) Disdata0=0X20;/如果百位為 0，不顯示 if(Disdata1=0X30) Disdata1=0X20;/如果百位為 0，十位為 0 也不顯示 WR_com(0XC0); WR_dat(flagdat);/顯示符號位 WR_c