直流稳压电源和漏电保护装置

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1、2013年全国大学生电子设计竞赛直流稳压电源及漏电保护装置（L题）【高职高专组】2013年9月6日摘要利用LM358和pmos管IRF9540设计一种超低压差稳压电源电路。电路器件选用常规器件，成本低。结构简单。本电路包括主线性变换电源电路、显示控制电路和漏电保护控制电路三部分。其中主线性变换电源电路基于VLDO原理设计，调整管采用pmos管IRF9540。压降可以达到0.2V。功率显示电路采用液晶，由单片机控制。漏电保护控制电路采用单片机控制，对高低电位分别采用MAX4173和运放组成电流采样电路，由单片机控制继电器控制电源开关。文章的最后提出系统的软件设计方案，设计了各个功能模

2、块的软件流程图。关键词：VLDO单片机电流采样电路目录1系统方案21.1线性直流稳压电源系统的论证与选择21.2电流检测系统的论证与选择31.3漏电保护系统的论证与选择52单元电路设计62.1线性直流稳压电源62.1.1线性直流稳压电源原理图62.1.2线性直流稳压电源原理分析62.2电流检测系统72.2.1显示系统电路原理图72.2.2显示系统电路原理分析72.3漏电保护系统82.3.1漏电保护系统电路原理图82.3.2漏电保护系统电路原理分析83系统软件设计83.1主程序流程图103.2显示流程图113.3电压电流检测流程图114测试方案与测试结果124.1测试条件与仪器124

3、.2测试方法124.3测试结果及分析13附录1：PCB图14附录2：源程序15191系统方案本系统主要主线性变换电源电路、显示控制电路和漏电保护控制电路三部分。，下面分别论证这3个模块的选择。1.1线性直流稳压电源系统的论证与选择方案一：低压差稳压电路图1低压差稳压电路采用PNP型功率管作调整管，并且不需要驱动管。可大大降低输入-输出压差。满载时输入-输出压差的典型值小于500mV，轻载时仅为10~50mV。但低压差线性稳压器有其不足之处，即所需的基极驱动电流及静态工作电流Id较大。满载时若PNP管的β值为15～20倍，则LDO的Id≈(5%～7%)Io。由它产生的功耗会限制稳压器

4、效率的进一步提高，这在电池供电的低功耗系统中是不容忽视的问题。方案二：准低压差集成稳压电路图2准低压差集成稳压电路它兼有普通集成稳压器驱动电流小、低压差集成稳压器输入-输出压差低的优点。但其容量可比低压差稳压电路用得小，对电容的等效串联电阻(ESR)要求较低。19方案三：超低压差稳压电路图3超低压差稳压电路采用P沟道功率场效应管MOSFET来代替PNP型功率管作为调整管，MOSFET本身还带保护二极管(VD)。P沟道MOSFET属于电压控制型器件，其栅极驱动电流板小，而通态电阻非常低，通态压降远低于双极性晶体管的饱和压降，这不仅能大大降低输入-输出压差，还能在微封装下输出更大的电流

5、。综合以上三种方案，选择方案三。1.2电流检测系统的论证与选择方案一：低端电流检测法图4低端电流检测法该电路虽然体积小、电路简单且很容易采用一个基本的同相增益级来实现。但是需要排布从地至负载的返回接线，增加了额外的电阻且有几种故障状态是低端检流电路检测不到的，这会使负载处于危险的情况。19方案二：传统高端检测法图5传统高端检测法采用差分运放做增益放大并将信号电平从高端移位到参考地。VO=IRSRS；R1=R2=R3=R4该方案已广泛应用于实际系统中，但该电路输入电阻相对较低，等于R1、输入端的输入电阻一般有较大的误差值、要求电阻的匹配度要高，以保证可接受的CMRR。任何一个电阻产生

6、1%变化就会使CMRR降低到46dB；0.1%的变化使CMRR达到66dB，0.01%的变化使CMRR达到86dB。高端电流检测需要较高的测量技巧，这促进了高端检流集成电路的发展。而低端电流检测技术似乎并没有相应的进展。方案三：MAX4173高端电流检测法19图6MAX4173高端电流检测法输出电压与检流电阻的关系式为：Vo=GainRsenseIload;Gain=BRGD/RG1Gain通过以上计算公式可看出，CMRR由内部集成检流电路的工艺决定(典型值>90dB），不再受外部电阻的影响。且器件的一致性好、极好的温漂特性、体积小、低功耗、使用方便。综合以上三种方案，选择方案三。

7、1.3漏电保护系统的论证与选择方案一：漏电保护系统图7漏电保护系统使用了直流三端可调组件LM317配以12V变压器,让电压可以在113V～1415V之间连续可调,这样就解决了以上问题,满足了实验需要。利用LM317组件有过热过流自保护功能,只需再设置短路声光报警功能,便可提示学生及时关闭电源,进而排除实验故障。利用本设计改进的稳压电源,由于采用了集成元件,使其内部结构简洁、易维修,且性能稳定、使用方便。故采用该方案。192单元电路设计2.1线性直流稳压电源2.1.1线