直流稳压电源及漏电保护装置设计论文

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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）【327601组】2013年9月6日-18-直流稳压电源及漏电保护装置设计论文摘要：本设计采用功率场效应管IRF9540作调整管，轨道轨的运算放大器TLV2460实现反馈误差放大，使用TL431构成宽输入3.8V稳压辅助电源，给TLV2460供电，高准确度、低温漂、激光修正的带隙基准电压源MC1403提高2.5V基准电压，构成低压差线性直流稳压电源。利用STC单片机自带AD转换模块实现功率的测量和显示，以及漏电流的检测与保护控制。关键词：低压差、功率测量、漏电保护-18-目录1、系统方案……

2、…………………………………………………41.1方案比较与选择1.1.1低压差直流稳压电源选择1.1.2功率测量方式选择1.1.3漏电保护模块1.2方案描述1.3总体设计2、理论分析与计算………………………………………………62.1稳压电源分析与计算2.2漏电电源分析与计算2.3断电保护分析与计算3、电路与程序设计……………………………………………….83.1总体电路图3.2系统软件设计3.2.1程序流程图3.2.2应用程序（见附录）4、测试方案与结果结果…………………………………………104.1调试方案与仪器4.2测试数据完整性4.3测试结果分析5、设计总

3、结………………………………………………………116、参考资料………………………………………………………117、附录……………………………………………………………12-18-1、系统方案1.1方案比较与选择1.1.1低压差直流电源选择题目要求最低5.5V输入电压能够输出5V稳定电压，所以设计方案必须采用LDO稳压器，才能满足题目要求。方案一：采用PNP三极管LDO稳压器。在PNP稳压器内部使用一个PNP管来作调整管，大电流工作时，其基极驱动电流大，导通时存在一定的饱和压降，且PNP的工作稳定性相对PMOS管要低，器件性能也略差。方案二：采用PMOS管LDO稳

4、压器。在LDO稳压器中，采用PMOS管作为调整管是较为理想的选择，PMOS管内阻低，如IRF1940约为17毫欧，10A导通电流，漏极和源极之间压降小于0.2V,采用电压控制，驱动功率小。鉴于以上分析，故选择方案二。1.1.2功率测量方式选择方案一：采用专用功率测量芯片，专用功率测量芯片的优势是测量精度高，应用电路简单，但价格较贵，器件购置困难，性价比相对较低。方案二：采用单片机测量，利用具有电流检测功能的芯片INA282检测电流，经运算放大器进行放大后送入带AD转换功能的单片机STC12C5A60S2，同时测量电源电压的大小，通过编程计算后测定实时功率，

5、并能通过LCD显示稳压电源的输出功率。鉴于以上分析比较，故选择方案二。1.2总体设计通过以上方案分析，设计总体方案如下图，包含LDO线性直流稳压、功率测量、漏电保护等模块。-18-1.3方案描述1．LDO线性稳压电路：通过MC1403固定输出一个2.5V的基准电压，送到TLV2460与稳压电源输出电压进行比较，当输出电压大于5V时，TLV2460输出低电平，三极管9014导通率下降，PMOS漏极和源极之间电压上升，输出电压下降，使输出电压稳定在5V。2．功率测量：检测RS两端电压差经INA270比较,TLV2460放大，输入单片机P1.0口，进行A/D转换

6、，得到输出电流IS，同时将输出电压+5V送入单片机P1.1口，通过编程进行功率测量和计算。3．液晶显示模块：通过编程将检测到的功率显示到液晶屏LCD12864上。4．漏电保护模块：模拟漏电支路，通过检测与正常工作电流比较、放大后送入单片机，编程控制继电器驱动三极管9014导通，实现继电器的触点动作，切断负载电路，达到漏电保护的目的。故障解除之后，通过单片机复位，电路恢复正常工作。2、理论分析与计算2.1LDO稳压模块分析与计算-18-LDO稳压模块采用MC1403提供2.5V基准电压，题目要求输出5V电压，故取样电路设计简单，采用两个10K电阻串联，中间采

7、用1K电位器精确调节。反馈放大采用TLV2460，TLV2460是一个低功耗轨至轨输入/输出运算放大器，其输入共模电压范围超出最大的电源轨在低压系统的动态范围，放大器的输出轨至轨性能具有高输出驱动能力，可以较好地实现LDO调整管的驱动控制。采用TL431设计一3.8V辅助电源给反馈运算放大器供电，TL431是一个有良好热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，负载电流能力1mA-100mA，可以实现题目要求输入电压5.5V~25V宽范围的电压稳定

8、。根据计算确定选用230Ω限流电阻，由下面计算可知负载电流IR2的