过压过流保护直流电源课程设计.docx
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过压过流保护直流电源课程设计
电子线路课程设计报告
学院
姓名
班级
学号
设计题目
指导老师
2011年月日
目录
一．题目…………………………………3
二．任务…………………………………3
三．要求…………………………………3
四．设计摘要及整体方框图………………3
五．单元单路设计及原理分析……………4
六．整体电路原理图………………………8
七．原件表…………………………………9
八．PCB板制作……………………………9
九．焊接与调试……………………………10
一十．体会…………………………………11
一、题目：
过流过压保护直流电源
二、任务：
设计一直流电源，重点是过流保护。
三、要求：
电源输出直流电压15-17V，额定输出电流300mA，设计保护电流300mA，即当电源输出电流超过300mA时，保护电路动作，断开电源与负载的连接。
四、设计摘要及整个方框图
设计摘要：
过压过流保护的方法主要是要这些措施：
A.熔断器保护，即通常用的保险丝，保险管，它是一种过流保护器件，将它串联在电源电路中，一旦当负载出现故障而使电源供电电流突然增大时，保险丝熔断，截断电源与负载的通路，达到保护电源和负载本身的目的。
B.自恢复保险保护，实际就是一种热敏电阻保护，它也是串接在电源电路中，是一种过流保护方法。
C.以继电器为主要器件的电子保护电路，继电器主开关接在电源主电路中，让控制电路控制继电器线圈而控制及电气主开关的通断。
D.以电源调整管为主要的电子保护电路，本项目所要介绍和实践的电路就是一个这样的保护电路，主要方法是让一个控制电路控制电源调整管的通断。
E.这种电路反应快，动作值界限确定，具有自恢复功能，是一种较理想的电源保护电路，缺点是电路相对复杂，成本高。
整个方框图：
二极管整流
电容过滤
变压器降压
保护电路
调整三极管
五、单元单路设计及原理分析
降压，整流，滤波电路
整流滤波输出电压为16V左右，降压变压器次级电压的选择，因为整流滤波输出电压的最大值等于变压器次级电压的1.414倍，所以可考虑选择变压器次级电压为12V，这样，整流滤波输出电压的最大值等于17V。
变压器的功率选择，因为电路输出额定电流300mA，所以电路输出额定功率为17V*300mA=5W，所以变压器功率为6—7W就可以了。
整流二极管的耐压要求：
高于17V。
整流二极管的平均整流电流要求：
大于300mA。
这样，整流二极管采用常用的整流二极管IN4001（耐压而100V，电流1A）就足够达到要求了。
滤波电容的耐压要求：
高于17V。
滤波电容的容量要求：
C>（3—5）T/2/R,其中T为220V交流电周期为0.02秒，R为整流滤波电路负载电阻（可这样确定最小输出电压闭上最大输出电流15V/300mA=50Ω），C>（600uF—1000uF），取C为1000uF/25V。
保护电路
上图所示为NE555定时器内部结构图，“2”“6”接一起通过电阻接电源VCC，通过电容器接地GND，电路刚接上电源时，电容C4无充电电荷，“2”“6”为低电平，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，与非门G1输出低电平，G2输出高电平，泄流管T截止，因此调整管Q1无偏置电流而截止，这时电源通过R6对电容C4充电，“2”“6”电位升高，当电位升高到（2/3）VCC时，比较器C1输出低电平，与非门G1输出高电平，泄流管T导通，调整管Q1导通。
电源向负载供电。
这就是电路其实工作过程，时间有电阻R6和电容C4决定。
大约为R6*C4。
电路在正常工作条件下（无过流），检测电阻R5上电压较小，三极管Q2截止，555维持工作状态不变，泄流管T导通，调整管Q1导通。
电源向负载供电。
如果电路输出电流过大，这个电流通过R5，在R5上产生较大的电压，使Q2导通，电容C4通过Q2快速放电，使“2”“6”电位快速下降低于（1/3）VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，与非门G1输出低电平，G2输出高电平，泄流管T截止，因此调整管Q1无偏置电流而截止，断开电源与负载的连接，起到保护电路和负载的目的。
电路保护后，输出电流为0，Q2又截止，C4再次充电，当充电使得“2”“6”电位升高到（2/3）VCC时，比较器C1输出低电平，与非门G1输出高电平，泄流管T导通，调整管Q1导通，电源向负载供电。
但只要故障没有排除，电源又立即进入保护状态。
当电路出于保护状态时，与非门G1输出低电平，非门G3输出高电平，发光二极管D1亮，表示电路处于保状态。
各元件参数的计算：
555的工作电压不能大于16V，不能直接将整流滤波后电压（最大为17V）加到555上，串联一个红色发光二极管降压，降压后最大为15.2V。
555输出高电平电压约为14V，设计D1电流为4mA，则R1=（14—1.8）/4=3.05K，取R1=3K。
R6和C4的计算，设计保护电路时间为0.5秒，则根据T=1.1R6*C4，可取C4=47uF，R6=10K。
设Q2导通电压为0.6V，则R5=0.6V/300mA=2Ω。
“7”为低电平时，Q1要饱和导通，因为当“7”为低电平时电阻R3上的电流近似为17/R3，这个电流设多大合适？
这要考虑调整管的电流放大系数β，小功率管9012的β>50，而调整管最大输出电流为300mA，因此，调整管基极电流值要大于6mA，调整管就处于饱和状态，R3=17/6=2.83K，可取R3=2K。
R2的估算：
当取R3为2K时，R3电流为8.5mA，是基极电流与R2电流之和，因此R2电流必须小于2.5mA，取R2=10K可行。
Q1主要考虑的是最大输出电流，因最输出电流为300mA，而9012的电流可达到500mA。
R4取几十欧姆都可以。
R7是在带负载开机时，且负载较重时开启电源，此时由于开机时滤波电容的充电以及负载电流的共同影响，电路可能启动不了，有了R7提供通路，电路可以启动。
S是启动按键，在带负载开机时，且负载很重视开启电源，此时由于开始时滤波电容的充电以及负载电流的共同影响，电路可能启动不了，按下按键提供通路，电路可以启动。
六、整个电路原理图
七、元件表
编号
规格
编号
规格
编号
规格
R1
470
Q1
9012
D1
4001
R2
10K
S
按键
D2
4001
R3
1.5K
C1
1000uF/25V
D3
4001
R4
100
C2
103
D4
4001
R5
20
C3
103
D5
LED
R6
10K
C4
10uF
Q2
9013
R7
1.5K
U
555
Q3
9013
R8
3
J1
3脚接口
R11
7.5K
R9
5.6
J2
2脚接口
R12
820
R10
10
J3
3脚接口
八、PCB制作
下料---内层涂覆---曝光----显影---蚀刻----蚀刻检验----A0I----打靶孔---黑化---层压---钻孔---沉铜（也叫板电）---外层涂覆--曝光--显影---图电---去摸蚀刻---中检---阻焊-字符--表面处理--外形--测试--成检--包装--入库
九、焊接与调试
仔细研究电路原理图，其重点是过流保护过程的分析与理解。
当电路工作原理问题弄清以后，计算确定电路中各电阻的阻值。
将其讨论过程以及设计计算过程写入报告中。
若将保护电流改为500mA,请重新确定R5。
仔细研究印刷电路板，在本印刷电路板上将要装配的期间有：
普通1/4W电阻器，瓷片电容器，整流二极管，发光二极管，三极管，集成块555。
输入和输出接口等等。
仔细研究印刷电路上的图形或符号，确定个位置所装配的适合种元件。
若是二极管，还是要弄清板上的对应“+”极和“—”极，若是三极管，弄清板上对应的“e”“b”“c”，对于集成块，要弄清楚个脚在印刷板上的相应位置。
仔细研究元器件，各电阻器及其阻值，精度，功率，电阻阻值可从电阻上所标的色码直接读出，或者万用表的欧姆档直接测量确定。
各瓷片电容的电容量。
各发光二极管及其“+”“—”极。
三极管上对应的“e”“b”“c”，集成块的脚编号的确认。
认真焊接。
按照印刷板上器件编号找到相应的元件，按以下顺序焊接：
电阻，IC座，瓷片电容，发光二极管。
三极管，接口。
十、体会
在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。
学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
在此感谢我们的老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。
而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
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