直流稳压电源及漏电保护装置(L题).doc

1、2013年全国大学生电子设计竞赛论文【高职高专组】直流稳压电源及漏电保护装置（L题） word文档 可自由复制编辑目录目录1报告摘要2英文摘要3关键词4第一章设计任务与要求51.1设计任务51.2设计要求5第二章方案设计比较与论证62.1方案一62.2方案二62.3方案选择7第三章电路设计83.1直流稳压电路83.2TIP42C（林达顿复合）参数83.3LM2940参数93.4漏电保护装置9第四章测量方法与测试结果124.1测试仪器124.2测试方法及数据分析124.3测试结果与结论12第五章心得体会14报告摘要本系统由直流稳压电源为主，设计一台额定输出电压为5V，额定输出电流为1A的直流稳压

2、电源。使得直流输入电压在725V变化时，要求输出电压为50.05V。电压调整率连接方式不变时，RL阻值固定为5。当直流输入电压在5.57V变化时，要求输出电压为50.05V。当连接方式不变，直流输入电压固定在7V，当直流稳压电源输出电流由1A减小到0.01A。然后在直流稳压电源的基础上，再设计动作电流为30mA的漏电保护装置。使得RL接到输出端以后阻值固定为20，再调节其电阻使得漏电电流为30MA。并且当漏电保护装置动作后，RL两端电压为0V并保持自锁。排除漏电故障后，恢复输出。要求漏电保护装置没有动作时，输出电压4.6V。最后再由显示电路，实时显示稳压电源的输出功率。在硬件要求上，主要由大功

3、率三极管TIP42C进行扩流,由低压差霍尔三端稳压管LM2940进行稳压,再通过霍尔效应传感器而设计的直流稳压电源及漏电保护装置。整个系统包括稳压模块，漏电保护模块，以数据显示模块等组成。进而设计一个品质优良的直流稳压电源及漏电保护电路。并应用到具体的实例中加以验证，说明了该模型的应用设计原理及应用价值。英文摘要The system designed by dc regulated power supply is given priority to, a nominal output voltage of 5 v, rated output current is 1 a dc regulate

4、d power supply. Makes changes in 7 25 V dc input voltage, output voltage of 5 + / - 0.05 V. At constant voltage regulation mode of connection, fixed for 5 RL value. When dc input voltage of 5.5 V 7 changes, the output voltage of 5 + / - 0.05 V. When the connection is changeless, fixed in 7 v dc inpu

5、t voltage, dc regulated power supply when output current by 1 A reduce to 0.01 A. And then on the basis of dc regulated power supply, design action current leakage protection device for 30 ma. The RL received after the output resistance constant of 20 , then adjust the resistance leakage current tha

6、t makes for 30 ma. And when the earth leakage protective device, RL on both ends of the voltage of 0 v and maintain self-locking. Eliminate the leakage problems, restore output. Require no leakage protection device, the output voltage of 4.6 V or higher. Finally, the display circuit, real-time displ

7、ay the output power of the regulated power supply.On the hardware requirements, the main flow, and by power transistor TIP42C hall by low pressure difference three-terminal voltage regulator tube LM2940, again through the hall effect sensor and the design of dc regulated power supply and leakage pro

8、tection device. The whole system includes a voltage regulator module, leakage protection module, data display module, etc. To design a good quality of dc regulated power supply and electric leakage protection circuit. Verified and applied to the concrete instance, illustrates the application of the

9、model design principle and application value.关键词扩流 稳压 漏电保护 数据显示 应用价值第一章 设计任务与要求1.1 设计任务 设计并制作一台线性直流稳压电源和一个漏电保护装置，电路连接如图1所示。图中RL为负载电阻、R为漏电电流调整电阻、A为漏电流显示电流表、S为转换开关、K为漏电保护电路复位按钮。1.2 设计要求设计一台额定输出电压为5V，额定输出电流为1A的直流稳压电源。（1）转换开关S接1端，RL阻值固定为5。当直流输入电压在725V变化时，要求输出电压为50.05V，电压调整率SU1%。（2）连接方式不变，RL阻值固定为5。当直流输入电

10、压在5.57V变化时，要求输出电压为50.05V。（3）连接方式不变，直流输入电压固定在7V，当直流稳压电源输出电流由1A减小到0.01A时，要求负载调整率SL1%。（4）制作一个功率测量与显示电路，实时显示稳压电源的输出功率。1.2发挥部分设计一个动作电流为30mA的漏电保护装置（使用基本要求部分制作的直流稳压电源供电，不得使用其他电源）。（1）转换开关S接2端，将RL接到漏电保护装置的输出端，阻值固定为20，R和电流表A组成模拟漏电支路（见图1）。调节R，将漏电动作电流设定为30mA。当漏电保护装置动作后，RL两端电压为0V并保持自锁。排除漏电故障后，按下K恢复输出。要求漏电保护装置没有动

11、作时，输出电压4.6V。（2）要求漏电保护装置动作电流误差的绝对值5%。（3）尽量减小漏电保护装置的接入功耗。（4）其他。第二章 方案设计比较与论证2.1 方案一（1）直流稳压电源图2（2）显示部分图3此方案的设计方法远远达不到设计所要求的任务。即通过稳压之后各管子上的压降很大,而且输出端的电压波动幅度很大，因而不能用此方案实现题目所要求的。2.2 方案二电压经过低压差三端稳压管TIP42C进行扩流，然后经过大功率三极管LM 2940进行稳压，电容C1,C1接到LM2940的输入输出端，以避免LM2940上经过的电压太大，致使三极管被击穿。经过扩流，稳压最后使得负载两端的电压为5V。2.3 方

12、案选择选择方案二第三章 电路设计3.1 直流稳压电路图43.2 TIP42C（林达顿复合）参数图5TIP42C引脚图及外形TIP42C主要参数:TIP42C 电流增益带宽积(ft) 最小3MHZ 放大倍数 30-75晶体管类型 PNP电流 - 集电极 (Ic)（最大） 6A电压 - 集电极发射极击穿（最大） 40VIb、Ic条件下的Vce饱和度（最大） 1.5V 600mA, 6A电流 - 集电极截止（最大） 400A在某 Ic、Vce 时的最小直流电流增益 (hFE) 15 3A, 4V功率 - 最大 2W频率 - 转换 3MHz。3.3 LM2940参数LM2940-5.0低压差三端稳压芯

13、片（国产）型号：LM2940-5.0P+封装：TO-220输出电压固定的低压差三端稳压器；输出电压5V；输出电流1A；输出电流1A时，最小输入输出电压差小于0.8V；最大输入电压26V；工作温度-40+125图63.4 漏电保护装置（1）霍尔效应传感器图7（2）霍尔传感器极性及其用法图8（2）漏电保护装置工作原理图图9在此系统中的核心是两线圈的磁场的应用，其工作原理是当其工作的时候两对同铁芯圈上的磁场强度互相抵消，从而无法产生磁力、当有漏电发生时其中有一侧线圈上的电流就会比另一侧的高，当电流高于30ma时，则霍尔元件工作、使得ka2带电，则ka2的常闭断开、从而断开电流起到保护作用。3.5 数

14、据显示在该系统中，由于工作电压基本恒定，因此对功率的测量主要是测量流过负载的电流。又由于系统输出的电流大，输出电压要求波动小，因此测量电流时，采样电阻不能大。在这里，为了达到输出出电压的要求，采样电阻的阻值取0.01欧，这样当输出电流达到1A时，采样电阻的压降不超过0.01V。同时由于测量的信号过小，故采用ICL7107转换器进行采样与转换，其元件参数设置按VREF=200mV来选择，其电路如下图 所示。根据P=UI，又U=5V，故有P=5I。根据N=K*VI/VREF即可得到负载电流的大小，将VREF除以5后，即相当电流的采样值乘以5，即得到了负载的功率。图10第四章 测量方法与测试结果4.

15、1 测试仪器数字万用表 模拟电子实验箱 4.2 测试方法及数据分析三极管TIP42C测量方法:TIP42C是PNP型三极管，把三极管的金属散热面放在平面板上（也就是有字的一面朝上），三只脚对准自己的胸前，这三只脚从左到右分别是基极B、集电极C、发射极E。LM2940的测量方法LM2940是低压差三端稳压管，把LM2940三极管的金属散热面放在平面板上（也就是有字的一面朝上），三只脚对准自己的胸前，这三只脚从左到右依次分别是输入端，GND,输出端。4.3 测试结果与结论（1）电源稳压模块输入电压值（V）输出电压值(V)负载()5.54.75.174.955.184.965.194.975.125

16、4.975.1经测试在5.57v时与设计要求有所差距，但在7V以上的电压下都可以较好的完成设计要求。（2）漏电保护模块输入电压值（V）输出电压值(V)负载()状态104.720未接通（180）漏电电阻10020已接通（180）漏电电阻此装置反应灵敏、工作可靠、较好的完成设计要求。（3）功率模块输入电压值（V）负载()显示功率mv实测功率mv4.975.1503049004.92012601250该系统基本能够测试负载的功率，但由于测试的信号过小，产生的数据波动较大。第五章 心得体会这次比赛我们不仅代表了个人，还代表了学校，我们为学校争得了荣誉。这场竞赛虽然取得了一定的成绩，但同时也暴露出一些问

17、题，针对这些问题，现对本次竞赛的情况作如下总结，以便为下一届参加竞赛的学弟学妹们做个参考。1、心理素质是影响竞赛的关键因素。比赛不仅比技术，也比心理素质。技术再高的人如果欠缺一定的心理素质，将会直接影响到自身的发挥。那究竟怎样克服心理障碍这点呢？第一，拿到题目后不要紧张，俗话说万变不离其宗，不管是自己见过的还是没见过的，首先要把考题和以前遇到的类似题型相比较，然后分析它们的相同点和不同点，从而找出正确的解题思路。第二，做题时切记不能三心二意，做题时一定要专心，不要一题做一下另外一题又做一下，最后反而都没做好。第三，在平时的训练中要把每一次练习当成比赛，这样才能在平时的训练中提高自己的心理素质。

18、2、团队精神至关重要。在平时的训练中，大家都会遇到不同的问题，遇到问题时要互相讨论，相互指出各自的不足，相互交流，相互考核，团结作战，共同成长，有了这样的团结精神，才能在比赛中“厚积薄发”。3、要有速度、要细心。每个参赛选手的技能水平都不相上下，比赛比的就是操作的速度快不快，在操作的过程中细不细心。竞赛中失误大部分都是不细心所导致的。4、平时的练习要脚踏实地，既不能图快，更不能懒散。遇到问题要勤思考勤动手，把问题的原因、现象以及解决方案用纸记录下来，这样不至于以后犯同样的错误。我相信只要这样坚持下去，自己的技能必定会有所进步。本次竞赛是一次理论与实践相结合的竞赛，充分体现了对现代电气控制型人才的要求，给了我们一个自我提高和学习的好机会，为我们提供了一个展示自己的大舞台。我们非常感谢为我们指导的老师们，非常感谢学校各级领导对我们的鼓励与支持，更要感谢那些在层层选拔中落选的同学们，我们在今后的学习中将更加努力，苦练技术，用我们的辛勤劳动来回报学校，回报社会。