具有漏电保护的直流稳压电源设计..docx

文章编号：１００９－２２６９（２０１４）０６－００２１－０６倡具有漏电保护的直流稳压电源设计吴年祥１，陈小林２（１．中国地质大学机电学院，湖北　武汉　４３００７４；２．安徽国防科技职业学院机电工程系，安徽　六安　２３７０１１）摘要：设计了一种基于ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ单片机的直流稳压电源及漏电保护系统．采用ＲＬＣ分立元器件组成的串联型稳压电路对电压变化进行自动调整，使输出直流电压稳定，高侧测量电流并联监视器ＩＮＡ１３８采集电源电流信号，利用１６位ＡＤ７７０５模数转换器将电流信号转换成数字信号，通过１２８６４液晶屏上实时显示测量出的电压、电流、功率．实验表明该漏电保护直流稳压电源输出电压为５±０．０２Ｖ，输出额定电流为１Ａ，电压调整率和负载调整率都小于１％，系统误差较小，能够满足直流稳压电源及电网漏电保护的各项性能指标要求．关键词：漏电保护；模数转换器；单片机；液晶显示器中图分类号：ＴＭ４４　　　　　　　　　　　　　　文献标志码：Ａ0　引言随着现代科学技术的迅速发展，我国经济建设和人民生活水平的不断提高，电子产品都应具有直流稳压电源．因此，设计出一款稳定的直流稳压电源及漏电保护已经成为所有电子产品设计师迫在眉睫的任务．目前，在一些行业中，电子产品失电征象非常严峻，电能耗损、浪费现象尤为严重．直流的电能浪费，一方面影响国家能源紧缺，同时企业经济效益蒙受很大损失；另一方面电池的浪费，直接对环境的污染．该直流稳压电源及漏电保护装置的研制与开发能够全面有效地抑制直流稳压电源稳定性与漏电现象，对小电子产品的稳定性进一步提块等组成，如图１所示．图1　系统原理框图1．1　串联稳压模块分立元器件串联型直流稳压电路，由基准电压电路，滤波电路，调整管，比较放大电路、采样电路等组成的近似闭环，系统使输出电压自动稳定在５［１］高，从而对电子产品的寿命以及对人安全的保护具±０．０１Ｖ范围内，输出一个电压差，为后级电源有十分重要的意义．1　系统方案设计本系统主要由串联稳压模块、电流监测模块、模数转换模块、主控器模块、漏电保护模块、显示模的漏电保护提供了一个好环境．1．2　电流监测模块采用美国ＴＩ司推出的电流监测芯片ＩＮＡｌ３８与被测电流支路的某一电阻并联，将被测电流流经电阻产生的电压降转化成电流输出，具有较强的共倡收稿日期：２０１４-０９-１９基金项目：安徽省省级质量工程特色专业；电工电子省级示范实验实训中心；安徽国防科技职业学院院级骨干教师科研项目作者简介：吴年祥（１９８４-），男，安徽安庆人，实验师，硕士．模抑制能力．1．3　模数转换模块采取２通道全差分模拟输入、１６位ＡＤ７７０５的Ａ／Ｄ转换器，使用５Ｖ电源供电，便于低频测量．利用Σ-Δ转换技术实现十六位无误代码性能，三线数字接口，可以通过串行输入接口由软件配置芯片的增益值、输入信号极性和数据更新速率，具备自行校准和系统校准功能，能够消除器件自身和系统的增益以及偏移误差，适用于开发智能系统、微控［２］制器系统．1．4　系统主控制模块以ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ单片机为核心，无需扩展相关的接口电路，实现整个电源系统的控制．此微控制器技术目前较为成熟，内部资源充足，硬件电路设计经济简单，系统设计当中尽可能的使用软件代替硬件以节约成本，提高系统的可靠性．1．5　显示模块显示模块采用ＬＣＤ１２８６４中文字符库液晶显示屏，该显示器具备低功耗、轻薄短小、可视范围大，平面直角显示分辨率高且不闪烁等优势．该液晶显示屏实现良好的人机界面，让直流稳压电源的电流、电压、功率一望而知．2　电路与程序设计2．1　串联型稳压电路设计串联稳压电路结构如图２所示．其工作原理：当Ｐ２输入电压为５～２５Ｖ时，通过两个电容进行低、高频滤波，电压跟随器使输入电压更稳压，再通过精密电压调节器ＴＬ４３１和外部电阻输出电压为２．５Ｖ的基准电压供后级ＬＭ３５８比较放大电路与此后级采样的电压信号进行电压比较，实现电压的闭环调整．其中Ｑ１与Ｑ２ＴＩＰ４２Ｃ为串联型稳压电路的调整复合管，主是是因为直流负载电流的变化，其变化量经采样，比较，放大后送到调整管的基极，使调整管的集电极与发射极也发生相应的变化，最终调整输出电压使之保持稳定．2．2　电流监测电路设计图2　串联稳压电路随着芯片集成度和布线密度的不断提高，电子产品电源产生断路、短路、漏电等故障时有发生．为了减少测量电路对被测电流的影响，该系统使用ＴＩ公司的高侧测量电流并联监视器ＩＮＡ１３８芯片［３］作为电流输出，再通过电阻转换为电压信号．电流监测电路如图３所示．　　其中，RＳ为并联电阻，IＳ为被测电流，Iｓ流过Rｓ将产生电压降Vｓ，当Vｓ施加到集成内部运算放大器正向输入电阻RＧ１上时，电路将产生一个电流进入ＮＰＮ晶体管Q１的集电极，外接电阻RＬ将输出电［４］图3　电流监