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电路实践系列讲义

过流过压保护可调直流电压源

2013-3-25

过流过压保护可调直流电压源

电源是是对电子设备，电子电路等等提供电能的，这些电器设备，电路相对于电源来说，称之为负载，当电源本身出现故障或者是负载出现故障，若不及时排除，很有可能损坏电路。当电路出现故障时，大部分情况下会出现电源电压异常或者是电流异常，而对电源及电路而言，电流过大，电压过高更具有破坏性，因此，具有过流过压保护功能的电源是在实际使用中应用非常广泛的电源。
过流过压保护的方法主要有以下这些措施：
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，将它串接在电源电路中，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。注意：并不是电流一超过保险丝的额定电流就立即熔断，通常要超过额定电流1.5倍至2倍，保险丝才熔断。所以，这种保护方法是结构简单，成本低，电路设计方便；但缺点是：保护电流值不明确，在需要高精度保护条件下达不到要求，二是熔断后，需要更换，在一些烧保险比较频繁的情况下（如学生实验设备）就是很麻烦的一件事情。
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。当电流没有超过额定值时，作为过流保护用的热敏电阻温度正常，所呈现的电阻很小，不会影响电源电路的正常工作，一旦当电流超过它的额定电流时，作为过流保护用的热敏电阻温度徒然升高，所呈现的电阻很大，截断电源与负载的通路，达到保护电源和负载本身的目的，此后由于流过作为过流保护用的热敏电阻的电流很小，温度降低，降低到一定程度时，作为过流保护用的热敏电阻电阻值减小到正常值，电源恢复工作，若故障没有排除，将会进入下一轮保护。这种方法的优点是电路结构简单，成本低，但缺点是反应太慢，所以多数情况下也不宜使用。
晶闸管保护，在开关电源中用得较多，在开关电源中，有一个振荡器，我们可以设计让振荡器是否工作与晶闸管的状态有关，而晶闸管的状态由其电压决定，在电路正常工作条件下，让晶闸管处于截止状态，而一旦电路出现不正常状态，晶闸管导通，电路进入保护状态。有关此方面的问题，请实践者参阅有关开关电源的资料。
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继电器主开关的通断。本电子实践项目中有一个这样以继电器为主要控制器件的电路，读者可参阅电源保护电路，电路编号YJQE-B-I。
以电源调整管（大功率三极管）为主要器件的电子保护电路，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（让调整管处于开关工作状态，电路正常时饱和导通，电路不正常时截止）。这种电路反应快，动作值界线确定，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，成本相对较高。
以上是关于保护电路的一般说明，本电路的第二个重要特点是输出电压可调。现在输出电压可调电源电路一般采用三端稳压器LM317实现。具体器件说明及电路在后面说明。
本课程设计项目是设计一直流电源，重点是过流保护发及过压保护。电源输出直流电压两路，一路是固定输出电压源+5V，另一路是输出电压可调+3V＝--+12V。额定输出电流300mA，设计保护电流四档可调：338mA，268mA，105mA，35mA，即当电源输出电流超过设计保护电流时，保护电路动作，断开电源与负载的连接。
本电路由如下部分组成：变压电路，整流电路，滤波电路，过流保护电路，输出电压调节电路。
变压器降压

二极管整流
电容滤波
调整三极管
保护电路

调整三极管

7805
LM317
调节电路

+5V

+3V--+12V

各部分电路的设计
降压，整流，滤波电路
因为本电路输出电压最大为12V，即三端稳压器输入电压要求大于12+5＝15V，可以选择为16V，所以取整流滤波输出电压（即三端稳压器输入电压）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，本电路选择变压器功率为10W。
整流二极管的耐压要求：高于17V（高于变压器次级电压最高值）。
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（高于变压器次级电压最高值）。
滤波电容的容量要求：，其