1、 全國大學生電子設計競賽直流穩壓電源及漏電保護（L題）【高職高專組】 參賽學校：亳州職業技術學院 參賽學生： 指導老師： 20 年9月7日 直流穩壓電源及漏電保護裝置摘要：本系統是由直流穩壓電源、功率測量和顯示電路及漏電保護裝置構成。直流穩壓電源一般有電源變壓器、整流濾波電路機穩壓電路組成。穩壓器把不穩定的直流電壓變成穩定的直流電壓輸出，通過線性穩壓設計達到輸出低壓直流電的作用。功率測量及顯示電路由真有效值轉換電路和單片機系統組成，當安裝設備長期處于低功率電平時，會消耗較多能量。因此在設備中加入功率測試部分，可以實時監測負載的輸出變化。而選用漏電保護裝置也應考慮多方面的因素。其中，首先是正確選

2、擇漏電保護裝置的漏電動作電流。因此選用高靈敏度、快速型漏電保護裝置（動作電流不宜超過30mA），以便發生人觸電事故時，能得到其他人的幫助計時脫離電源。關鍵詞： 直流穩壓電源 功率測量 漏電保護裝置目錄1. 設計要求 31.1基本要求 31.2發揮部分 32. 方案設計與論證 2.1方案論證與比較 2.1.1直流穩壓電源 2.1.2漏電保護裝置 3. 電路設計 3.1直流穩壓電源電路設計 3.2漏電保護裝置電路設計 3.3功率測量和顯示電路設計 4. 測試方法與測試結果 4.1測試儀器4.2測試方法5. 總結6.參考文獻 7. 附錄（功率測量的仿真電路）直流穩壓電源及漏電保護（L題）【高職高專組

3、】1設計要求1.1 基本要求設計一臺額定輸出電壓為5V, 額定輸出電流為1V的直流穩壓電路。（1）.轉化開關S接1端，RL阻值固定為5。當直流輸入電壓在725V變化時，要求輸出電壓為5士0.05V,電壓調整率SU1%。（2）.連接方式不變，RL阻值固定為5。當直流輸入電壓在5.57V變化時，要求輸出電壓為5士0.05V。（3）.連接方式不變，直流輸入電壓固定在7V，當直流穩壓電源輸出電流由1A減小到0.01A時，要求負載調整率S 1%.(4).制作一個功率測量與顯示電路，實時顯示穩壓電源的輸出功率。 1.2 發揮部分設計一個動作電流為30mA的漏電保護裝置（使用基本要求部分制作的直流穩壓電源供

4、電，不得使用其他電源）。（1）.轉換開關S接2端，將RL接到漏電保護裝置的輸出端，阻值固定為20，R和電流表A組成模擬漏電支路。調節R，將漏電動作電流設定為30mA。當漏電保護裝置動作后，RL兩端電壓為0V并保持自鎖。排除漏電故障后，按下K恢復輸出。要求漏電保護裝置沒有動作時，輸出電壓4.6V.(2).要求漏電保護裝置動作電流誤差的絕對值5%。（3）.盡量減小漏電保護裝置的接入功耗。（4）.其他。2方案設計與論證2.1方案論證與比較由于本系統是由直流穩壓電源、功率測量和顯示電路及漏電保護裝置構成，而直流穩壓電源與漏電保護裝置屬于系統的重要組成部分，為此對此部分做出方案論證以便優化本系統。2.1

5、.1直流穩壓電源方案一：從濾波電路輸出后，直接進入線性穩壓電路(見圖11)。線性穩壓電路輸出值可調，為725V直流電壓輸出。這種方案的優點是：電路簡單，容易調試，但效率上難以保證。線性穩壓電路的輸入端一般為15V左右的電壓，而其輸出端只為5V，兩端壓降太大，功率損耗嚴重，使的總電路效率指標難以達到。 圖11方案二：因CW7805系列的穩壓管最大輸出電流只能達到1.5A，為適應更大輸出電流的需要，三端集成穩壓器可以借助于外接一個大功率管來擴展輸出電流。如圖12所示，輸出電壓仍由三段固定輸出穩壓器的輸出值來決定，而輸出電流則是集成穩壓器輸出電流的倍（為功率管V的電流放大倍數）。二極D用來補償管V的

6、U BE隨溫度變化對輸出電壓的影響。由于此方案最后輸出電流較大，所以不利于實驗操作。 圖12方案三：穩壓器把不穩定的直流電壓變成穩定的直流電壓輸出。他利用調節流過穩壓管自身的電流大小（端電壓基本不變）來滿足負載電流的改變，并與限流電阻配合將電流的變化轉換成電壓的變化，以適應電網電壓的波動。在電網電壓不變時，負載電流的變化范圍就是穩壓管電流的調節范圍。負載不變時，電網電壓的波動，在波動至最低時必須保證穩壓管工作在反向擊穿狀態，在波動至最高時，要保證管子的功耗不超過允許的最大管耗。最終方案選擇：方案一，電路簡單，容易調試，但效率上難以保證。方案二，三端集成穩壓器可以借助于外接一個大功率管來擴展輸出

7、電流。輸出電壓仍由三段固定輸出穩壓器的輸出值來決定，而輸出電流則是集成穩壓器輸出電流的倍（為功率管V的電流放大倍數）。二極D用來補償管V的U BE隨溫度變化對輸出電壓的影響。由于此方案最后輸出電流較大，所以不利于實驗操作。方案三，能利用流過穩壓管自身的電流來滿足負載電流的改變，并與限制電阻配合將電流的變化換成電壓的變化，以適應電網點的波動。因此選擇方案三。2.1.2漏電保護裝置方案一：漏電保護繼電器由零序互感器、脫扣器和輸出信號的輔助接點組成。它可與大電流的自動開關配合，作為低壓電網的總保護或主干路的漏電、接地或絕緣監視保護。當主回路有漏電流時，由于輔助接點和主回路開關的分離脫扣器串聯成一回路

8、，因此輔助接點接通分離脫扣器而斷開空氣開關、交流接觸器等，使其掉閘，切斷主回路。輔助接點也可以接通聲、光信號裝置，發出漏電報警信號，反映線路的絕緣狀況。方案二：過零比較器是將信號Ui與參考電壓進行比較。如圖1-3所示，電路由集成運放構成。對于高質量的集成運放而言，其開環電壓放大倍數很大，輸出偏置電流，失調電壓都很小。若按理想情況（Aod=無窮大，IBI=0，Uio=0）考慮時，則集成運放開環工作時 當Ui>0時，Uo為低電平Ui<0時，Uo為高電平集成運放輸出的高低電平值一般為最大輸出正負電壓值Uom。輸出電壓如圖1-4圖1-3圖1-4方案三： 1. 檢測元件：檢測元件可以說是一個

9、零序電流互感器。被保護的相線、中性線穿過環形鐵心，構成了互感器的一次線圈N1，纏繞在環形鐵芯上的繞組構成了互感器的二次線圈N2，如果沒有漏電發生，這時流過相線、中性線的電流向量和等于零，因此在N2上也不能產生相應的感應電動勢。如果發生了漏電，相線、中性線的電流向量和不等于零，就使#$上產生感應電動勢，這個信號就會被送到中間環節進行進一步的處理。 2. 中間環節：中間環節通常包括放大器、比較器、脫扣器，當中間環節為電子式時，中間環節還要輔助電源來提供電子電路工作所需的電源。中間環節的作用就是對來自零序互感器的漏電信號進行放大和處理，并輸出到執行機構。 3. 執行機構：該結構用于接收中間環節的指令

10、信號，實施動作，自動切斷故障處的電源。 4. 試驗裝置：由于漏電保護器是一個保護裝置，因此應定期檢查其是否完好、可靠。試驗裝置就是通過試驗按鈕和限流電阻的串聯，模擬漏電路徑，以檢查裝置能否正常動作。方案四：最終方案選擇：3.電路設計3.1直流穩壓電源電路設計1)晶體管串聯式直流穩壓電路。該電路中，輸出電壓UO經取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準電壓進行比較得到誤差電壓，該誤差電壓對調整管的工作狀態進行調整，從而使輸出電壓發生變化，該變化與由于供電電壓UI發生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓UO為恒定值(穩壓值)。因輸出電壓要求從0V起實現連續可調，因此要在基準電壓處設

11、計輔助電源，用于控制輸出電壓能夠從0V開始調節。    單純的串聯式直流穩壓電源電路很簡單，但增加輔助電源后，電路比較復雜，由于都采用分立元件，電路的可靠性難以保證。    (2)采用三端集成穩壓器電路。他采用輸出電壓可調且內部有過載保護的三端集成穩壓器，輸出電壓調整范圍較寬，設計一電壓補償電路可實現輸出電壓從0V起連續可調，因要求電路具有很強的帶負載能力，需設計一軟啟動電路以適應所帶負載的啟動性能。該電路所用器件較少，成本低且組裝方便、可靠性高。    (3)用單片機制作的可調直流穩壓電源。該電路采用可

12、控硅作為第一級調壓元件，用穩壓電源芯片LM317，LM337作為第二級調壓元件，通過AT89CS51單片機控制繼電器改變電阻網絡的阻值，從而改變調壓元件的外圍參數，并加上軟啟動電路，獲得024V，0.1V步長，驅動能力可達1A，同時可以顯示電源電壓值和輸出電流值的大小。    其硬件電路主要包括變壓器、整流濾波電路、壓差控制電路、穩壓及輸出電壓控制電路、電壓電流采樣電路、掉電前重要數據存儲電路、單片機、鍵盤顯示等幾部分。    正、負端壓差控制電路的作用是減少LM317和LM337輸入端和輸出端的壓差以降低LM317和LM337的功耗

13、。穩壓電路由三端穩壓芯片LM317(負壓用LM337)及外圍器件組成，輸出電壓控制電路采用繼電器控制的電阻網絡。電阻網絡的每個電阻都需要精密匹配，電阻的精密程度直接影響輸出電壓的精度。電壓電流采樣電路由單片機控制實時對當前電壓電流進行采樣，以修正輸出電壓值。掉電前重要數據存儲電路用以保存當前設置的電壓值，可以方便用戶在重新上電后不用設置，而且也不會因為電壓值過高損壞用戶設備。    該電源穩定性好、精度高，并且能夠輸出±24V范圍內的可調直流電壓，且其性能優于傳統的可調直流穩壓電源，但是電路比較復雜，成本較高，使用于要求較高的場合。在實際中，如果對電路的

14、要求不太高(這種情況較多)，多采用第二種設計方案。3.2漏電保護裝置電路設計電流檢測電路如圖1-5所示。通過電流互感器對測試電流進行采樣，將電流互感器的二次側輸出信號經濾波、放大、電壓提升等電路，變換為A/D模塊可以采集的單極性電壓信號(05V)后送入LPC2132。在檢測電流的大小時，根據測試電流的周期(工頻)按照每個周期40個點進行采樣，采樣一個周期后，根據電流互感器的衰減倍數和提升電壓的數值，通過軟件算法計算出實際的電流有效值。電路應滿足如下條件，當交流電流的瞬時值達到正向峰值時，放大器輸出5V;當交流電流的瞬時值達到負向峰值時放大器輸出0V。如圖1-53.3功率測量和顯示電路設計單相功

15、率測量儀電路框圖如圖1所示，由電壓量取樣電路、電流量取樣電路、電流量放大電路、模擬乘法器電路、濾波電路、整流電路、 3 1/2 A/D轉換和顯示器組成。功率是電壓和電流的乘積，可將測得的電壓和電流通過模擬乘法器獲得。乘法器的輸出信號中含有交流分量，故需經過阻容濾波器濾波，濾波后得到有功功率。電流取樣電路電流量放大模 擬 乘 法 器濾波器電壓取樣電路整流電路3 1/2 A/D顯示 圖1 單相功率測量電路框圖 CC7107 電路如圖5所示，其中圖（a）為模擬電路，圖（b）為數字電路。CC7107采用雙積分的方法實現A/D轉換，以4000個計數脈沖周期，即用4000個脈沖的時間作為A/D轉換的一個周

16、期，每個轉換周期分成自動穩零（AZ）、信號積分（INT）和反積分（DE）3個階段， 圖5 CC7107A/D轉換電路 （a） 模擬電路 （b） 數字電路（1） 信號積分（INT）階段：信號一旦進入積分階段，則斷開反饋回路，輸入端短路消失，使電路從自動穩零階段轉入到對模擬信號進行取樣積分階段，本階段的時間固定為1000個計數脈沖的時間。輸入的模擬信號Vin首先經過緩沖放大器放大，信號放大K倍后送至積分器進行積分。積分器在0-T1的時間里，即在0-1000個計數脈沖時間里從零開始積分，取樣積分結束后，積分器的輸出電壓為VINTC=1/RINTCINTkVINdt式中，Rint為積分電阻；Cint為

17、積分電容；K為緩沖放大器的電壓放大系數；Vin為模擬信號電壓；T1為積分時間，相當于計1000個計數脈沖的時間。（2） 反積分（DE）階段：雙積分A/D轉換器的反積分階段是實現對與輸入模擬信號極性相反的參考電壓Vref進行積分。在反積分開始時，參考電容上的參考電壓Vref送入緩沖放大器進行放大，放大后的參考電壓再送入積分器進行積分，這時，積分器從Vint0開始積分，積分器的輸出電壓為VDE0=VINT0+1/RINTCINTkVREFdt積分器返回到零的時間為（T2-T1）。將Vint0的積分值代入，并對第二項進行積分得0=t1/RINTCINTkVIN+(t2t1)/RINTCINTkVRE

18、F化簡后：VIN=VREFT/1000Vref是穩定的參考電壓，是一個常數，因此模擬電壓Vin與積分器在反積分時返回至零時的時間成反比。因T是用計數脈沖個數實現的。通過譯碼器，就可以接受計數器的狀態，即信號的大小用數碼表示出來，以實現模擬量的數字表示。若Vref取作1000MV，則更為直觀，這時在數值上有VIN=T4.測試方法與測試結果4.1.測試儀器萬用表4.2.測試方法將直流穩壓電源輸入端接入7至25V電壓，在直流穩壓電源輸出端用萬用表測量其輸出電壓，發現輸出電壓為5V，將直流穩壓電源接入5歐負載，用萬用表測量其輸出電壓為4.99V。5.總結本系統以高性能的DDS芯片AD9852和AT89

19、S52單片機為核心，配合門與非門邏輯電路，實現了硬件與軟件的完美結合地實現了題目提出的指標在系統設計過程中，力求硬件電路簡單充分發揮軟件編程靈活的特點來滿足系統的設計要求。當然，因時間和水平有限，系統還有很多值的改進的地方。例如才有更高更精度的元器件，軟件算法可以進一步完善等等。6. 參考文獻1 黃智偉.全國大學生電子設計競賽M.電子工業出版社，20212 高吉祥.模擬電子線路設計M. 電子工業出版社，2021 3 袁媛、張艷艷.模擬電子將技術理論與實踐一體化件教程M中國科學技術大學出版社，20214 梁源、賈靈、郝強.大學生嵌入式學習實踐M.北京航天航空大學出版社，20215 陳永真、寧武、

20、藍和慧.新編全國大學生電子設計競賽試題精解選M.電子工業出版社，20216 姚致清、李金伴、張喜玲.繼電器與機電保護裝置實用技術手冊M.化學工業出版社，2021 7 寧武、藍和慧、閆曉金.全國大學生電子設計競賽單片機應用技能M. 電子工業出版社，2021 7. 附錄（功率測量的仿真電路） Altium DXP仿真圖 小學教師培養工作總結 一年來，我校在上級部門的指導下，積極開展教師教育教學能力的提高培訓工作，有效提高了教師的各種教育教學實際能力，為我校取得良好的辦學成效起了重要的作用。回顧我們的工作，主要有下面幾點做法和體會：一、制定計劃，常抓不懈這一學年雖然新來教師不多只有湯毛毛一位老師，但

21、是我們還是很重視對她的成長。為了使她能盡快進入教師角色，更好地促進她的專業成長，我校采取了以下措施：1、以老帶新，促其成長。每一位新教師到我校后，學校都會指派一位有經驗的老教師來帶，目的是通過一對一的言傳身教，使青年教師迅速地掌握實際教學能力，適應我校教學工作的開展。2、抓骨干，促提高。骨干教師是學校教學工作的中堅力量，是學校教學工作開展的領頭人。骨干教師的質量和數量，直接關系到我校教師隊伍的整體水平，決定了學校教育的質量。抓好骨干教師的培養工作，就是抓好了全校 通過對骨干教師的聽課、評課、匯報，他們在思想上受到了一次深刻的觸動。他們說：老本不能吃，繼續往前走，不然就成了枯干的教師了。3、抓青年，促上進。青年教師是學校教學工作發展的希望，隨著一大批老教師的退休，一批又一批青年教師的充實，迅速提高青年教師的教學技能能已成了學校教學工作