基于傳感與檢測技術實驗的電源過流保護電路研究

馮 燕，陳 林，馬 蕾

(鄭州鐵路職業(yè)技術學院，河南 鄭州 450052)

傳感與檢測技術、自動檢測課程是我院工科專業(yè)重要的基礎課程，機車車輛學院、機電工程系、電子工程系、醫(yī)學技術系等多個系部均有開設，實驗室使用率極高。實驗設備損耗、電源短路等異常故障頻發(fā)，造成實驗室維修成本提高，嚴重影響實驗效果。針對這種情況，我們設計出電源過流保護系統(tǒng)，在不改變原有電源固有電路的基礎上，增加保護模塊，實驗操作時只改變了電源的外部輸出接線方式，方便、實用，減少了傳感與檢測實驗室設備成本損耗，降低設備維護量80%以上。

1 保護電路系統(tǒng)組成

此系統(tǒng)包括4 個部分:電源供電電路、基準電路、采集電路、報警電路。電路的最高輸出電流是500 mA，當電路輸出超過500 mA 時，保護電路動作，切斷輸出并報警。整個保護系統(tǒng)總電路圖如圖1 所示。

圖1 保護系統(tǒng)總圖

2 保護系統(tǒng)各部分組成及原理

2.1 系統(tǒng)電源供電電路

此部分采用LM317、LM337 兩款可調(diào)電源芯片。LM317 輸出電壓范圍是1.2～37 V，具有調(diào)壓范圍寬、穩(wěn)壓性能好、噪聲低、紋波抑制比高等優(yōu)點;LM337 的輸出電壓范圍是-1.2～-37V。這兩款芯片供電靈活，內(nèi)置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。另外，這兩款電源芯片的額定電流都在2 A左右，滿足整個系統(tǒng)的供電需求，電路如圖2 所示。

圖2 電源部分圖

2.2 系統(tǒng)基準電路

此部分采用2.5 V 基準源TL431，滿足系統(tǒng)的基準要求，另外，特有的2.5 V 基準電壓，正好與系統(tǒng)采集電路部分匹配，對于系統(tǒng)來說是個非常合適的基準源。電路如圖3 所示。

圖3 電路基準部分圖

2.3 系統(tǒng)采集電路

此采集電路采用低失調(diào)、低噪聲、高輸入阻抗、低輸出阻抗的運放芯片TL082。TL082 是集成放大器件，內(nèi)部集成了兩個運算放大器，滿足設計中系統(tǒng)采集要求的放大器和比較器功能，方便、實用。同前期NE555 芯片比較，采用TL082 不僅簡化了系統(tǒng)電路，而且使整個系統(tǒng)更靈敏、穩(wěn)定系數(shù)更高。各路采集過流信號不會相互影響，全方位保護電源，使電源不受短路的損害。

系統(tǒng)采集分為6 路，滿足實驗臺不同電壓源的過流保護功能。分別為:可調(diào)正電壓-過流信號采集電路(圖4)，可調(diào)負電壓-過流信號采集電路(圖5)，固定+15 V-過流信號采集電路(圖6)，固定-15 V-過流信號采集電路(圖7)，正、負可調(diào)電壓-過流信號采集電路(圖8)，±15 V 可調(diào)-過流信號采集電路(圖9)。

圖4 可調(diào)正電壓-過流信號采集電路

圖4 為可調(diào)正電壓-過流信號采集電路，采用低失調(diào)、低噪聲、高輸入阻抗、低輸出阻抗的運放芯片TL082，實驗信號由信號運算放大器同相輸入端輸入，經(jīng)過同相比例放大電路進行放大后輸出給由運放組成的電壓比較器。電壓比較器比較輸入信號是否大于2.5 V，若信號幅度大則比較器輸出低電平使后級三極管電路輸出大電流，熔斷保險絲，滿足設計要求:實驗臺可調(diào)正電壓源如果接反或短接就啟動過流保護功能，保證原有正電源模塊不會損壞。

圖5 可調(diào)負電壓-過流信號采集電路

圖5 為可調(diào)負電壓-過流信號采集電路，由反相比例放大電路與電壓比較器組成，滿足設計要求:實驗臺可調(diào)負電壓源如果接反或短接就啟動過流保護功能，保證原有負電源模塊不會損壞。

圖6 固定+15 V-過流信號采集電路

圖7 固定-15 V-過流信號采集電路

圖6、圖7 由TL082 放大電路與電壓比較器以及保險絲驅(qū)動電路組成，滿足設計要求:實驗臺固定+15 V、-15V 電壓源如果接反或短接就啟動過流保護功能，保證原有電源模塊不會損壞。

圖8 正、負可調(diào)電壓-過流信號采集電路

圖8 為正、負可調(diào)電壓-過流信號采集電路，在原正、負可調(diào)電壓模塊基礎上增加驅(qū)動電路與蜂鳴器，當可調(diào)電壓模塊出現(xiàn)反接與短路時射級輸出電路驅(qū)動蜂鳴器報警，并驅(qū)動系統(tǒng)中的保護繼電器，切斷信號輸出，保護電源。

圖9 為±15V 可調(diào)-過流信號采集電路，在原正、負可調(diào)電壓模塊基礎上增加驅(qū)動電路與蜂鳴器，當可調(diào)電壓模塊在實驗操作中出現(xiàn)反接與短接時射級輸出電路驅(qū)動蜂鳴器報警，并驅(qū)動系統(tǒng)中的保護繼電器，切斷信號輸出，保護電源。

圖9 ±15 V 可調(diào)-過流信號采集電路

2.4 報警電路

當采集電路采集到過流信號時，就會驅(qū)動系統(tǒng)中的保護繼電器，切斷信號輸出，保護電源，同時驅(qū)動蜂鳴器，發(fā)出報警聲音，告訴用戶電源已經(jīng)過流，然后采取相關措施，關閉電源。可調(diào)報警電路如圖10，固定報警電路如圖11 所示。

圖10 可調(diào)報警電路

圖11 固定報警電路

3 電路的安裝與測試

(1)安裝的時候要把最后輸出的地線與為電源箱內(nèi)其他電路供電的地線分離開，因為過流信號的采樣電阻是加載在地線上的，如果兩個地線連在一起，保護電路就不會起作用。

(2)安裝好后，直接對電源的輸出進行短路測試，保護電路工作與否，會很直觀地看出來。

4 電源短路保護及整個電路達到的目的

在地線上加一個0.5 Ω 的大功率電阻，輸入電壓經(jīng)過繼電器輸出。當短路或過流時，運放采集到過流信號電壓，把這個過流信號放大10 倍，與后級的2.5 V 基準比較，若大于2.5 V，則運放驅(qū)動后級的三極管導通，然后驅(qū)動繼電器，把電源的輸出斷開，并報警，從而達到保護電源的目的，使電源箱內(nèi)的電源避免因為短路的時候輸出功率過大而燒壞。

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