直流稳压电源及漏电保护装置

2013年全国大学生电子设计竞赛 直流稳压电源及漏电保护装置（L题） 【高职高专组】

2013年9月6日 I

摘 要 利用LM358和pmos管IRF9540设计一种超低压差稳压电源电路。电路器件选用常规器件，成本低。结构简单。本电路包括主线性变换电源电路、显示控制电路和漏电保护控制电路三部分。其中主线性变换电源电路基于VLDO原理设计，调整管采用pmos管IRF9540。压降可以达到0.2V。功率显示电路采用液晶，由单片机控制。漏电保护控制电路采用单片机控制，对高低电位分别采用MAX4173和运放组成电流采样电路，由单片机控制继电器控制电源开关。文章的最后提出系统的软件设计方案，设计了各个功能模块的软件流程图。 关键词：VLDO 单片机 电流采样电路 1

目 录 1系统方案 .................................................................................................................. 2 1.1 线性直流稳压电源系统的论证与选择 .......................................................................................................... 2 1.2 电流检测系统的论证与选择 .......................................................................................................................... 3 1.3 漏电保护系统的论证与选择 .......................................................................................................................... 5 2单元电路设计 ........................................................................................................... 6 2.1 线性直流稳压电源 ........................................................................................................................................ 6 2.1.1 线性直流稳压电源原理图 ....................................................................................................................... 6 2.1.2线性直流稳压电源原理分析 .................................................................................................................... 6

2.2电流检测系统................................................................................................................................................... 7 2.2.1 显示系统电路原理图 ............................................................................................................................... 7 2.2.2 显示系统电路原理分析 ........................................................................................................................... 7

2.3 漏电保护系统.................................................................................................................................................. 8 2.3.1 漏电保护系统电路原理图 ....................................................................................................................... 8 2.3.2 漏电保护系统电路原理分析 ................................................................................................................... 8

3系统软件设计 ........................................................................................................... 8 3.1主程序流程图................................................................................................................................................. 10 3.2显示流程图...................................................................................................................................................... 11 3.3电压电流检测流程图 ...................................................................................................................................... 11 4测试方案与测试结果 .............................................................................................. 12 4.1 测试条件与仪器............................................................................................................................................ 12 4.2 测试方法 ....................................................................................................................................................... 12 4.3 测试结果及分析............................................................................................................................................ 13 附录1：PCB图 ........................................................................................................ 14 附录2：源程序 ......................................................................................................... 16 2

1系统方案 本系统主要主线性变换电源电路、显示控制电路和漏电保护控制电路三部分。，下面分别论证这3个模块的选择。

1.1 线性直流稳压电源系统的论证与选择 方案一：低压差稳压电路

图 1 低压差稳压电路 采用PNP型功率管作调整管，并且不需要驱动管。可大大降低输入-输出压差。满载时输入-输出压差的典型值小于500mV，轻载时仅为10~50mV。但低压差线性稳压器有其不足之处，即所需的基极驱动电流及静态工作电流Id较大。满载时若PNP管的β值为15～20倍，则LDO的 Id≈(5%～7%)Io。由它产生的功耗会限制稳压器效率的进一步提高，这在电池供电的低功耗系统中是不容忽视的问题。 方案二：准低压差集成稳压电路

图 2 准低压差集成稳压电路 它兼有普通集成稳压器驱动电流小、低压差集成稳压器输入-输出压差低的优点。但其容量可比低压差稳压电路用得小，对电容的等效串联电阻(ESR)要求较低。 3

方案三：超低压差稳压电路 图 3 超低压差稳压电路 采用P沟道功率场效应管MOSFET来代替PNP型功率管作为调整管，MOSFET本身还带保护二极管(VD)。P沟道MOSFET属于电压控制型器件，其栅极驱动电流板小，而通态电阻非常低，通态压降远低于双极性晶体管的饱和压降，这不仅能大大降低输入-输出压差，还能在微封装下输出更大的电流。 综合以上三种方案，选择方案三。

1.2 电流检测系统的论证与选择 方案一：低端电流检测法

图 4 低端电流检测法 该电路虽然体积小、电路简单且很容易采用一个基本的同相增益级来实现。但是需要排布从地至负载的返回接线，增加了额外的电阻且有几种故障状态是低端检流电路检测不到的，这会使负载处于危险的情况。