CMOSIRF4905直流稳压电源及漏电保护装置(261组)

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1、直流稳压电源及漏电保护装置摘要：本设计以International Rectifier公司的第五代P沟道增强绝缘栅型功率场效应管IRF4905为作为调整管，使用精密电阻分压采样与精密稳压源进行比较放大构成反馈电路，构建了线性直流稳压电源，满足低压差和较高压差的DC-DC变换；同时通过单片机对电流的比较和运算，以及三极管对稳压电源的启动开关，实现数控漏电保护功能。整个系统具有输出电压误差小，电压调整率低，电流误差小，微弱电流漏电保护的特点，并设计了人性化的操作界面和的功能，具备有产品的特性。关键词：DC-DC；场效应管；精密稳压源；反馈电路；漏电保护；电压调整率目 录一、系统方案论证和比较1(一

2、)方案一 ：三端稳压集成电路1（二）方案二：三极管串联稳压电路1（三）方案三：场效应管稳压电路2（四）方案比较和选择3二、系统具体设计与实现3（一）系统详细结构框图3（二）主要电路设计与分析计算4（三）软件控制8（四）创新8（五）制作工艺9三、测试方案与结果9（一）基础部分9（二）发挥部分11附录1：稳压电源和漏电保护电路12附录2：单片机最小系统13附录3：参考书目142一、系统方案论证和比较根据大学课程所学和查阅资料，不能选择开关类型的集成电源芯片，也不能利用工作在开关状态的三极管稳压电路，我们将焦点主要集中在直流稳压电路的低电压线性实现和电流的检测方法这两个关键点上，一步一步的分析和和搭

3、建电路验证，从下面的三个方案中找到了满足任务要求的方案。 (一)方案一 ：三端稳压集成电路 由于要求是输出电压达到5V，额定输出电流为1A，我们首先想到了用三端稳压集成电路7805作为稳压电源核心，该系统结构如图1所示。该方案系统结构如图1所示，采用单片机作为漏电保护控制器。图1 方案一：三端稳压集成电路该方案中，选用三端稳压集成芯片7805作为稳压电源的核心，单片机作为漏电保护的控制器，具备电路简洁的特点。7805内部的三极管（调整管）的呈现线性放大状态，属于降压型DC-DC，输出电压为5V，有的厂家能够实现1A以上的输出电流；但在实际的应用当中，一方面要求输入和输出电压相差不能太大，特别是

4、输入电压超过12V的时候，多数的7805芯片发热量过大，转换效率降低，容易击穿损坏；另外一方面7805是线性稳压器件，正常情况下有0.7V以及以上的管压压降，有的时候甚至1.2V左右，按照系统要求，在测试低端输入5.5V的直流时候，要求输出能够恒定在5V左右，那么5.5V减去7805芯片的压降，显然不能实现5V的输出。（二）方案二：三极管串联稳压电路根据理论所学，在该方案中我们考虑用用分立元件来构建串联型稳压电路，分立元件首选考虑三极管，该系统结构如图2所示。 图2 方案二：三极管分立元件该方案为三极管串联型稳压电路，调整管选用三极管，工作在线性放大状态，利用电阻分压网络对输出进行采样，然后通

5、过三极管反馈电路对调整管输出进行微调。三极管分为硅管和锗管，硅管的压降一般在0.6到0.7V之间，大功率的可以达到1V的压降，显然在5.5V的输入下，稳压输出小于5V，不能达到要求；而锗管的压降一般在0.2到0.3之间，满足压降的要求，但是锗管少见，高频特性比较差，低频特性存在方向漏电流比较大的缺点，常用于检波电路。在该方案中，电流检测方法采用电阻法，利用较高精度的电阻进行电流采样，为了减小电阻本身所带来的损耗，要求电阻有较好的温漂特性，不适合与电压较高和电流较高的场合。（三）方案三：场效应管稳压电路选择绝缘栅型场效应管作为调整管，构建稳压电路，该系统如图3所示。 图3 方案三：场效应管稳压电

6、路该方案中选用MOS管作为调整管，MOS管压降可以到较小的水平，满足低端电压5.5V转换成为5V的要求，利用高精度的采样电阻对MOS管稳压输出进行采样，然后和高精度的基准电压源通过集成的运算放大电路进行比较运算放大，进而调整MOS管的输出。选用集成的电流检测电路，对加漏电保护前后的电流进行监测，进行A/D转换，送入单片机进行比较和运算，判断是否发生漏电现象，通过控制MOS管的工作状态，实现漏电保护。 该方案由于是线性稳压，同样存在转换效率和功耗方面的问题。（四）方案比较和选择经过验证和比较，要达到低电压转换、线性稳压、准确的电流测量等方面的要求，第一和第二种方案不能满足，第三种方案能够满足要求

7、，但是同所有的线性稳压电路一样，存在着转换效率、功耗、散热方面的问题。综上所述，我们选择方案三，同时利用单片机的I/O口，设计了4*4的行列式键盘和利用了128*64的LCD提供美观的显示界面。二、系统具体设计与实现（一）系统详细结构框图经过上面的分析和论证，我们选择了方案三，下面将方案三进一步细化，将一些单元电路加在其中，得到设计方案的详细结构框图，如图4所示。图4 设计详细结构框图 在这个方案中，采用自带A/D转换的单片机对检测的电流和电压模数转换，将切换前后的电压和电流进行对比和预算，并将电压电流值在LCD上进行显示，可以通过设定漏电电流，检测漏电保护装置的控制，通过控制IRF4905的

8、通断来开启和切断稳压电源。同时，利用IRF4905的输出电流为单片机系统提供电流。 整体电路图见附件1。 单片机最小系统见附件2。（二）主要电路设计与分析计算1.稳压电源分析计算 稳压过程定性计算分析 稳压电路由MOS调整管IRF4905、R3和R4构成的分压采样反馈电路、TL431构成的基准电压源、LM318构成的误差放大器、以及Q9014构成的驱动电路等几个部分组成。 图5 稳压电路分析 R3和R4采用阻值为1K的精密电阻的构成的反馈网络，取得采样电压VF（理想情况下应该为2.5V），TL431基准电压为VR（非常接近2.5V），误差放大器反相端输入VF，同相端输入VR，将VR与VF比较并

9、将误差放大后积分，用放大积分后的信号驱动并控制Q9014的工作状态，形成负反馈通道，进而控制IRF4905的工作状态，从而达到维持输出电压VO不变的目的，为了提高稳压电路的性能，误差放大器应具有较高的增益和温度稳定性。控制过程：相关计算： MOS管功耗和散热片选择 MOS管在带负载下的功耗约为P=ViIi-VoIo，在输入为25V，电流为1A的情况下，MOS的功耗约为20W左右，所以必须选择支持20W左右的散热片，如果考虑可靠性，则必须加风扇。 采样分压电阻温飘对稳压的影响从前面的计算和分析过程可以知道，分压电阻对输出有较大的影响，所以选择温漂较小的电阻来作为分压电路。注意这里电路与实际电路有