开关机电路范文

开关机电路范文（精选8篇）

开关机电路 第1篇

故障分析与排除X线机有NS主接触器吸合声,说明S1开机按钮按下后直流继电器NS1工作正常,NS1的3、5和6、8两个常开接点均已闭合,NS线圈A1、A2已经得电,X线机供电电源L1、L2、L3应该开始给各用电部分供电,但没有进入工作状态。

首先检査U1、U2、U3、U4、U5等保险丝均无断电现象,在D34板上测量3、7接点220V电压正常,NS接触器线圈A1、A2两端电压正常,说明NS触点T1、T2、T3已经无法吸合,造成了主电路断路。选择同型号接触器更换,机器恢复正常工作。故障现象2按下S1开机按钮,听不到NS接触器的吸合声,X线机不能正常工作。

故障分析与排除NS接触器没有吸合声说明NS线圈A1、A2两端没有得到220V电压,NS13、5的6、8两接点仍然处于常开状态。NS,线圈通过U3整流桥应有直流10V电压供给才能工作,直流10V是D34板1、2两接点提供的。

用电压表测量D34板1、2两接点,直流10V电压正常,测量NS1线圈1、2两端直流电压0V,滤波电容C2经检查正常,可以判断是V3整流桥损坏,用万用表测量已断路,更换同型号元件该故障排除。

故障现象3 X线机开机后工作正常,关机时按下控制台面板上的关机按钮,X线机关机。但抬起手后X线机又自动进入开机状态,无法实现完全关机。

故障分析与排除按下关机按钮S2后,关机继电器NS2线圈1、2两端得电,这时NS3的3、4,6、7两个常闭触点打开,NS主接触器线圈A1、A2两端断电,X线机关机。

但如果NS线圈断电后其13、14自锁触点不能正常打开,当将手离开关机按钮后,NS线圈A1、A2两端仍然保持工作电压,X线机重新进入开机工作状态。导致无法实现完全关机。

首先关闭X线机供电总电源,用万用表电阻档检查NS主接触器自锁触电13、14两端,发现该接点已经短路。进一步检查发现,由于长时间使用,该常开触电烧蚀在一起形成常闭状态。更换同型号接触器,X线机开关机恢复正常工作状态。

摘要：X线机的开关机电路在X线机电路中起着至关重要的作用。该电路中的T1变压器初次级线圈、V3整流桥、NS主接触器，以及NS、NS2开关机继电器等元器件损坏就会出现此类故障。本文列举了几例常见故障及其检修方法。

关键词：X线机,开关机电路,主接触器

参考文献

[1]缪科．PHILIPS PRACTIX 100移动X光机堆修一例[J]．医疗设备信息，2005(9)：89．

[2]李建国，马全海．GE Silhouette HF型X线机故障检修一例[J]．医疗设备信息，2006(5)：99．

[3]杨军．高频X线机故障检修思路与实例[J]．医疗卫生装备，2005(6)：65．

电路中的开关教学设计 第2篇

作为一名老师，很有必要精心设计一份教学设计，编写教学设计有利于我们科学、合理地支配课堂时间。怎样写教学设计才更能起到其作用呢？下面是小编整理的电路中的开关教学设计，欢迎大家分享。

【教学目标】

科学概念目标

1．开关可以用来连接或断开电路，控制电路中电器元件的工作状态。

2．开关有的地方需要用导体来做，而有的地方必须用绝缘体来做。

科学探究目标

利用身边的材料设计并制作一个简单的开关，并用它来控制电路。

科学态度目标

培养动手实践能力和创新意识。

科学、技术、社会与环境目标

了解所学知识在生活中的应用。

【教学重点】

设计并制作一个简单的开关，并用它来控制电路。

【教学准备】

教师准备：

1.回形针开关

2.简单电路

学生准备：科学活动手册

【教学流程】

教学环节

教师指导与评价

学生学习活动

评价要点

一、聚焦

（5分钟）

谈话：生活中，我们能安全、方便的使用各种电器，是因为有一个重要的元件控制着电流的通和断，这个元件就是开关。

提问：电路中的开关是怎样控制电流的通和断的？

倾听、思考

将话题聚焦到：电路种的开关是怎样控制电流的通和断的二、探索

（25分钟）

1.观察小开关

这个开关的制作使用了哪些材料，这些材料有什么作用？

2.观察生活中常见的开关。

想一想，这些开关是怎样控制电路中的电流的通和断的？

3.做个回形针开关

像图中那样，用小木板、回形针和图钉做一个简易开关。

（1）把回形针伸开放在木板上，用笔在伸开的回形针两端各描一个点作为标记。

（2）先把一个图钉固定在木板的一个描点上，再用图钉把回形针大的一端固定在木板的另外一个描点上。

（3）把回形针开关连接到电路中，看看它能不能控制小灯泡的亮与不亮。

观察开关，并把这个小开关连接到电路里，观察开关是怎样控制电流的通和断的。

思考

按照操作说明制作回形针开关，通过观察和制作发现开关的特点，搜集更多的现象和证据发现开关是如何控制电流的通和断的。

三、研讨

（10 分钟）

1.回形针开关是怎样控制电流的通和断的？

2.你还能用其他的材料和方法做一个小开关吗？你是怎样制作的，你的小开关有什么特点？

根据研讨的问题进行班级讨论交流

根据探索结果，通过交流最终发先电路种电流是可以被控制的。

四、拓展

将红色、绿色玻璃纸分别包在小灯泡外面，并将它们与电池、导线、回形针开关连接起来，做成红绿灯。试着用我们制作的回形针开关控制这组红绿灯。

如果想在红灯变绿，绿灯变红灯的中间再亮起一盏黄灯，应该怎么办？

教学目标

科学知识目标：

1.知道开关可以用来接通或断开电路，控制电路中电器元件的工作状态。

2.知道开关有的地方需要用导体来做，而有的地方必须用绝缘体来做。

科学探究目标：

能利用身边的材料设计并制作一个简单的开关，并用它来控制电路。

科学态度目标：

乐于合作、勇于创新。

科学、技术、社会与环境目标：

1.感受开关为人类生活带来便利。

2.体验包括设计、制作、改进在内的技术与工程活动的过程。

教学重难点

重点：合理选择材料制作一个简易的小开关，并用它控制电路中电器的工作状态。

难点：设计并制作一个简单的开关，并用它来控制更加复杂的电路。

教学准备

为学生准备:软木块(橡皮)、图钉、回形针、小灯泡、小灯座、小开关、电池盒、电池、导线、红灯和绿灯。

教师准备:教学课件。

聚焦

1.引入：（教学提示：出示教材P36插卡式门锁图片。）门锁内的开关可以控制门的.打开和关闭，类似的装置在我们的生活中十分常见。我们能安全、方便地使用各种电器，是因为有一个重要的元件控制着电流的通和断，这个元件就是开关。

2.提问：在我们前面学习过的简易电路中，小开关是如何控制小灯泡的亮与灭的？（预设：通过控制电流的通与断。）

3.揭题：那么电路中的开关怎样控制电流的通与断？今天，我们一起来探究电路中的开关。（板书：电路中的开关）

【设计意图】利用开关控制电流的通与断是学生认识电路的重要内容，通过思考开关怎样控制电流的通与断来聚焦本课研究主题。

探索与研讨

探索一：观察小开关

1.提问：（教学提示：给每个小组分发一个小开关。）这个开关的制作使用了哪些材料？（预设：黄色的支架部分是塑料制成的，银白色的簧片和弹簧夹是金属制成的，支架和弹簧夹连接部分的螺丝钉是铜制成的，红色按键是塑料制成的。）这些材料有什么作用？[预设：塑料是绝缘体，可以阻止电流通过；金属(包括铜)是导体，可以让电流通过。]

2.布置任务：开关的制作材料中既有导体，又有绝缘体，这种结构特点使开关具备控制电流通和断的功能。接下来我们就把小开关连接到电路中，观察它是怎样控制电流的通与断的。(教学提示：给每组分发导线、电池、电池盒、小灯泡和小灯座。)

3.小结：按下开关按键，开关的两个金属触点相触，电路接通，用电器工作；松开按键，开关的两个金属触点分离，电路断开，用电器不工作。

探索二:观察生活中常见的开关

1.过渡：开关有控制电流通与断的作用，那么，不同用电器的开关都一样吗？（教学提示：出示教材P37电磁炉、电风扇和电灯的图片。）

2.提问：大家会使用这三种用电器吗？它们的开关是怎样控制电路的？（预设：用手指轻轻触摸电磁炉的开关就可以打开或关闭电磁炉；旋转电风扇上的旋钮开关就可以启动或关闭电风扇；按压电灯开关两端，就能打开或关闭电灯。）

3.讲解：不同用电器有不同类型的开关，图片中电磁炉的开关是触摸式的，电风扇的开关是旋钮式的，电灯的开关是按压式的。让我们来了解一下这些开关的工作方式。（教学提示：出示“常见的开关”资料。）

4.小结：除了生活中常见的按压式开关、触摸式开关和旋钮式开关，还有很多在特殊电路中使用的开关，如空气开关、遥控开关、声控开关、光控开关等。(教学提示：出示对应开关图片。)

探索三：做个回形针开关

1.过渡：认识了那么多种开关，接下来，我们来尝试用小木板、回形针和图钉做一个简易小开关。

2.活动：给每个小组分发1块小木板、1枚回形针和2枚图钉，指导学生按照教材P37图文步骤制作回形针开关。

【设计意图】通过观察小开关，指导学生将观察点从开关本身转移到简易电路中去。通过介绍多种开关，拓展学生对开关种类和样式的认识，激发学生观察并思考生活中更多的开关是怎样控制电路的通与断的。最后指导学生利用所提供的材料，制作一个回形针开关，并完成一个包含开关在内的简易电路的连接，这实际上是学生对电路概念和电路通与断原理的立体呈现。

研讨汇报

拓展与小结

1.过渡：学会了制作简易小开关，我们就能控制一个简易电路了。但是在生活中，我们会发现一个开关常常能控制几个电路，例如红绿灯电路。（教学提示：出示红绿灯图片。）

2.提问：大家猜测一下，红绿灯电路中的开关是怎么控制红灯和绿灯的亮与灭的呢？（预设：红绿灯电路中有两个开关，分别控制红灯和绿灯的亮与灭；红绿灯电路中只有一个开关，当开关转到一个位置时，接通红灯，转到另一个位置时，接通绿灯。）

3.布置任务：我们来尝试制作用一个开关控制红绿灯的模型电路吧！（教学提示：给每个小组分发实验材料，并出示制作步骤，指导学生分工完成制作。）

4.拓展：如果想在红灯变绿灯、绿灯变红灯的中间再亮起一盏黄灯，应该怎么办？请大家课后自行设计。完成设计的同学可以找老师领取材料进行制作。

【设计意图】通过制作学生熟悉的红绿灯模型，帮助学生应用学到的电路概念和导体、绝缘体知识，体验科技制作和工程实践的魅力，感受科学技术应用与创造对生活的帮助。

教学反思

简易视频控制开关电路技术研究 第3篇

1 工作原理

视频信号通过由R1, C1, C2构成的输入耦合匹配电路进入BG1, R2, R3, R4, R5组成的同步分离电路进行同步分离, 通过R3调整BG1的基极偏置电压使其无视频信号时微导通 (约2V) , 有视频信号BG1导通, 从而取出行同步信号。然后行同步信号通过C3, R6组成的微分耦合支路进入同步信号的倒相放大去高频干扰电路 (R7, BG2, C4, R8, C5) , 经放大后的同步信号形成同步脉冲送至由555时基电路构成的单稳鉴频电路:当外加脉冲信号经C6, R9微分电路加至555电路的2脚时, 负向同步脉冲 (<1/3VDD) 使555置位, 3脚输出暂稳脉冲 (高电平) , 其宽度td=1.1RC (R10, R11, C7组成) , 视频信号的行脉冲周期宽度64μs, 只要选td>=64μs (如64~80μs) , 那么, 当外加脉冲信号周期T=td则555的3脚输出低电平。因此, 555电路构成了可重触发的单稳态电路实现了对视频行脉冲的鉴频。555的3脚输出的高电平经R12, D1, C9, R13, C10组成的慢速充电快速放电的抗干扰积分电路后控制复合三极管BG3, BG4驱动继电器, 从而实现视频检测控制。一旦有视频信号, 继电器吸合;无视频信号, 继电器断开。

2 原理图 (见右图)

3 调试

实际应用中主要需认真调试两个电位器R3和R11, 有条件的可用示波器观看波形, 如无示波器, 那么只用万用表测工作点电压和加入、取消视频信号检测最后的通断即可。

参考文献

[1]李勋, 刘源, 李静东著.单片机实用教程[M].北京航空航天出版社.

[2]邹久明著.微控制器原理与实例[M].化学工业出版社.

[3]姚福安著.电子电路设计与实践[M].山东科学技术出版社.

Crowbar开关电路的驱动设计 第4篇

为了规范防雷产品市场,需要对市场上的防雷产品进行防雷测试。 按照GB18802.1/IEC 61643-1中的要求,测试需要I(B)级的防雷试验冲击波形。 文献[1] 和文献[2]对普通的冲击电流发生器作了详细的理论分析和仿真,但是使用普通的RLC发生电路很难实现模拟首次雷击的波形(10/350μs)。 目前的研究主要采用crowbar开关电路代替RLC发生电路。 本文研究内容为10/350μs冲击电流发生器的crowbar开关电路的驱动电路, 为满足crowbar开关电路中三个放电球的球间距达到毫米级精度的要求,必须解决步进电机启动、停止时的速度控制问题,采用AT89S51型单片机,57HS7630A4型两相混合式步进电机,通过丝杠与放电球连接, 融合电气部分设计和机械部分设计,并能显示三个放电球球隙距离。

1总体设计方案

Crowbar开关系统的总体架构如图1所示,主要包括机械部分和电气部分。 机械部分主要是系统机械安装,包括放电球与步进电机之间的传动机构设计、安置三个放电球架子的设计与制作、同轴组装;电气部分包括系统硬件和系统软件,由单片机控制三个步进电机。

Crowbar开关系统结构如图2所示。 为适应高电压环境,球1、球2、球3在空间上互成90°放置,且三个球的球心指向同一中心点。 球1和球3之间的球间隙称为crowbar开关的主球隙, 当主球隙到达一定距离,球1与球3击穿从而导通,再控制球2到中心点的距离,使球2与主球隙击穿导通,整个冲击放电回路工作。 因此,要求三个放电球按设定位置安放并能在各自轴上来回运动。 其运动的实现:由单片机发指令给步进电机驱动器,步进电机驱动器再将脉冲信号发给各自的步进电机。 在单片机外围加设显示电路及按键电路,显示三个放电球球隙间距及控制电机的正反转、启停。

2系统的电路设计

根据同时控制三个步进电机及LED显示的要求,选用AT89S51型单片机。 为了能实现低转速下高精度控制放电球运动距离,选用57HS7630A4型两相混合式步进电机。 该电机的额定电压为24~50V,技术参数见表1。 配套选用MB450A细分型两相混合式步进电机驱动器, 该驱动器采用直流18~50V供电, 可以驱动电压24~50V、 电流小于4.2A、 外径42~ 86mm的两相混合式步进电机。 该驱动器采用交流伺服驱动器的电流环进行脉冲细分控制, 电机的转矩波动小,低速运行平稳,几乎没有噪声和振动;高速运行时力矩大大高于其它的两相电机驱动器, 定位精度高。 根据步进电机控制需要,端口分配为:驱动电机1的脉冲发出端口P1.1、方向信号端口P1.2、驱动器的使能信号端口P1.3; 电机2的脉冲发出端口P1.4、 方向信号端口P1.5、 驱动器的使能信号端口P1.6; 电机3的脉冲发出端口P1.7、 方向信号端口P2.0、驱动器的使能信号端口P2.1。 驱动器连接图如图3所示。

3控制系统的机械设计

为满足该系统实现的功能与精度要求,设计一套传动机构,用于连接放电球和步进电机,实现步进电机控制放电球直线移动。

3.1系统的支撑器件

系统的支撑部分主要包括crowbar开关系统架子、放电球及联轴器三部分。 crowbar开关系统架子用于固定放电球及其驱动、传动机构,使球在预定方向上移动。

两个放电球之间的距离称为放电球隙,不同的电压等级对应不同的击穿球隙。 设计中,放电铜球由铁球代替,空心,直径为62.5 mm。 球1和球3的行程(放电球相对中心点的位移)为0~100 mm,为保证三球不碰撞,球2的行程为22~100 mm。

联轴器是机械传动中用来连接不同机构中的两根轴, 以及使之以相同的速度共同旋转的机械零件,被用来传递扭矩。 联轴器由两部分组成,两边各有一个通孔分别用来与主动轴和从动轴连接。 选用梅花弹性联轴器, 连接步进电机轴和丝杠,可有效补偿两轴相对偏移,减震、耐磨、缓冲。 电机轴径8mm, 丝杠直径8mm, 故选用8×8mm联轴器。

3.2系统的传动机构

设计T型固定杆,用于固定套筒和放电球的运动方向,实现套筒直线运动,套筒与固定杆的接触处采用塑料材质的绝缘材料,减少摩擦。 丝杆的另一端用梅花弹性联轴器与步进电机的轴紧固连接。 为方便将电机安装到系统架子上,使用57电机固定支架。 T型固定杆的一端用螺杆与步进电机固定支架固定在一起,实现电机转动带动丝杆转动,保证放电球在与丝杠同轴的直线上来回运动。 为使丝杠与套筒不碰撞、 不脱离,设计放电球的运动距离为0~100 mm。

4控制系统的电气设计

4.1步进电机的速度控制

步进电机速度控制是实现放电球球隙间距达到1 mm精度要求的重要环节。 电机每收到一个步进脉冲会转过一个步距角,单位时间内使单片机输出对应数量的脉冲即可设定电机的转速。 选用的电机步距角为1.8°,驱动器设定为50细分驱动,故电机每转一圈需要360/1.8×50=10000个脉冲。 设计中, 步进电机的转速在程序中以数组的形式给出, 只需要通过键盘按钮来选择即可。 按键输入电机流程如图4所示。

4.2步进电机的位置控制

位置控制包括两个参数:

(1 ) 绝对位置, 即需要被控制的执行部件现在所处的的位置。 绝对位置设有极限范围,执行部件一旦运动到极限位置就应自动使电机停止运行并报警。

( 2 ) 相对位置, 即执行部件从开始的位置移动到目标位置所需移动的距离。 在程序中可以将这个距离值自动折算成步进电机需要转动的步数。

设计中,对步进电机位置控制的过程为:根据所要移动的距离先设定一个步数值, 电机每转动一步,步数减一,当执行部件到达目标位置时, 步数正好减为零; 再用步数是否减为零判断是否需要停止转动。

5试验结果

通过对系统机械安装与软件调试后,单片机可以集中控制三个放电球的直线运动。

在开始计算并显示球隙距离值时, 需要先将三个放电球调整到起始位置, 即距离中心点最小位置, 如图5所示。 累计满10000个脉冲, 绝对位置数加1 (或减1),绝对位置的范围为0~100,到达极限位置时电机停止转动,三个放电球距中心点50mm的位置。

6结语

该Crowbar开关电路驱动电路系统的应用, 有效地利用了资源,减小了回路电阻的损耗,大幅提高了电容器的利用率;对电机的有效控制及球间隙的距离显示,满足了Crowbar控制电路的要求。

参考文献

[1]孙伟,陈文针.冲击电流发生器的理论分析[J].高压电器,1999,35(4):40-42

[2]陈景亮,姚学玲,袁海珍.冲击电流发生器回路参数的仿真计算[J].电瓷避雷器,2003(4):40-44

[3]Prof.Himanshu K.P at el,Deep Shah.esign and Develop-ment of High Voltage Scheme fo r a Crowbar in RF Heating[A].Proceedings of the 2009 IEEE International Conference on Systems[C].San Antonio,2009

[4]蔡振新.中国(上海)低压SPD测试中心建成[J].中国雷电与防护,2004,2(3):1-6

[5]袁海燕,吴剑强,等.一种改进的避雷器冲击电流试验回路参数设计的方法[J].电工技术学报,2011,11(26):210-216

[6]J.Sundara Moorthy,P.Mohan Rao,Raghu Ramudu,et al.Radar Transmitter-HV Engineering,Crowbar Design and Environmental Qualification—A Case Study[J].IEEE,2011

[7]任晓明,孙伟,蔡振兴,等.10/350μs冲击电流波测试方法研究[J].高电压技术,2008,1(34):57-59

[8]张占立,康春花,等.基于单片机的步进电机控制系统[J].电机控制与应用,2011,38(3)

开关门自动照明模拟电路 第5篇

关键词：自动照明,霍尔传感器,单稳态触发器,D触发器

通常室内照明灯都用开关按钮控制灯的亮灭,文中介绍了一种自控照明灯电路,其无需人为操作,省电方便,适合家庭使用。实现了当有人推门而入后,室内照明灯自动亮起;而当有人推门而出时,照明灯自动熄灭的控制功能。

1 单元电路分析

该开关门自动照明模拟电路主要由直流稳压电源、CS3020霍尔传感器、NE555单稳态触发器和CC4013双D触发器4部分,电路图如图2所示。

直流稳压电源是由交流电源、整流桥2W10、稳压元件LM7850、电容C1、C2、C3、C4构成的桥式整流电容滤波稳压电路提供。该电路需要5 V的直流稳压电源,故用50 Hz的交流电流经过整流、滤波和稳压后获得。整流电路将交流电压转换成直流电压;滤波电路滤除整流后单向脉冲电压中的交流成分,使之成为平滑的直流电压;稳压电路是当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时,维持输出直流电压的稳定,该电路中采用集成稳压器以达到稳压的目的,有些开关门模拟电路中也可以用稳压二极管代替。

开关型霍尔集成传感器提供开关式的数字信号,是由霍尔传感器CS3020配合小磁钢来使用,这部分单元电路还包含电阻R1、R2和发光二极管LED1,而霍尔传感器中的核心霍尔元件是利用霍尔效应制作而成。开关型霍尔集成传感器是把霍尔元件的输出经过处理后输出一个高电平或低电平的数字信号,其中霍尔传感器和小磁钢配对使用的目的是,需要用小磁钢来提供磁场。如果电路中没有信号产生,可以改变小磁钢的方向再试一次,因为霍尔传感器对小磁钢的极性有一定要求。没有磁钢提供磁场时传感器输出高电平,而有磁钢时则输出低电平。

单稳态触发器由NE555定时器构成,这部分单元电路还包含元件电阻R4、电容C5、C6。其中单稳态触发器的工作特点是:在没有受到外界触发脉冲作用的情况下,单稳态触发器保持在稳态;在受到外界触发脉冲作用的情况下,单稳态触发器翻转,进入“暂稳态”。假设稳态为0,则暂稳态为1;经过一段时间,单稳态触发器从暂稳态返回稳态。单稳态触发器在暂稳态停留的时间仅取决于电路本身的参数。

双D触发器CC4013与电阻R5、R6、发光二极管LED2、LED3构成最后一部分单元电路。双D触发器工作特点是:CP上升沿触发,信号发生翻转,抗干扰能力极强。

2 开关门自动照明电路的工作现象

通电后,LED1点亮,LED2先亮后灭,而LED3是灭的。当小磁钢靠近时,LED1灭,LED2和LED3亮;若移走小磁钢,LED1亮,LED2灭,LED3保持亮;小磁钢再次靠近时,LED1灭,LED2亮而LED3灭;若再次移走小磁钢,LED1亮,LED2灭,LED3灭,恢复到通电初始的状态;这和开关门自动照明灯的实际需求一致。其中LED3相当于室内的照明灯,而小磁钢的作用相当门。当推开门人进入后,门的状态是先被打开后自动关上,相当于小磁钢的靠近和离开,在这个过程中室内照明灯要求是点亮的,故LED3点亮;当再次打开门出去后,门的状态仍然是打开后自动关上,又相当于小磁钢的第二次靠近和离开,在这个过程中室内照明灯要求是自动灭的,故LED3灭。

3 开关门自动照明电路的工作原理

通电后小磁钢未靠近霍尔传感器时,由于没有信号,传感器输出为高电平,故发光二极管导通,LED1亮,而高电平信号输入到NE555的低电平输入端2脚时,无触发信号,故发光二极管LED2由于不导通是灭的,所以D触发器CC4013也没有信号触发,发光二极管LED3灭;当小磁钢靠近霍尔传感器时,受到磁场强度变化的影响,传感器输出为低电平,发光二极管LED1截止,灯灭,该低电平信号输入到NE555的2脚时,输入脚低电平触发,输出为高电平,发光二极管LED2导通发亮,故3脚输出为高电平,D触发器CC4013的11脚上升沿触发,此时输出信号翻转,输出为高电平,发光二极管LED3导通发亮;当小磁钢离开霍尔传感器后,磁场强度减小时传感器输出为高电平,故发光二极管再次导通,LED1亮,而高电平信号输入到NE555的低电平输入端2脚,无触发信号,发光二极管LED2由于不导通由亮变暗,灯灭,但D触发器CC4013只有上升沿触发,故输出信号无改变,发光二极管LED3仍保持导通发亮状态不变;当小磁钢再次靠近霍尔传感器时,磁场强度再次加强时传感器输出为低电平,发光二极管LED1截止,灯灭,当低电平信号输入到NE555的2脚时,输入脚低电平触发,输出为高电平,发光二极管LED2导通发亮,故3脚输出为高电平,D触发器CC4013的11脚上升沿触发,故输出信号翻转,输出从高电平翻转为低电平,发光二极管LED3截止,灯灭;而小磁钢再次离开霍尔传感器后,无信号时传感器输出为高电平,故发光二极管再次导通,LED1亮,而高电平信号输入到NE555的低电平输入端2脚,无触发信号,故发光二极管LED2不导通由亮变暗,灯灭,但D触发器CC4013需要在上升沿触发,输出信号无改变,发光二极管LED3仍然保持导通灭灯状态不变。

4 结束语

开关门自动照明灯现在广泛使用在各类建筑中和家庭中,为验证此电路的可行性,该模拟电路是在直流+5 V电源触发下运作的,负载是普通的发光二极管,实验证明该电路可以正常运行,而日常生活中多使用220 V交流电源的用电器,可以在该电路的基础上做出相应调整,即可去掉发光二极管LED3,加上双向晶闸管和灯泡。双向晶闸管在电路中作为开关元件使用,除此之外双向晶闸管可以用小信号控制大电流,这样就可以在双向晶闸管的输出端接高电压大功率的元器件,最终实现当磁钢靠近时220 V的白炽灯亮,远离时保持亮的这种状态,当磁钢再次靠近时220 V的白炽灯灭,远离时保持此状态,从而实现开关门自动照明电路控制。

参考文献

[1]康华光.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]胡宴如.模拟电子技术[M].北京:高等教育出版社,2008.

[3]马西秦.自动检测技术[M].北京:机械工业出版社,2008.

浅谈开关电源的电路保护 第6篇

1 开关电源

开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广阔的发展空间。

评价开关电源的质量指标应该是安全性、可靠性为第一。在电气技术指标满足正常使用要求的条件下,为使电源在在恶劣的环境及突发故障情况下安全可靠的工作,必须设计多种保护电路,比如防浪涌的软启动,放过电压、欠压、过热、过流、短路、等保护电路。同时,在同一开关电源电路中,设计多种保护电路的相互关联和应注意的问题也要引起足够重视。

2 电路保护

2.1 过电流保护

当出现负载短路、过载或者控制电路失效等意外情况时,会引起流过稳压器中开关三极管的电流过大,使管子功耗增大,发热,若没有过流保护装置,大功率开关三极管就有可能损坏。故而在开关稳压器中过电流保护是常用的。最经济简便的方法是用保险丝。由于晶体管的热容量小,普通保险丝一般不能起到保护作用,常用的是快速熔断保险丝。这种方法具有保护容易的优点,但是,需要根据具体开关三极管的安全工作区要求来选择保险丝的规格。这种过流保护措施的缺点是带来经常更换保险丝的不便。

在线性稳压器中常用的限流保护和电流截止保护在开关稳压器中均能应用。但是,根据开关稳压器的特点,这种保护电路的输出不能直接控制开关三极管,而必须使过电流保护的输出转换为脉冲指令,去控制调制器以保护开关三极管。为了实现过电流保护一般均需要用取样电阻串联在电路中,这会影响电源的效率,因此多用于小功率开关稳压器的场合。而在大功率的开关稳压电源中,考虑到功耗,应尽量避免取样电阻的接入。因此,通常将过电流保护转换为过、欠电压保护。

2.2 过压、欠压及过热保护电路

进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害,主要表现在器件因承受的电压及电流能力超出正常使用的范围而损坏,同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。因此对输入电源的上限和下限要有所限制,为此采用过压、欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。

温度是影响电源设备可靠性的最重要因素。根据有关资料分析,电子元器件温度每升高2℃,可靠性下降10%,温升50℃时的工作寿命只有温升25℃时的1/6,为了避免功率器件过热造成损坏,在开关电源中需设置过热保护电路。

图1是仅用一个4比较器LM339及几个分立元器件构成的过压、欠压、过热保护电路。取样电压可以直接从辅助控制电源整流滤波后取得,它反映输入电源电压的变化,比较器共用一个基准电压,N1.1为欠压比较器,N1.2为过压比较器,调整R1可以调节过、欠压的动作阈值。N1.3为过热比较器,RT为负温度系数的热敏电阻,它与R7构成分压器,紧贴于功率开关器件IGBT的表面,温度升高时,RT阻值下降,适当选取R7的阻值,使N1.3在设定的温度阈值动作。N1.4用于外部故障应急关机,当其正向端输入低电平时,比较器输出低电平封锁PWM驱动信号。由于4个比较器的输出端是并联的,无论是过压、欠压、过热任何一种故障发生,比较器输出低电平,封锁驱动信号使电源停止工作,实现保护。如将电路稍加变动,亦可使比较器输出高电平封锁驱动信号。

2.3 软启动电路保护

开关稳压电源的电路比较复杂,基本上可以分为小功率的控制部分和大功率的开关部分。开关晶体管则属大功率,为保护开关晶体管在开启或关断电源时的安全,必须先让调制器、放大器等小功率的控制电路工作。为此,要保证正确的开机程序。开关稳压器的输入端一般接有小电感、大电容的输入滤波器。在开机瞬间,滤波电容器会流过很大的浪涌电流,这个浪涌电流可以为正常输入电流的数倍。这样大的浪涌电流会使普通电源开关的触点或继电器的触点熔化,并使输入保险丝熔断。另外,浪涌电流也会损害电容器,使之寿命缩短,过早损坏。几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路,以保证电源正常而可靠运行。防浪涌软启动电路通常有晶闸管保护法和继电器保护法两大类。

2.3.1 晶闸管保护法

图2是采用晶闸管V和限流电阻R1组成的防浪涌电流电路。在电源接通瞬间,输入电压经整流桥(D1~D4)和限流电阻R1对电容器C充电,限制浪涌电流。当电容器C充电到约80%额定电压时,逆变器正常工作。经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号,使晶闸管导通并短路限流电阻R1,开关电源处于正常运行状态。

2.3.2 继电器保护法

图3是采用继电器K和限流电阻R1构成的防浪涌电流电路。电源接通瞬间,输入电压经桥式整流(D1~D4)和限流电阻R1对滤波电容器C1充电,防止接通瞬间的浪涌电流,同时辅助电源(7812)Vcc经电阻R2对并接于继电器K线包的电容器C2充电,当C2上的电压达到继电器K的动作电压时,K动作,其触点K1.1闭合而旁路限流电阻R1,电源进入正常运行状态。限流的延迟时间取决于时间常数(R2C2),通常选取为0.3~0.5s。为了提高延迟时间的准确性及防止继电器动作抖动振荡,延迟电路可采用图4所示电路替代R2C2延迟电路。开关电源的保护方案和电路结构具有多样性,应选择合理的保护方案和电路结构,以使得在故障条件下真正有效地实现保护。

摘要：开关电源的问世,使其逐步取代了线性稳压电源和SCR相控电源。由于开关电源中控制电路比较复杂,晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差,在使用过程中给用户带来很大不便。为了保护开关电源自身和负载的安全,根据开关电源的原理和特点,设计相应的保护电路如:过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。

关键词：开关电源,保护电路,过流,过热

参考文献

[1]朱正涌.半导体集成电路[M].北京:清华大学出版社,2001.

[2]刘光祜,饶妮妮.模拟电子基础[M].北京:电子科技大学出版社,2003.

开关电源保护电路实用设计方案 第7篇

随着科学技术的发展, 电力电子设备与们的工作、生活的关系日益密切, 而电子设备都离不开可靠的电源, 因此开关电源开始发挥着越来越重要的作用。同时随着许多高新技术的发展, 开关电源技术在不断地创新。开关电源的设计要以安全性、可靠性为首要原则, 在各种指标满足正常使用要求的条件下, 为使电源在突发故障情况下安全可靠地工作, 需要加入各种保护电路, 保护开关电源本身不致因过、欠压而损坏, 保护电路是否可靠, 与开关电源的安全运行至关重要。

2、单结晶体管和晶闸管过、欠压保护

单结晶体管和晶闸管过、欠压保护电路是在开关电源的输入端并联一晶闸管, 当开关电源的电压某种原因产生过、欠压时, 通过检测放大电路对晶闸管提供信号, 使得晶闸管导通而使断路器跳闸, 达到保护的目的。此保护电路适用于小功率场合的电源, 而且当输入电压欠压时, 由于电容C上的电压不能突变, 其上仍有欠压时的充电电压, 还会保持导通, 且含有体积大, 响应时间长, 价格贵的大功率继电器或断路器。

3、基于LM339比较器的过压、欠压和过热综合保护

除了电子元器件自身特性之外, 温度也是影响开关电源可靠性的重要因素之一。电源设备可靠性设计技术统计资料表明, 电子元器件温度每升高2℃, 可靠性下降10%;温升50℃时的寿命只有温升25℃时的1/6。为了避免开关电源的元器件因过热造成损坏, 在开关电源中设置过热保护电路也是必要的。

图1电路是利用一个四比较器LM339与几个分立电子元器件构成的过压、欠压、过热保护电路。

工作原理:输入电压可以由交流电源整流滤波后取得, 它表明的是输入开关电源电压的变化。调整Rp2可以调节过压、欠压动作的电压阈值。N1欠为压比较器, 当输入电平 (VcVb) 时, 比较器输出的也是低电平, 因而驱动信号也被封锁。当对比的信号电压Vc位于门限电压之间 (Va

窗口电压:

此电压是用来判断输入信号电压是否位于设定的动作电压阈值之间。器件R5, C、D组成延时电路, 防止在通电瞬间, 冲击电压过高, 开关电源还未工作, 而造成而过压误保护, 致使开关电源无法启动。N3为过热比较器, N3的反相输入加一个固定的参考电压, 它的阻值取决于R3。同相端的电压就等于Rt的电压降 (Rt为负温度系数的热敏电阻) , Rt与R7串联构成分压器, 适当选取R7的阻值, 使N3在可靠的温度阈值动作。当温度高于温度阈值时, Rt阻值下降, N3的“+”端电压小于“-”端电压, N3反转, 输出为低电平。比较器输出低电平封锁驱动信号;N4用于外部故障应急关机, 当其正向端输入低电平时, 比较器输出低电平封锁驱动信号。由于四个比较器的输出端是并联的, 无论是过压、欠压还是过热任何一种故障发生, 比较器输出低电平, 封锁信号输出, 使电源停止工作, 实现开关电源的保护。

摘要：本文通过对单结晶体管与晶闸管组合构成的电压保护电路构成的电压保护电路工作原理的分析, 提出一种利用LM339电压比较器来完成开关电源的过、欠压及过热保护电路, 使得保护电路更加简单, 成本大大降低。

关键词：开关电源,电压保护电路,单结晶体管,晶闸管

参考文献

[1]邹怀虚.电源应用技术[M], 北京:科学出版社, 1998, 21￣26.

[2]王水平, 付敏江.开关稳压电源-原理、设计与实用电路[M], 西安:西安电子科技大学出版社, 1997, 23￣30, 40￣58.

[3]刘胜利, 现代高频开关电源实用技术[M], 北京:电子工业出版社, 2001, 387￣392, 437￣455.

开关电源功率因数校正电路 第8篇

关键词：功率因数,开关电源,功率因数校正

1. 前言

在开关电源出现以前, 功率因数校正主要是为了解决在感性负载或容性负载电路中, 电流和电压不同相的问题, 以提高电源的利用效率。在开关电源被广泛使用之后, 功率因数校正又有了新的内容。

开关电源大都是在整流后直接用一个大容量的电容滤波, 在滤波电容的充、放电作用下, 电容两端的直流电压输出略呈锯齿状的波纹。由于滤波电容上电压的最小值远非为零, 与其最大值 (波纹峰值) 相差并不多, 又因为整流二极管的单向导电性, 只有在供电线路中交流电压的瞬时值大于滤波电容上的直流电压时, 整流二极管才会因正向偏置而导通。而当AC输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时, 整流二极管又会因反向偏置而截止。也就是说, 在AC线路电压的每半个周期内, 只有在其峰值附近, 二极管才会导通。因此, 虽然供电线路中的输入电压大体保持了正弦波波形, 但供电线路中的输入电流却呈尖峰脉冲状。这种波形严重失真的电流中含有大量的高次谐波。由于要保证负载功率的要求, 在二极管导通期间会产生极大的导通电流, 使供电电路中的供电电流呈幅值极高的尖顶尖顶脉冲状态, 它不仅降低了对供电的利用效率, 更为严重的是它在供电线路容量不足, 或电路负载较大时会产生严重的交流电压的波形畸变, 并产生多次谐波, 从而, 干扰了其它用电器具的正常工作。

现在功率因数校正的含义, 不再仅仅是解决供电的电压和电流不同相位的问题, 更要解决的是因供电电流呈强脉冲状态, 而引起的电磁干扰 (EMI) 和电磁兼容 (EMC) 的问题。

2. 什么是功率因数

在开关电源出现以前, 功率因数主要是指电路中电压和电流相位差的余弦值, 开关电源出现以后, 考虑到电路中有高次谐波成份, 就把功率因数 (PF) 定义为有功功率 (P) 和视在功率 (S) 的比值。该公式为:

公式中:I1为输入电流基波有效值;U1为输入电压基波有效值;IR为电网中电流的有效值, , 其中I1、I2、、In为输入电流中1次、2次至n次谐波的有效值;γ定义为为输入电流的波形畸变因数;称为基波电压和基波电流的位移因数。由此可见, 功率因数的大小由输入电流的波形畸变因数以及基波电压和基波电流的位移因数共同决定。越小, 则设备产生的无功功率就越大, 设备利用电源的效率越低, 导线和变压器绕组中的感抗损耗就越大;γ越小, 表示设备输入电流谐波成分越大, 将造成线路中输入的电压波形畸变, 对供电电网造成污染, 使功率因数降低, 严重时会干扰其他电子设备正常工作甚至造成电子设备的损坏。通常无源电容滤波二极管整流电路输入端的功率因数只能达到0.65左右。从式 (1-1) 可见, 抑制电路中的电流的高次谐波分量即可以减小γ, 提高功率因数。如何抑制消除谐波对公共电网的污染、提高功率因数已成为每个开关电源设计工程师必须要考虑的问题。

3. 功率因数校正的方法

目前广泛应用的改善功率因数的方法主要有以下几种:

(1) 多脉冲整流法。它是利用变压器对各次不同谐波电流进行移相, 使奇次谐波 (开关电源中的谐波主要是奇次谐波) 在变压器次级相互叠, 进而消除谐波。这种方法主要应用于变压器负载平衡时的低次谐波的滤除。

(2) 无源滤波法。利用一个滤波电感, 串连在整流和滤波电容之间, 或在交流电源输入侧接入一个谐振滤波器。该方法的主要优点是电路结构简单, 成本低, 稳定性高, 电磁干扰比较小;缺点就是是电感电容的尺寸大, 重量大, 功率因数改善有限 (一般可提高到0.9左右) , 电路的工作性能与频率、负载变化及输入电压有关, 并且电感和电容间有教大的充放电电流等。该方法对抑制电路中的高次谐波有效, 不过滤波设备体积庞大, 而且运行的时候会受到系统阻抗的影响, 若不使用调谐电抗器, 就有可能会与系统中的电抗产生谐振。

(3) 有源功率因数校正。它直接采用高频的有源开关或采用AC/DC变换方法, 迫使输入电流成为和电网电压同相位的正弦波。在整流电路和负载电路之间接入一个DC/DC开关变换器, 采用电流负反馈技术, 使输入端的电流波形跟踪交流输入正弦电压的波形, 从而使供电线路输入端的电流波形近似为正弦波, 并与输入的供电电压同相位。该方法的主要特点是:可得到比无源滤波更高的功率因数, 总谐波电压的波形畸变小, 可在较宽的电压输入范围内和更大的带宽内工作, 电路的体积小、重量轻, 输出的电压也可保持恒定。主要缺点是:电路结构复杂, 平均无故障时间下降, 成本较高, 效率会有所降低等。

综上所述, 凡是能够消除电路中的高频谐波成份, 改善输入电流的波形, 使其成为或无限接近于供电电压的的正弦波形, 就可实现功率因数校正的目的。

4. 功率因数校正电路的结构形式

目前, 功率因数校正电路可以简单的分成无源和有源两种。无源功率因数校正电路, 通常是在滤波电容之前, 加上一个大容量的电感, 由电感抑制电路中的高频电流, 进而改善功率因数, 不过效率不高而且电路体积大而笨重。有源功率因数校正电路, 往往是利用一个高频开关, 控制电流的的通断, 进而让电流波形和电压波形大体相似, 以改善电路的功率因数。有源功率因数校正电路的特点是体积较小, 重量轻, 功率因数比无源功率因数校正电路的高。图 (1) 给出了功率因数校正电路的三种不同的结构形式。

由于Boost电路结构简单, 实现成本低, 所以它是目前应用最广泛的功率因数校正电路。除了上述特点以外, 在Boost电路中与整流桥串联的电感能减小高频噪声, 减小输入滤波器的体积, 从而降低了成本。

Boost拓扑结构的功率因数校正电路工作在连续电流模式 (也就是说输入端的电感电流在整个切换周期内是连续导通的) , 利用输入电容Ci可减少切换时所造成的杂信号回流至交流电源。此外, Boost电感只储存一小部分的转换能量, 因为交流电源在电感去磁期间, 即MOSFET在关断期间仍持续供给能量, 所以与其他拓扑结构相比, Boost拓扑结构只需较小的电感。

5. 小结

随着开关电源的快速发展和大量应用, 人们对功率因数校正电路的研究也越来越深入和全面。现在市面上已经有了很多的功率因数校正集成模块, 人们已经能够很容易的利用这些模块来设计简单而又高效率的开关电源电路。但是, 人们并没有停止继续探索, 还有很多学者和工程师们在这个领域继续着创新和进步。

参考文献

[1]张占松, 蔡宣三开关电源的原理与设计.北京:电子工业出版社, 1998

[2]严百平等, 不连续导电模式高功率因数开关电源.北京:科学出版社, 2001

[3]毛兴武, 祝大卫电子镇流器原理与制作.北京:人民邮电出版社, 1999

[4]张占松.电路和系统的仿真实践.北京:科学技术出版社, 2000