CMOSIRF4905直流稳压电源及漏电保护装置(261组).doc

直流稳压电源及漏电保护装置 摘要：本设计以International Rectifier公司第五代栅功率场效应管IRF4905目 录 一、系统方案论证和比较 1 (一)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 14 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，二 （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 ①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： ②MOS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。 ③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没有区别。在图上要标注VF， 2. 漏电检测电路分析计算 漏电的电流检测采用精度较高的集成芯片MAX472，内置精密电阻，能将电流直接转化为电压输出，通过继电器来控制切换，如图6。 图6 漏电检测电路 ①漏电检测过程分析 当继电器到不带漏电保护支路的输出的时候，通过传感电阻将电流从引入到MAX472内部，同U哦OUT端输出期望的电压，实现从电流到电压的转换，然后把电压送到单片机内部，通过自带的10位 A/D转换成为数字信号。 同理，当继电器切换到带漏电保护支路输出的时候，在J2上串接毫伏表表头，调节电阻，，通过MAX472典型电路实现电流到电压的转换，并送到单片机内部进行A/D转换。通过单片机比较有无30ml的漏电电流。 ②MAX472的引脚和外围元件 MAX472的引脚如图7所示。 图