过欠压保护电路

图六 （2） 判断是否报警部分，如上图：七脚输出接 PNP 三极管 3AX81,一脚输出接 NPN 三极管 c9014，报警情 况见下表 表一：
Vs >3v 2.03~3 <2.03
1 脚输出 低 低 高
7 脚输出 低 高 高
T0 导通（是/否） T1 导通（是/否）
是
否
否
否
否
是
是否报警（是/否） 是 否 是
电压变化
直流电压 U 直 交流电压 U 交 电路是否报警 继电器是否吸合
(v)
用电器是否工作
由正常升至高压
>12
>262.9
是
是
否
高压恢复正常 12~8.1 262.9~177.6
否
是（复位后断开） 否（复位后工作）
8.1~7
177.6~153
是
是
否
正常降至低压
7~4.5
153~98.6
不确定
是
否
<4.5
过欠压报警保护器
引言：在我们日常生活中有时会遇到高压或低压现象，而许多电子仪器或家电设备，在高压的情况下运行 时将可能被烧毁，而在低压下工作时又会影响使用寿命，使用该过欠压报警器可以及时发现过压和欠压现 象，并停止其继续运行，直至被人工复位后才继续运行，从而对用电器起到保护作用。该报警保护器可在 交流 163V—325V 之间任意设定高压或低压报警范围，以满足不同用电器的需要。 一．设计原理 该保护电路分三部分设计，第一部分为工作电源部分即交流电变直流部分；第二部分为取样比较、判断是 否过压或欠压；第三部分为报警并切断电源部分电路，如图一：
图三
图四
实验结果：该方案经调试后满足要求，因此采用该方案设计。 由于条件限制（没有调压器），因此利用稳压器 LM317 和电位器等来制作出输出电压可调的电源来模拟电 网波动后的情况，如图五：
图五
实验结果：该电源输出在 1V—23V 可调，且功率较大，完全符合模拟要求。 （二）取样比较，判断是否报警部分 （1） 取样部分是通过调节设定的 10k 电位器滑动端所处的位置来取电压 Vs；比较部分利用电压比较器 LM393 内的两个电压比较 器，通过判断 Vr 与 Vs 的大小来输出低电平或高电平，该电压比较器电源由一三端稳压器 w7806 输出稳定 的 6v 电源来供电，基准电压 Vr1 通过两只 51kΩ 电阻分压得到（Vr1=3v）,基准电压 Vr2,通过串联 100k 电阻和 51k 电阻分压得到（Vr2=2.03v）当 Vr>Vs 时，电压比较器输出高电平，当 Vr<Vs 时，电压比较器输 出低电平.如图六：
图一
（一）工作电源部分 思路：一方面由于稳压器最低输入电压为 7V，因此需在合理前提下给其提供一较高电压，使其在电压低到 低压报警值以下时仍能正常工作；另一方面为了调节报警范围，可将变压器制作成输出电压可调的稳压电 源。 具体设计： 方案一： 如图二：通过两个电桥分别得到较高电压提供给稳压器和可变输出电压提供给取样部分。 实验结果：受实际情况限制未买到相应的变压器，因此该方案不行。 方案二：如图三，利用半波整流，并使其所有直流输出端共地，以此来同时获得高低压。 实验结果：经半波整流后虽然可同时输出高低电压，但电压值偏低，因此该方案也行不同。 方案三：在现有条件下，利用两个变压器分别对 w7806 和取样电压电路部分供电，并使其共地。如图四： 实验结果：也可以同时输出高低电压，效果一般，但成本高且增大了该报警保护器的体积，因此舍弃该方 案。
二、调试结果及分析 以下数据为在实际正常市电（经测量为 241v）情况下所测得数据 令市电下高压报警值为 x1，低压报警值为 x2 设定变压器输出初值为 U 初=11v（约合 220v 交流电下的 10v 直流） 调节 R1 使其在高压 12v 时开始报警，则低压在 0.6755*12=8.1v 时开始报警，对应交流电分别为
<98.6
否
否
否（电压低）
0~5.6
0~122.7
否
否
否（电压低）
5.6~7 122.7~153.6
不确定百度文库
是
否
由低压开始升高
7~8.1 153.6~177.6
是
是
否
8.1~12 177.6~262.9
否
是（复位后断开） 否（复位后工作）
从表中可以看出，在设定 U 初=11v 时，用电器只工作在交流 177.6~262.9v 的电压范围内。 该仪器在不报警时总电流为 30mA，低压报警时总电流为 60~80mA，高压报警时总电流为 40~100mA。因此， 其不报警时最大功率为 Pmax=12*30/1000=0.36w；报警时最大功率不超过 17*100/1000=1.7w，（其中 17v 为 380v 交流电对应的直流电压）。 三、小结：该过压报警保护器设计原理简单，制造成本低，用户可根据需要自行设定报警范围，因此具有 使用范围广泛，可靠性高，功耗小，操作简单等优点。但本仪器仍有不足之处，有待改进，如：高压报警 值与低压报警值有一定的比例关系，调节其中的一个时，另一个也会相应的改变，可通过电位器获得不同 的基准电压 Vr1，来改变高压和低压报警值的比例关系，不过操作较复杂。
U初 8.9 10.4 10.6 10.8 11 11.2 11.4 12
X1 325.7 278.1 272.8 267.8 262.9 258.2 253.7 241
X2 220 187.8 184.3 180.9 177.6 174.4 174.1 162.8
实际情况由于稳压器 w7806 最小输入电压为 7v，因此需保证低压报警值大于其所对应 7v 时的交流电压值， 因为 X2=241*8.1/（11+0.2n）>241*7/（11+0.2n）恒成立，所以当 U 初=8.9~12v 的任意直流电压时能保证 在 w7806 不能稳定工作以前而先低压报警，切断继电器开关。 以 U 初=11v 时为例说明
2． 切断用电器电源部分。 思路： 方案一：使电路先判断电压是否超过允许的最高电压后再决定是否将该交流电供给用电器，从而永久消除 高电压对用电器的影响。该方案设计比较复杂，且成本高。 方案二：使电路判断是否决定切断用电器的电源与把交流电送给用电器同时进行，当发现高压后再切断用 电器电源，该方案设计简单，成本低，但缺点是当某一高压流通过时，由于判断并切断电器电源开关需一 定的时间，因此用电器在极短的时间（即：判断并切断电源开关的时间）会获得高电压。考虑到大部分用 电器都设有保险装置，可避免瞬间高压对用电器造成的损害，但不能避免在电压未达到保险丝的熔断电压 下的持续或波动高压对用电器的损害，因此采用方案二进行设计，可避免用电器因持续或波动高电压对用 电器造成的损害。同时该报警保护器也可以装上一保险管，以防止瞬间超高压对该仪器造成的损坏， 具体的实验设计：
利用 T0 管和 T1 管的开关特性来控制继电器 J（6v）的通断，从而达到通过继电器来控制用电器电源通断 的目的。如图八：当 T0 和 T1 均不导通时，T2 不导通，继电器不工作，当 T0 或 T1 导通时，T2 管导通， 继电器工作，切断用电器电源。考虑到自感的影响，可在继电器旁并联一二极管，防止继电器从吸合到断 开瞬间所产生的 感应电压击穿三极管。 该方案由于 T0 和 T1 不导通时输出的低电平约为 1.2v，使的 T2 中有电流产生，在继电器上有约为 3.4v 的 压降，而继电器在 4v 左右时开始工作，因此继电器处于不稳定状态。 解决方案：在 T2 发射极加一电阻分压，使继电器两端电压下降到约为 2v，经实验该电阻阻值约为 15 欧， 该情况下报警时继电器压降约为 5v，能正常工作，继电器吸合；而当恢复正常电压时，由于继电器上还有 两伏的压降，使的继电器仍处于吸合状态，由此可防止因电压多次高低波动对用电器造成的损害，只有人 工复位（即将继电器与 6v 电源断路一次）后，用电器才能继续工作。 3．实验结果：调节 R1,确定使其在输入直流 12v 时刚好报警，则由比例关系得低压报警值为 0.6755*12=8.1v。 调节电位器使输出电压超过 12v 后报警，继电器吸合，在恢复正常电压时继电器仍吸合；同理，当输出由 正常减小到 8.1v 后报警，继电器吸合，在恢复正常电压时，继电器仍吸合。 用继电器的上述原理来控制用电器的开关，实现了继电器对用电器的有效保护。 整机电路图见最后。
由于两个电压比较器的输入电压 Vs 相等，而 Vr1/Vr2=2.03/3=0.6755，而 Vs 随交流电压线性变化，因此 高压报警值 U 高与低压报警值 U 低的关系为 U 高/U 低= Vr1/Vr2=0.6755 （三）报警、切断用电器电路部分 1.报警部分 利用 555 构成的音频振荡电路驱动扬声器报警，其电源由 PNP 管 3AX81 的集电极来提供,约 5.7v 左右 图七：
参考书目： 1、<<555 集成电路使用电路集>> 郝鸿安 上海科学普及出版社. 2、<<数字电路技术基础简明教程>> 余孟尝 高教出版社 3、<<模拟电路电子技术基础>> 童诗白,华成英 高教出版社
X2
241
X1
8.1
11
12
X1=262.9V X2=177.6
如果设置变压器的 U 初=11+0.2n 伏，（n 为任意数）
X2
241
X1
8.1
11+0.2n
12
X1=241*12/（11+0.2n） X2=0.6755*X1
设定不同的 U 初，可得如下表所示 的报警范围：
n 取值 -10.6
-3 -2 -1 0 1 2 5