2013年全国大学生电子设计竞赛陕西赛区
设计报告封面
作品编号： （由组委会填写）
„ „„„„„ „„„„„剪切线„„„„„„ „„„„„ „
作品编号： （由组委会填写）
说 明
1. 为保证本次竞赛评选的公平、公正，将对竞赛设计报告采用二次编码； 2. 本页作为竞赛设计报告的封面和设计报告一同装订； 3. “作品编号”由组委会统一编制，参赛学校请勿填写；
4. “参赛队编号”由参赛学校编写，其中“学校编号”应按照巡视员提供的组 委会印制编号填写，“组（队）编号”由参赛学校根据本校参赛队数按顺序编排，“选题编号”由参赛队员根据所选试题编号填写，例如：“0105B ”或“3367F ”。 5. 本页允许各参赛学校复印。
摘 要
本设计选用LT1085线性稳压器件制作了一个直流稳压电路，设计的目的就是要直流输入+5.5V- +25V电压，稳压输出+5V电压。漏电保护装置中在为保护的状态下输出电压大于4.6V 。漏电保护电路设计选用AD623、INA138、LM311、74HC74 、TQ2继电器等器件设计达到漏电保护要求。
关键词: DC-DC，稳压电源，漏电保护
1. 系统方案选择和论证
1.1课题任务
设计制作一个直流稳压电源及漏电保护装置，并且输入电压为5.5V-25V, 输出电压为5V 。
1．基本功能要求
设计一台额定输出电压为5V ，额定输出电流为1A 的直流稳压电源。
（1）转换开关S 接1端，RL 阻值固定为5Ω。当直流输入电压在7~25 V 变化时，要求输出电压为5±0.05V ，电压调整率小于1%。
（2）连接方式不变，RL 阻值固定为5Ω。当直流输入电压在5.5~7V变化时，要求输出电压为5±0.05V 。
（3）连接方式不变，直流输入电压固定在7V ，当直流稳压电源输出电流由1A 减小到0.01A 时，要求负载调整率≤1%。
（4）制作一个功率测量与显示电路，实时显示稳压电源的输出功率。
2发挥功能要求
设计一个动作电流为30mA 的漏电保护装置（使用基本要求部分制作的直流稳压电源供电，不得使用其他电源）。
（1）转换开关S 接2端，将RL 接到漏电保护装置的输出端，阻值固定为 20Ω，R 和电流表A 组成模拟漏电支路调节R ，将漏电动作电流设定为30 mA。当漏电保护装置动作后，RL 两端电压为0V 并保持自锁。排除漏电故障后，按下K 恢复输出。要求漏电保护装置没有动作时，输出电压≥4.6V 。
（2）要求漏电保护装置动作电流误差的绝对值≤5%。 （3）尽量减小漏电保护装置的接入功耗。
2. 方案比较与论证
2.1 各种方案比较与选择
方案一：LM7805电路。 方案二：LM2940稳压电路。 方案三：使用LT1085稳压电路。 2.2 方案论证
方案一电路虽较为简单，但输出7V 以下电流不能达到要求。
方案二虽能基本实现功能，但输出电流为1A 或输出电压差为5V 时，静态电流仅为30MA ，该电路内还没有防反接电路，防止输入电压反接对电路造成损害。故不能作为我们可行的方案。
方案三输出电流大于1A ，输出十分稳定，可在低至1V 的电压差下正常工作。所以方
案三可行。
3. 系统的硬件设计
3.1 系统的总体设计
系统硬件电路设计包括5V 直流稳压输出模块，漏电保护模块，单片机显示模块及负载模块。
5v
输出稳压电源使用
LT1085
稳压器件实现
5V 输出稳压电源，
使用AD623等器件实现漏电保护电路，两部分相结合即可满足要求条件。然后测试并记录两路电源在不同负载下的输入输出电压、电流，计算出输入输出功率以及电源效率。
单片机显示模块选用STC12C5A60S2单片机芯片，包括LCD 显示系统、时钟电路、复位电路档位调节电路以及测量电压输入电路，基准电压输入电路，硬件电路设计框图如图所示。
3.2 单元电路的设计，单元的参数计算
直流稳压电路部分，由电源提供端输入DC 电源，使用LT1085进行稳压输出，并使用IRF9540和LM358达到稳定电压的作用，实现+5V/DC稳定输出。然后调节负载测试记录电路输入、输出电压及电流，计算输入功率
Pi=Ui*Ii
输出功率
Po=Uo*Io
效率
η=Po/Pi
漏电保护部分，同样由电源提供端输入DC 电源，用AD623和INA138等器件实现漏电保护，得到大于4.6V 电压稳定输出。测试时调节负载大小，记录其输入电压、电流和输出电压、电流，从而计算输入功率
Pi=Ui*Ii
输出功率
Po=Uo*Io
效率
η=Po/Pi
3.3 单元电路的功能以及工作原理的分析
稳压电路：稳压电路是利用能够自动调整输出电压变化的电路来使输出的电压不随电网电压、温度或负载的变化而变化，从而达到稳定输出电压的目的。一般有并联型、串联型线性稳压电路和开关型稳压电路等。本次设计所用的为固定集成稳压器，其本身不能产生功率，只是将输入端功率取出传给负载，通过控制该功率的大小使输出电压不变。
3.4 发挥部分的设计与实现
直流稳压电源输入电流， 通过继电器的控制来达到漏电保护，当电路中的漏电流达到30mA 时，开关断开。在双路低电压运算放大器和D 触发器的作用下完成漏电保护。
3.5 电路原理图
直流稳压电源电路原理图
漏电保护电路原理
4. 系统软件设计
4.1 程序总体流程图
5. 系统调试
5.1 系统的测试方案
从可调直流稳压电源输入+5.5V——+25V直流电源，接通5欧姆负载，测量负载端电压，
输出电流、计算功率。
5.2测试仪器
数字万用表、可调直流稳压电源、变阻器.
5.3测试结果
6. 总结
通过测试分析，空载情况下在输入电压5.5V 到5.9v 情况下输出电压不能达到设计输出要求，在输入电压6.0v 到25V 之间均可达到输出基本要求。 带5欧姆负载测试时，在输入电压5.5—6.2v 之间时输出电压偏低，超出1%的电压调整率，输入电压在6.3—25v 时，输出电压均达到4.95v 以上，满足设计要求。漏电保护部分电路设计合理，但电路设计有些复杂，设计制作完成后调试部分比较麻烦，以至于还没有完成功能要求，后续将继续加以完善。
附录：主要原器件清单
基准源 LM385 10只 TL431 10只
5v 直流电压 蜂鸣器 5只 LT1085-5V IRF9540 20W 散热片 INA138
SOT23芯片转接板（INA138配合使用） LM2940 可调电压
0.1欧 1W 电阻，温漂小于50ppm 10k 1%精度电阻 AD623
2013年全国大学生电子设计竞赛陕西赛区
设计报告封面
作品编号： （由组委会填写）
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作品编号： （由组委会填写）
说 明
1. 为保证本次竞赛评选的公平、公正，将对竞赛设计报告采用二次编码； 2. 本页作为竞赛设计报告的封面和设计报告一同装订； 3. “作品编号”由组委会统一编制，参赛学校请勿填写；
4. “参赛队编号”由参赛学校编写，其中“学校编号”应按照巡视员提供的组 委会印制编号填写，“组（队）编号”由参赛学校根据本校参赛队数按顺序编排，“选题编号”由参赛队员根据所选试题编号填写，例如：“0105B ”或“3367F ”。 5. 本页允许各参赛学校复印。
摘 要
本设计选用LT1085线性稳压器件制作了一个直流稳压电路，设计的目的就是要直流输入+5.5V- +25V电压，稳压输出+5V电压。漏电保护装置中在为保护的状态下输出电压大于4.6V 。漏电保护电路设计选用AD623、INA138、LM311、74HC74 、TQ2继电器等器件设计达到漏电保护要求。
关键词: DC-DC，稳压电源，漏电保护
1. 系统方案选择和论证
1.1课题任务
设计制作一个直流稳压电源及漏电保护装置，并且输入电压为5.5V-25V, 输出电压为5V 。
1．基本功能要求
设计一台额定输出电压为5V ，额定输出电流为1A 的直流稳压电源。
（1）转换开关S 接1端，RL 阻值固定为5Ω。当直流输入电压在7~25 V 变化时，要求输出电压为5±0.05V ，电压调整率小于1%。
（2）连接方式不变，RL 阻值固定为5Ω。当直流输入电压在5.5~7V变化时，要求输出电压为5±0.05V 。
（3）连接方式不变，直流输入电压固定在7V ，当直流稳压电源输出电流由1A 减小到0.01A 时，要求负载调整率≤1%。
（4）制作一个功率测量与显示电路，实时显示稳压电源的输出功率。
2发挥功能要求
设计一个动作电流为30mA 的漏电保护装置（使用基本要求部分制作的直流稳压电源供电，不得使用其他电源）。
（1）转换开关S 接2端，将RL 接到漏电保护装置的输出端，阻值固定为 20Ω，R 和电流表A 组成模拟漏电支路调节R ，将漏电动作电流设定为30 mA。当漏电保护装置动作后，RL 两端电压为0V 并保持自锁。排除漏电故障后，按下K 恢复输出。要求漏电保护装置没有动作时，输出电压≥4.6V 。
（2）要求漏电保护装置动作电流误差的绝对值≤5%。 （3）尽量减小漏电保护装置的接入功耗。
2. 方案比较与论证
2.1 各种方案比较与选择
方案一：LM7805电路。 方案二：LM2940稳压电路。 方案三：使用LT1085稳压电路。 2.2 方案论证
方案一电路虽较为简单，但输出7V 以下电流不能达到要求。
方案二虽能基本实现功能，但输出电流为1A 或输出电压差为5V 时，静态电流仅为30MA ，该电路内还没有防反接电路，防止输入电压反接对电路造成损害。故不能作为我们可行的方案。
方案三输出电流大于1A ，输出十分稳定，可在低至1V 的电压差下正常工作。所以方
案三可行。
3. 系统的硬件设计
3.1 系统的总体设计
系统硬件电路设计包括5V 直流稳压输出模块，漏电保护模块，单片机显示模块及负载模块。
5v
输出稳压电源使用
LT1085
稳压器件实现
5V 输出稳压电源，
使用AD623等器件实现漏电保护电路，两部分相结合即可满足要求条件。然后测试并记录两路电源在不同负载下的输入输出电压、电流，计算出输入输出功率以及电源效率。
单片机显示模块选用STC12C5A60S2单片机芯片，包括LCD 显示系统、时钟电路、复位电路档位调节电路以及测量电压输入电路，基准电压输入电路，硬件电路设计框图如图所示。
3.2 单元电路的设计，单元的参数计算
直流稳压电路部分，由电源提供端输入DC 电源，使用LT1085进行稳压输出，并使用IRF9540和LM358达到稳定电压的作用，实现+5V/DC稳定输出。然后调节负载测试记录电路输入、输出电压及电流，计算输入功率
Pi=Ui*Ii
输出功率
Po=Uo*Io
效率
η=Po/Pi
漏电保护部分，同样由电源提供端输入DC 电源，用AD623和INA138等器件实现漏电保护，得到大于4.6V 电压稳定输出。测试时调节负载大小，记录其输入电压、电流和输出电压、电流，从而计算输入功率
Pi=Ui*Ii
输出功率
Po=Uo*Io
效率
η=Po/Pi
3.3 单元电路的功能以及工作原理的分析
稳压电路：稳压电路是利用能够自动调整输出电压变化的电路来使输出的电压不随电网电压、温度或负载的变化而变化，从而达到稳定输出电压的目的。一般有并联型、串联型线性稳压电路和开关型稳压电路等。本次设计所用的为固定集成稳压器，其本身不能产生功率，只是将输入端功率取出传给负载，通过控制该功率的大小使输出电压不变。
3.4 发挥部分的设计与实现
直流稳压电源输入电流， 通过继电器的控制来达到漏电保护，当电路中的漏电流达到30mA 时，开关断开。在双路低电压运算放大器和D 触发器的作用下完成漏电保护。
3.5 电路原理图
直流稳压电源电路原理图
漏电保护电路原理
4. 系统软件设计
4.1 程序总体流程图
5. 系统调试
5.1 系统的测试方案
从可调直流稳压电源输入+5.5V——+25V直流电源，接通5欧姆负载，测量负载端电压，
输出电流、计算功率。
5.2测试仪器
数字万用表、可调直流稳压电源、变阻器.
5.3测试结果
6. 总结
通过测试分析，空载情况下在输入电压5.5V 到5.9v 情况下输出电压不能达到设计输出要求，在输入电压6.0v 到25V 之间均可达到输出基本要求。 带5欧姆负载测试时，在输入电压5.5—6.2v 之间时输出电压偏低，超出1%的电压调整率，输入电压在6.3—25v 时，输出电压均达到4.95v 以上，满足设计要求。漏电保护部分电路设计合理，但电路设计有些复杂，设计制作完成后调试部分比较麻烦，以至于还没有完成功能要求，后续将继续加以完善。
附录：主要原器件清单
基准源 LM385 10只 TL431 10只
5v 直流电压 蜂鸣器 5只 LT1085-5V IRF9540 20W 散热片 INA138
SOT23芯片转接板（INA138配合使用） LM2940 可调电压
0.1欧 1W 电阻，温漂小于50ppm 10k 1%精度电阻 AD623