1、個人資料整理僅限學習使用三江學院畢業設計<論文）開題報告題目一款過壓欠壓的保護電路的設計學號姓名Z06091045 王浩指導教師姓名1. 對指導教師下達的課題任務的學習與理解；隨著微控技術的日益完善和發展，在工業控制中，用電設備通常工作至三相電源中，而很多用電設備在使用中對相應提供的工作電源有著較高的要求。但通常電網產生的電壓偏高 ( 是指給定的瞬間設備端電壓U 與設備額定電壓Un 之差 >，以及大功率電動機的起動，電焊機的工作，特別是大型電弧爐和大型軋鋼機沖擊性負荷的工作，均會引起負荷的急劇變動，使電網電壓損耗隨之產生相應變動，從而使用戶公共供電點的電壓出現波動現象。而上述情況所

2、造成的電壓波動，又會給用電設備造成不應有的過壓、欠壓現象。如長時間供給用電設備，則會極大的損壞用電設備。所以在用電設備使用中，會加入相應的保護電路，以保證用電設備在正常的供電狀態下使用。當供電線路出現過、欠壓時，保護電路進行有效保護，從而確保用電設備安全正常運行。保護電路中主要是電壓比較器在起作用，電壓比較器可以看作是放大倍數接近“無窮大”的運算放大器。電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小 ( 用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關系 >：當”輸入端電壓高于”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平；當”輸入端電壓低于”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；電壓比較器的作用：它可用作模擬電

3、路和數字電路的接口，還可以用作波形產生和變換電路等。利用簡單電壓比較器可將正弦波變為同頻率的方波或矩形波。可用于報警器電路、自動控制電路、測量技術，也可用于 V/F 變換電路、 A/D 變換電路、高速采樣電路、電源電壓監測電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過零檢測電路等。簡單的電壓比較器結構簡單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，改進后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。運算放大器是通過反饋回路和輸入回路的確定“運算參數”，比如放大倍數，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。電壓比較器輸入是線性量，

4、而輸出是開關 <高低電平）量。一般應用中，有時也可以用線性運算放大器，在不個人資料整理僅限學習使用加負反饋的情況下，構成電壓比較器來使用。所有的運算放大器都可用作電壓比較器的芯片。常見的有LM324 LM358 uA741TL081234 OP07 OP27 ，這些都可以做成電壓比較器<不加負反饋）。LM339、 LM393是專業的電壓比較器，切換速度快，延遲時間小，可用在專門的電壓比較場合，其實它們也是一種運算放大器。2. 閱讀文獻資料進行調研的綜述；過壓保護當被保護線路的電源電壓高于一定數值時，保護器切斷該線路；當電源電壓恢復到正常范圍時，保護器自動接通。欠壓保護當被保護線路的

5、電源電壓低于一定數值時，保護器切斷該線路；當電源電壓 恢復到正常范圍時，保護器自動接通。電壓比較器是對兩個模擬電壓比較其大小，并判斷出其中哪一個電壓高，如圖1 所示。圖 1(a> 是比較器，它有兩個輸入端：同相輸入端 ( “+”端 >及反相輸入端 ( “ - ” 端 >，有一個輸出端 Vout( 輸出電平信號 >。另外有電源 V+及地 ( 這是個單電源比較器 >，同相端輸入電壓 VA，反相端輸入 VB。 VA 和 VB 的變化如圖 1(b> 所示。在時間 0t1時， VA>VB；在 t1 t2 時， VB>VA；在 t2 t3 時， VA>

6、VB。在這種情況下， Vout 的輸出如圖 1(c> 所示： VA>VB時， Vout 輸出高電平 ( 飽和輸出 >； VB>VA時， Vout 輸出低電平。根據輸出電平的高低便可知道哪個電壓大。如果把 VA 輸入到反相端， VB 輸入到同相端， VA 及 VB的電壓變化仍然如圖 1(b> 所示，則 Vout 輸出如圖 1(d> 所示。與圖 1(c> 比較，其輸出電平倒了一下。輸出電平變化與 VA、 VB的輸入端有關。圖 2(a>是雙電源 ( 正負電源 >供電的比較器。如果它的 VA、 VB輸入電壓如圖 1(b> 那樣，它的輸出特性如

7、圖 2(b>所示。 VB>VA時， Vout 輸出飽和負電壓。個人資料整理僅限學習使用圖 1 單電源比較器框圖及工作波形圖 2 雙電源比較器框圖及工作波形如果輸入電壓 VA 與某一個固定不變的電壓VB 相比較，如圖 3(a>所示。此 VB 稱為參考電壓、基準電壓或閾值電壓。如果這參考電壓是0V(地電平 >，如圖3(b>所示，它個人資料整理僅限學習使用一般用作過零檢測。圖 3 其他比較器框圖比較器的工作原理比較器是由運算放大器發展而來的，比較器電路可以看作是運算放大器的一種應用電路。由于比較器電路應用較為廣泛，所以開發出了專門的比較器集成電路。圖 4(a>由運

8、算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA 經分壓器R2、R3 分壓后接在同相端， VB通過輸入電阻R1 接在反相端， RF 為反饋電阻，若不考慮輸入失調電壓，則其輸出電壓Vout 與 VA、VB及 4 個電阻的關系式為：Vout=(1+RF/R1>·R3/(R2+R3>VA-(RF/R1>VB若 R1=R2，R3=RF，則 Vout=RF/R1(VA-VB>，RF/R1 為放大器的增益。當 R1=R2=0(相當于 R1、R2 短路 >，R3=RF=( 相當于 R3、RF 開路 >時， Vout=。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖 4(b>

9、的樣子，差分放大器處于開環狀態，它就是比較器電路。實際上，運放處于開環狀態時，其增益并非無窮大，而 Vout 輸出是飽和電壓，它小于正負電源電壓，也不可能是無窮大。圖 4 運算放大器和比較器從圖 4 中可以看出，比較器電路就是一個運算放大器電路處于開環狀態的差分放大器電路。比較器與運算放大器的差別個人資料整理僅限學習使用運算放大器可以做比較器電路，但性能較好的比較器比通用運放的開環增益更高，輸入失調電壓更小，共模輸入電壓范圍更大，壓擺率較高 ( 使比較器響應速度更快 >。另外，比較器的輸出級常用集電極開路結構，如圖 6 所示，它外部需要接一個上拉電阻或者直接驅動不同電源電壓的負載，應用上

10、更加靈活。但也有一些比較器為互補輸出，無需上拉電阻。比較器電路本身也有技術指標要求，如精度、響應速度、傳播延遲時間、靈敏度等，大部分參數與運放的參數相同。在要求不高時可采用通用運放來作比較器電路。如在 A/D 變換器電路中要求采用精密比較器電路。由于比較器與運放的內部結構基本相同，其大部分參數( 電特性參數>與運放的參數項基本一樣( 如輸入失調電壓、輸入失調電流、輸入偏置電流等>。圖 6 運算放大器應用舉例參考文獻1 葛學儀，過壓欠壓保護電路 J, 廣東電子論文， 1996.22 直流過壓保護電路 J ，廣東電子論文， 1993.103 許生禮 , 簡單實用的過流過壓保護電路工程建

11、設 J, 工程建設與檔案論文， 2005.24 屈春華 , 線路簡單的過流過壓保護電路電子技術應用 J, 電子技術應用論文， 1997.35 李志華，一種三相交流電源的相序的過壓 , 缺相 , 欠壓保護電路 J, 工業技術通訊論文 1990.46 紀宗南 , 電壓比較器的應用集成電路應用 J, 集成電路應用論文， 1990.57 乜國荃 , 集成運放和電壓比較器 J, 青海師范大學學報 , 自然科學版 2006.28 曾慶貴 CMOS運算放大器和電壓比較器 J, 現代通信論文， 1994.69 NiklasZimmermann,RalfWunderlich,andStefanHeinen, A

12、n Over-Voltage Protection Circuit for CMOSPower Amplifiers J, IEEE, ICECS 2008. pp. 161 - 16410Ganesh K. Balachandran, Raymond E. Barnett, A High Dynamic Range ASK個人資料整理僅限學習使用Demodulator for Passive UHF RFID with Automatic Over-Voltage Protection andDetection Threshold AdjustmentJ,IEEE, CICC 2009. p

13、p. 383 - 3863. 根據任務書的任務及文獻調研結果，初步擬定的執行<實施）方案 <含具體進度計劃）。1）實驗目的a. 了解 CMOS 一般的制造工藝b. 掌握 CMOS 的簡單原理c. 了解比較器的構成和原理d. 學會使用仿真軟件2）畢業設計流程圖理解畢業設計和明確實驗目的在理解課題的情況下查閱相關資料理解畢業設計中比較器的功能在理解的基礎上進行模塊搭建并進行模擬仿真，記錄相關的實驗數據記錄畢業設計的過程，總結畢業設計的經3）擬采用的比較器結構實現保護電路圖 7 為可能實現保護電路的比較器結構。M0和M1構成N 溝道鎖存電路，M7和M8構成P 溝道所存電路，SR觸發器由兩

14、個NOR門電路構成。CK1為采樣相，CK2 為積分相，比較器工作有兩個階段：預置期和再建期。比較器在采樣相將數據所存并輸出結果，在積分相將控制反饋電路中的參考電壓。個人資料整理僅限學習使用圖 7 擬采用的比較器原理圖畢業設計 <論文）進度計劃起訖日期工作內容備 注2月 23日3月 20日開題報告接收任務，收集資料，完成硬件<14 周）電路設計方案，完成開題報告3月 23日4月 10日用 HSpice 軟件進行仿真熟練運用仿真軟件<57 周）4月 13日5月 22日分析結果，撰寫畢業論完成前仿真和畢業論文<813 周）文5月 25日5月 28日上交畢業論文完成審查、驗收工作<14 周上半周）5月 29日6月 5日<14 周下半周 15畢業答辯完成畢業答辯工作周）6月 8日6月 12日所有工作收尾、總結完