基于传感与检测技术实验的电源过流保护电路研究

冯 燕，陈 林，马 蕾

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450052)

传感与检测技术、自动检测课程是我院工科专业重要的基础课程，机车车辆学院、机电工程系、电子工程系、医学技术系等多个系部均有开设，实验室使用率极高。实验设备损耗、电源短路等异常故障频发，造成实验室维修成本提高，严重影响实验效果。针对这种情况，我们设计出电源过流保护系统，在不改变原有电源固有电路的基础上，增加保护模块，实验操作时只改变了电源的外部输出接线方式，方便、实用，减少了传感与检测实验室设备成本损耗，降低设备维护量80%以上。

1 保护电路系统组成

此系统包括4 个部分:电源供电电路、基准电路、采集电路、报警电路。电路的最高输出电流是500 mA，当电路输出超过500 mA 时，保护电路动作，切断输出并报警。整个保护系统总电路图如图1 所示。

图1 保护系统总图

2 保护系统各部分组成及原理

2.1 系统电源供电电路

此部分采用LM317、LM337 两款可调电源芯片。LM317 输出电压范围是1.2～37 V，具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点;LM337 的输出电压范围是-1.2～-37V。这两款芯片供电灵活，内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。另外，这两款电源芯片的额定电流都在2 A左右，满足整个系统的供电需求，电路如图2 所示。

图2 电源部分图

2.2 系统基准电路

此部分采用2.5 V 基准源TL431，满足系统的基准要求，另外，特有的2.5 V 基准电压，正好与系统采集电路部分匹配，对于系统来说是个非常合适的基准源。电路如图3 所示。

图3 电路基准部分图

2.3 系统采集电路

此采集电路采用低失调、低噪声、高输入阻抗、低输出阻抗的运放芯片TL082。TL082 是集成放大器件，内部集成了两个运算放大器，满足设计中系统采集要求的放大器和比较器功能，方便、实用。同前期NE555 芯片比较，采用TL082 不仅简化了系统电路，而且使整个系统更灵敏、稳定系数更高。各路采集过流信号不会相互影响，全方位保护电源，使电源不受短路的损害。

系统采集分为6 路，满足实验台不同电压源的过流保护功能。分别为:可调正电压-过流信号采集电路(图4)，可调负电压-过流信号采集电路(图5)，固定+15 V-过流信号采集电路(图6)，固定-15 V-过流信号采集电路(图7)，正、负可调电压-过流信号采集电路(图8)，±15 V 可调-过流信号采集电路(图9)。

图4 可调正电压-过流信号采集电路

图4 为可调正电压-过流信号采集电路，采用低失调、低噪声、高输入阻抗、低输出阻抗的运放芯片TL082，实验信号由信号运算放大器同相输入端输入，经过同相比例放大电路进行放大后输出给由运放组成的电压比较器。电压比较器比较输入信号是否大于2.5 V，若信号幅度大则比较器输出低电平使后级三极管电路输出大电流，熔断保险丝，满足设计要求:实验台可调正电压源如果接反或短接就启动过流保护功能，保证原有正电源模块不会损坏。

图5 可调负电压-过流信号采集电路

图5 为可调负电压-过流信号采集电路，由反相比例放大电路与电压比较器组成，满足设计要求:实验台可调负电压源如果接反或短接就启动过流保护功能，保证原有负电源模块不会损坏。

图6 固定+15 V-过流信号采集电路

图7 固定-15 V-过流信号采集电路

图6、图7 由TL082 放大电路与电压比较器以及保险丝驱动电路组成，满足设计要求:实验台固定+15 V、-15V 电压源如果接反或短接就启动过流保护功能，保证原有电源模块不会损坏。

图8 正、负可调电压-过流信号采集电路

图8 为正、负可调电压-过流信号采集电路，在原正、负可调电压模块基础上增加驱动电路与蜂鸣器，当可调电压模块出现反接与短路时射级输出电路驱动蜂鸣器报警，并驱动系统中的保护继电器，切断信号输出，保护电源。

图9 为±15V 可调-过流信号采集电路，在原正、负可调电压模块基础上增加驱动电路与蜂鸣器，当可调电压模块在实验操作中出现反接与短接时射级输出电路驱动蜂鸣器报警，并驱动系统中的保护继电器，切断信号输出，保护电源。

图9 ±15 V 可调-过流信号采集电路

2.4 报警电路

当采集电路采集到过流信号时，就会驱动系统中的保护继电器，切断信号输出，保护电源，同时驱动蜂鸣器，发出报警声音，告诉用户电源已经过流，然后采取相关措施，关闭电源。可调报警电路如图10，固定报警电路如图11 所示。

图10 可调报警电路

图11 固定报警电路

3 电路的安装与测试

(1)安装的时候要把最后输出的地线与为电源箱内其他电路供电的地线分离开，因为过流信号的采样电阻是加载在地线上的，如果两个地线连在一起，保护电路就不会起作用。

(2)安装好后，直接对电源的输出进行短路测试，保护电路工作与否，会很直观地看出来。

4 电源短路保护及整个电路达到的目的

在地线上加一个0.5 Ω 的大功率电阻，输入电压经过继电器输出。当短路或过流时，运放采集到过流信号电压，把这个过流信号放大10 倍，与后级的2.5 V 基准比较，若大于2.5 V，则运放驱动后级的三极管导通，然后驱动继电器，把电源的输出断开，并报警，从而达到保护电源的目的，使电源箱内的电源避免因为短路的时候输出功率过大而烧坏。

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