自动控制限流开关的设计与原理
2007/10/10 14:06:42 电源在线网
本文简单介绍了自动控制限流开关的原理及设计，简略概述了开关电路中的整流稳压电路和控制电路的设计要点。
随着中国经济的飞速发展，各种用电设备日渐增多，许多送电线路不堪重负，时常引起故障乃至火灾。为了保护些用电设备正常工作，需要定额限流设备。但是，现有的限流开关大多只能实现自动切断电路而不能自动恢复供电。针对这个问题，我们设计了一种产品。本文介绍的限流开关克服了其他限流开关的部分缺点，是适合各种电路和用电设备的配套装置。
电路的设计和原理
自动控制限流开关的设计，关键是在用户电路过载时自动切断控制，而当负载降低时自动限流开关开始作用，恢复供电。基于该种功能，此电路必须对用户电路信号进行取样，用取样信号来控制电路的通断，取样功能可由一个互感器电路来实现，电路开关则由继电器来实现。控制电路部分用两个三极管和555型时基集成电路来实现，如图1所示，因为555型时基集成电路在结构上由模拟电路和数字电路组合而成，将逻辑功能和模拟功能兼容为一体。同时，其输入电平不一定是逻辑电平，也可以是模拟电路电平，而且，555型时基集成电路的最大输出电流高达200mA，负载能力强，可以直接驱动小电机和继电器等负载。
图1 控制电路
继电器和555型时基集成电路需要工作电压，因此，开关电路中必须有整流稳压电路，由此可见，这种开关电路大致分为整流稳压电路和控制电路两个部分。
(1) 整流稳压电路
220V电压通过L1变压器得到15V交流电压，再通过电桥整流，在C4上得到15V直流电压，再通过7812的第一个引脚输入，第二个引脚得到12V直流电压，此电压用于驱动继电器的线圈，同时提供三极管的偏置电压。
(2) 控制电路
· 555型时基电路
555型时基集成电路的引脚功能如下：
1是地线，2是触发，3是输出电平，4是复位，5是控制电压，6是阀值电压，7是放电，8是电源(VDD)。 555型时基电路的等效电路如图2所示。
图2 555的等效电路
·控制电路的工作原理
用户正常用电时，互感器L2上有电流通过，这时，取样电路D5、C1、R1、R2对电路进行取样，因为用户正常用电，取样电压就是R2上的电压，不足以击穿稳压管D7，T1(9014集成块)的基极为低电平，T2(9013集成块)截止，555型时基集成电路的引脚2和引脚6的电压均为12V，并且V2=V6≥23VDD=8V。由555型时基集成电路的工作原理可知，V3=0为低电平，T2(9013集成块)截止，线包K中无电流，开关K1保持闭合，线路继续供电。当用户超额用电时，取样电路使D7导通，从而使9014的基极电压升高，使9014饱和，电容器C2通过9014放电，555型时基集成电路的引脚2、6电压降低，当V2=V6≤13VDD=4V时，V3为高电平，9013导通，而继电器J中有电流流过，继电器J动作，触点打开，线路中断供电，这时，取样电平变为0V，9014截止，C2充电，当V2=V6≥8V时，V3为0V，9013截止，继电器J中无电流，K1闭合。如果这时用户仍未移去超额负载，取样电压又使9014导通，C2放电，9013导通，K1断开，电路断开，控制电路对用户电路进行检测，直到用户移去超额负载，电路才会开始正常供电，这样，电路就实现了自动控制功能。
(3) 元件型号及参数
L1是电感器(220V15V)，L2是电感器(220V18V)，D1－D6是4001型二极管，D7是2CW62型稳压管(25V)，R1是4.7kΩ可变电阻器，R2是500Ω电阻器，R3是100kΩ电阻器，R4是2kΩ电阻器，C1、C4、C5为470μF25V电容器，C2是470μF16V电容器，C3是0.01μF16V电容器，7812是稳压集成块，T1为9014型，T2为9013型。
随着中国经济的飞速发展，各种用电设备日渐增多，许多送电线路不堪重负，时常引起故障乃至火灾。为了保护些用电设备正常工作，需要定额限流设备。但是，现有的限流开关大多只能实现自动切断电路而不能自动恢复供电。针对这个问题，我们设计了一种产品。本文介绍的限流开关克服了其他限流开关的部分缺点，是适合各种电路和用电设备的配套装置。
电路的设计和原理
自动控制限流开关的设计，关键是在用户电路过载时自动切断控制，而当负载降低时自动限流开关开始作用，恢复供电。基于该种功能，此电路必须对用户电路信号进行取样，用取样信号来控制电路的通断，取样功能可由一个互感器电路来实现，电路开关则由继电器来实现。控制电路部分用两个三极管和555型时基集成电路来实现，如图1所示，因为555型时基集成电路在结构上由模拟电路和数字电路组合而成，将逻辑功能和模拟功能兼容为一体。同时，其输入电平不一定是逻辑电平，也可以是模拟电路电平，而且，555型时基集成电路的最大输出电流高达200mA，负载能力强，可以直接驱动小电机和继电器等负载。
图1 控制电路
继电器和555型时基集成电路需要工作电压，因此，开关电路中必须有整流稳压电路，由此可见，这种开关电路大致分为整流稳压电路和控制电路两个部分。
(1) 整流稳压电路
220V电压通过L1变压器得到15V交流电压，再通过电桥整流，在C4上得到15V直流电压，再通过7812的第一个引脚输入，第二个引脚得到12V直流电压，此电压用于驱动继电器的线圈，同时提供三极管的偏置电压。
(2) 控制电路
· 555型时基电路
555型时基集成电路的引脚功能如下：
1是地线，2是触发，3是输出电平，4是复位，5是控制电压，6是阀值电压，7是放电，8是电源(VDD)。 555型时基电路的等效电路如图2所示。
图2 555的等效电路
·控制电路的工作原理
用户正常用电时，互感器L2上有电流通过，这时，取样电路D5、C1、R1、R2对电路进行取样，因为用户正常用电，取样电压就是R2上的电压，不足以击穿稳压管D7，T1(9014集成块)的基极为低电平，T2(9013集成块)截止，555型时基集成电路的引脚2和引脚6的电压均为12V，并且V2=V6≥23VDD=8V。由555型时基集成电路的工作原理可知，V3=0为低电平，T2(9013集成块)截止，线包K中无电流，开关K1保持闭合，线路继续供电。当用户超额用电时，取样电路使D7导通，从而使9014的基极电压升高，使9014饱和，电容器C2通过9014放电，555型时基集成电路的引脚2、6电压降低，当V2=V6≤13VDD=4V时，V3为高电平，9013导通，而继电器J中有电流流过，继电器J动作，触点打开，线路中断供电，这时，取样电平变为0V，9014截止，C2充电，当V2=V6≥8V时，V3为0V，9013截止，继电器J中无电流，K1闭合。如果这时用户仍未移去超额负载，取样电压又使9014导通，C2放电，9013导通，K1断开，电路断开，控制电路对用户电路进行检测，直到用户移去超额负载，电路才会开始正常供电，这样，电路就实现了自动控制功能。
(3) 元件型号及参数
L1是电感器(220V15V)，L2是电感器(220V18V)，D1－D6是4001型二极管，D7是2CW62型稳压管(25V)，R1是4.7kΩ可变电阻器，R2是500Ω电阻器，R3是100kΩ电阻器，R4是2kΩ电阻器，C1、C4、C5为470μF25V电容器，C2是470μF16V电容器，C3是0.01μF16V电容器，7812是稳压集成块，T1为9014型，T2为9013型。
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