NE555新型用电保护器的设计

NE555新型用电保护器的设计

作者：王婷 焦春秋 党博 来源：《硅谷》2012年第05期

摘 要： NE555新型用电保护器是利用利用变压器的变压特性，把市电的变化引起电压的变化情况通过变压器反映在后面的电路中，触发555单稳态计时器，进而决定着继电器的释放与吸合。从而达到保护电路设备的效果。

关键词： 555单稳态定时器；延时电路；继电器

中图分类号：H02H 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0310072－01 1 综述

近几年来，由雷电引发的灾害发生的频率呈上升趋势。随着用电器使用数量的不断增加，雷电在摧毁用电器的同时造成的火灾和触电事件也随之增加，雷电灾害的频繁发生给人们的日常生活带来了很大困扰，由于雷击瞬间产生能量大，难控制，危险性高，给人们的生活工作带来极大的影响，对国家造成的经济损失是不可估量的。由于电压不稳定对电器会造成不必要的损害，为此我们认为对电磁脉冲的防护以及对电源电压欠压保护是必要的。过流过载极易导致用电器损坏并容易造成火灾。为了方便人们的生活和工作，响应安全用电的号召，减少不必要的经济损失，至今市场上仍未出现一种安全可靠的用电保护器，而NE555新型用电保护器的设计更是填补了市场在这方面的空缺。

基于NE555新型用电保护器的工作设计包括两大部分：避雷部分，过压欠压、过流过载保护部分。 2 设计方案 2.1 设计思路

1）在电源保护器中将雷电迅速导入大地，避免因雷电沿电网进入用户造成火灾或其它的不良事故。

2）当电网供电过压、欠压或者动力电侵袭时通过采样检测和控制电路，使该电源自动断电，停止该向用电，起到保护作用。并不影响其它的其它电源的工作。

3）当负载超过规定限额时，通过控制电路该电源自动停止供电。并且在负载正常时又能自动地恢复工作。当严重超载或发生短路时，采取限流保护，减少火灾等事故发生。

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4）出现漏电触电事故时，通过保护器检测，该电源自动起保护停止工作，只有在故障排除后人工操作是电源恢复工作。

本设计包括两大部分：① 电源避雷部分；② 过压欠压，过流过载保护部分。①电源避雷部分是在雷电发生时，把将落在电源线路和天线上的超高压脉冲电流通过电容和SETCO42、SETCO45等元件导入大地，以此对电器起到保护作用；②过压欠压保护部分则是利用变压器的变压特性，把市电的变化引起电压的变化情况通过变压器反映在后面的电路中，通过稳压二极管设定基准电压与变化电压在LM339中进行比较，从而输出高、低电平，以此触发555单稳态定时器，根据其输出高、低电平的变化点亮红、绿LED灯，以此反馈电路中的过压欠压、过载过流等一些异常情况；同时555定时器输出的高、低电平决定着继电器的释放与吸合，并且随着定时器的延时来保证所接设备的正常工作，达到防止其受到损害的效果。 2.2 核心元器件与主要技术指标

LM339 继电器 NE555 SETCO42 SETCO45 主要技术指标：

温度设定范围为：-20ºC～80ºC 温度控制静态误差：≥1ºC 控制输入电压：180V≤U≤250V 2.3 集成电路的选择

集成电路的种类较多。电压的控制难度大，因而灵敏度较低。但LM339是美国一家知名公司生产的二端式集成电路，具有体积小﹑重量轻、线形度好﹑性能稳定等一系列优点。它的测压范围为0V～20V，满刻度范围误差为±0.03V，当电源电压在2～36V之间，稳定度为1%时，误差只有±0.01ºC，完全适合用于本设计对电压测量的要求。另外，LM339是温对于提高保护器抗干扰能力也有很大的帮助，完全适合用于本设计对电压测量的要求因此本设计选用LM339作为电压比较电路。

在使用LM339时，为了避免器件与水的的直接接触，应将集成电路装入保护套管中，或将器件用聚四氟乙烯﹑硬质乙烯树脂等材料密封，以避免水对电路造成危害对集成电路腐蚀和对测量精度产生影响。 3 单元电路 3.1 电路设计

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3.2 NE555

NE555只需简单的电容和电阻，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。并且其操作电源范围比较大，它的输出电平及输出触发电平均能与逻辑电路的高低电平匹配，输出端供给电流大，可直接推动多种自动控制负载，计时精度高、温度稳定性佳，且价格便宜，所以我们选择NE555计时IC。 3.3 继电器

3.3.1 继电器工作的外界环境

1）温度：外界温度一般为-5℃～40℃。昼夜平均温度一般不会超过35摄氏度。

2）湿度：是指继电器周围环境的湿度。一般不会超出继电器的正常工作范围。 3.3.2 灵敏度 1）吸合时间=25ms 2）释放时间=25ms 4 工作原理

1）当发生雷击时产生强大电压时，单元电路一中红灯亮（正常时绿灯亮），并且产生的强电流通过电容以及setco42，setco45等元件接地，过滤掉，起到防雷击保护作用，以防强电流击毁后续设备，从而达到保护电路设备的目的。

2）电源电压在180～250V，即该用电保护器处于正常工作电压范围时，单元电路二中绿灯亮，连接电器正常工作，并且可以根据其所处环境的需要对电压进行调整。

3）电源电压高于250V或低于180V时，即过压或欠压时，单元电路二中红灯亮，连接电器出现异常工作，并且自动切断电源，直至电压处于正常工作范围时恢复工作。

4）电源电压恢复到正常电压范围时，以及把电路接触不良，不慎操作等引起的电路时通时断等问题排除后，该保护器可以自动延时一段时间（比如1～10min，具体时间可由自己设定）后接通电器设备电源。

在设计方案中，我们的技术核心有：变压器、LM339、555单稳态定时器及基本的电子元器件。在保护器工作中，我们利用变压器的变压特性，把市电的变化引起电压的变化情况通过变压器反映在后面的电路中，通过稳压二极管设定基准电压与变化电压在LM339中进行比

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较，从而输出高、低电平，以此触发555单稳态定时器，根据其输出高、低电平的变化点亮红、绿LED灯，以此反馈电路中的过压欠压、过载过流等一些异常情况；同时555定时器输出的高、低电平决定着继电器的释放与吸合，并且随着定时器的延时来保证所接设备的正常工作，达到防止其受到损害的效果。 5 制作与调试 5.1 制作

为了操作和维修方便，本设计将电源及主控制部分分开单独安装，分为四个部分，四个电路分别为：采样电路、防雷电路、主控电路、延时电路。此外还增加了若干插口，以便各部件的连接。

硬件电路制作包括印刷线路板制作、焊接接等几个方面，印刷线路板的设计是在计算机上利用protel软件进行辅助设计。 5.2 调试

依次对防雷击电路、采样电路、主控电路、延时电路分别进行调试。对于动态过程可以简短的调试配合硬件电路的调试。 6 结语

本设计是一个集成电路控制智能新型保护保护器灵敏的利用继电器的通与断来控制输出，当漏电、触电、欠压、过压、过流、过载、动力电或雷电侵袭等情况出现时自动断电，并能自动恢复，并能抑制雷电，保护器稳定可靠，在日常生活、工农业生产和科学实验中都有较广的使用价值。并且使用了集成电路使电路体积微小化，简单化，精确化。使产品更加实用化。

参考文献：

[1]陈大钦，电子技术基础实验，高等教育出版社，1999. [2]童诗白，模拟电子技术基础，清华大学电子学教研组，1980. [3]中国电子网http://www.21ic.com.