本實用新型涉及電源穩(wěn)壓技術，特別涉及的是一種具有漏電保護功能的線性直流穩(wěn)壓電源。

背景技術：

電不僅是各行各業(yè)迅速發(fā)展的前進力，也是一個國家的經濟動脈。所以說，各行各業(yè)都與電有著緊密的聯(lián)系。即便如此，電也是一把雙刃劍，它也會有自己的不足之處，在使用電時也伴隨著風險。這些危險可能就發(fā)生在一些不正確的安裝方式或者是質量不達標的電氣設備上，如此，就有可能帶來電氣事故隱患，更甚于威脅到人的生命財產安全。眾所周知，漏電現(xiàn)象在我們日常生活中時有發(fā)生，伴隨而來的漏電危害也不容小覷。因而需要帶有漏電保護功能的電源裝置，來避免電的災害。在常規(guī)的電源電路中，加入漏電保護裝置，并且設定好漏電電流，當經過電流大于設定值時即斷開電路進行保護，故障排除后恢復供電，可以實現(xiàn)電源的漏電保護。但是一般的穩(wěn)壓電路，正常工作的輸入電壓范圍受限，低值要比輸出電壓高2-3V，過高又易致調整管過耗。因此目前帶有漏電保護功能的直流電源存在著低精度、高壓差、輸入范圍窄等缺點。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種具有漏電保護功能的線性直流穩(wěn)壓電源，具有寬輸入、低壓差、高精度等優(yōu)點。

為解決上述問題，本實用新型提出一種具有漏電保護功能的線性直流穩(wěn)壓電源，包括直流穩(wěn)壓電源電路、漏電保護電路；

所述直流穩(wěn)壓電源電路包括穩(wěn)壓調整模塊、基準電壓模塊和反饋調整模塊；所述穩(wěn)壓調整模塊用以實現(xiàn)寬范圍直流電壓輸入的穩(wěn)壓調整，輸出穩(wěn)壓電壓；所述基準電壓模塊用以根據所述穩(wěn)壓調整模塊輸出的穩(wěn)壓電壓得到基準電壓；所述反饋調整模塊用以對采樣的輸出電壓與基準電壓比較放大后，反饋給所述穩(wěn)壓調整模塊進行穩(wěn)壓調整；

所述漏電保護電路包括漏電保護模塊及單片機控制器；所述漏電保護模塊用以檢測連接在所述直流穩(wěn)壓電路的輸出端上的漏電電流，并將漏電電流信息傳輸給單片機控制器，在單片機控制器的控制下進行漏電保護。

根據本實用新型的一個實施例，所述直流穩(wěn)壓電源電路包括：

第一大功率三極管，其發(fā)射極作為直流穩(wěn)壓電源電路的輸入端接收所述輸入電壓，其集電極作為直流穩(wěn)壓電源電路的輸出端輸出所述輸出電壓；

第二大功率三極管，其發(fā)射極連接所述第一大功率三極管的發(fā)射極，其基極通過第一電阻連接到所述第一大功率三極管的發(fā)射極，其集電極連接所述第一大功率三極管的基極并通過第二電阻連接到地端；

三端可調電壓源，其正極連接地端，其負極通過第三電阻連接到所述第一大功率三極管的集電極，其參考極連接其負極并生成基準電壓；

采樣電阻網，連接在所述第一大功率三極管的集電極和地端之間；

比較放大三極管，其基極連接所述采樣電阻網并接收采樣的輸出電壓，其發(fā)射極連接所述三端可調電壓源的負極并接收基準電壓，其集電極通過第四電阻連接到所述第二大功率三極管的基極。

根據本實用新型的一個實施例，所述直流穩(wěn)壓電源電路還包括第一濾波電容和第二濾波電容，以濾除紋波；所述第一濾波電容連接在所述第一大功率三極管的集電極和地端之間；所述第二濾波電容連接在所述第一大功率三極管的集電極和比較放大三極管的基極之間。

根據本實用新型的一個實施例，所述采樣電阻網包括第五電阻、變阻器和第六電阻；所述第五電阻的第一端連接所述第一大功率三極管的集電極；所述變阻器的兩個固定端分別連接所述第五電阻的第二端和第六電阻的第一端，所述變阻器的可調端連接所述比較放大三極管的基極；所述第六電阻的第二端連接地端。

根據本實用新型的一個實施例，所述第一大功率三極管和第二大功率三極管均采用型號為TIP42C的大功率三極管。

根據本實用新型的一個實施例，所述三端可調電壓源采用型號為TL431的三端可調電壓源。

根據本實用新型的一個實施例，所述漏電保護電路包括漏電檢測模塊、單片機控制器和保護執(zhí)行模塊；

所述漏電檢測模塊包括分流支路和第一放大器；所述分流支路連接在所述直流穩(wěn)壓電源電路的輸出端和地端之間，檢測電流分流量；所述第一放大器接收所述電流分流量并放大之后，輸出結果信號；

所述單片機控制器通過模數轉換芯片結構接收所述結果信號，根據結果信號確定漏電電流并與預設值比較，在漏電電流過大時輸出斷開控制信號；

所述保護執(zhí)行模塊包括開關管和繼電器模塊，所述開關管響應于所述斷開控制信號而驅動繼電器模塊動作，以使負載斷開。

根據本實用新型的一個實施例，所述單片機控制器控制所述保護執(zhí)行模塊實現(xiàn)負載斷開后自鎖，所述單片機控制器還連接保護恢復按鈕，響應于保護恢復按鈕的輸入信號而恢復給負載供電。

根據本實用新型的一個實施例，所述分流支路包括第七電阻和第八電阻，第七電阻的第一端連接所述直流穩(wěn)壓電源電路的輸出端，第七電阻的第二端和第八電阻的第一端連接在一起并連接到第一放大器的一輸入端，第八電阻的第二端連接地端。

根據本實用新型的一個實施例，所述漏電檢測模塊還包括漏電模擬電阻，連接在所述第七電阻的第一端和所述直流穩(wěn)壓電源電路的輸出端之間，漏電模擬電阻的阻值可變，阻值變化使得模擬漏電電流變化，單片機控制器在漏電電流過大時輸出斷開控制信號。

根據本實用新型的一個實施例，還包括實時功率檢測模塊，包括：

電流取樣電阻，與負載串聯(lián)，并連接在負載和地端之間；

第二放大器，其正輸入端連接所述電流取樣電阻與負載連接的端點，接收取樣電流，將取樣電流放大后輸出到單片機控制器中，單片機控制器根據取樣電流確定實時功率。

采用上述技術方案后，本實用新型相比現(xiàn)有技術具有以下有益效果：通過穩(wěn)壓調整模塊進行穩(wěn)壓調整，并在反饋調整模塊對于輸出電壓和基準電壓比較變化的反饋作用下，自動工作在恰當的放大調整狀態(tài)下，不會飽和或截止，從而有效地擴大了電路的輸入電壓范圍，實現(xiàn)了寬范圍輸入、低壓差。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的具有漏電保護功能的線性直流穩(wěn)壓電源的結構框圖；

圖2是本實用新型實施例的直流穩(wěn)壓電源電路的電路結構示意圖；

圖3是本實用新型實施例的漏電檢測模塊和保護執(zhí)行模塊的電路結構示意圖；

圖4是本實用新型實施例的單片機控制器的電路結構示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式做詳細的說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施的限制。

參看圖1，本實施例的具有漏電保護功能的線性直流穩(wěn)壓電源，包括直流穩(wěn)壓電源電路、漏電保護電路。其中，直流穩(wěn)壓電源電路連接直流電壓輸入裝置，漏電保護電路包括漏電保護模塊及單片機控制器。

直流穩(wěn)壓電源電路包括穩(wěn)壓調整模塊、基準電壓模塊和反饋調整模塊。穩(wěn)壓調整模塊用以實現(xiàn)寬范圍直流電壓輸入并對輸入電壓進行穩(wěn)壓調整，輸出穩(wěn)壓電壓；基準電壓模塊用以將穩(wěn)壓調整模塊輸出的穩(wěn)壓電壓進行再穩(wěn)壓，得到精準的基準電壓；反饋調整模塊用以對采樣的輸出電壓與基準電壓比較放大后，反饋給穩(wěn)壓調整模塊進行穩(wěn)壓調整。在反饋調整模塊的反饋作用下，穩(wěn)壓調整模塊自動工作在恰當的放大調整狀態(tài)下，不會飽和或截止，從而有效地擴大了電路的輸入電壓范圍，并能夠起到穩(wěn)壓調整的作用。

漏電保護電路包括漏電保護模塊及單片機控制器。漏電保護模塊用以檢測連接在直流穩(wěn)壓電路的輸出端上的漏電電流，并將漏電電流信息傳輸給單片機控制器，單片機控制器根據漏電電流信息控制負載的接入或斷開，進行漏電保護。

具體來說，參看圖2，直流穩(wěn)壓電源電路可以包括：第一大功率三極管Q1，第一大功率三極管Q1的發(fā)射極作為直流穩(wěn)壓電源電路的輸入端接收輸入電壓，第一大功率三極管Q1的集電極作為直流穩(wěn)壓電源電路的輸出端輸出所需穩(wěn)壓后的輸出電壓；第二大功率三極管Q2，第二大功率三極管Q2的發(fā)射極連接第一大功率三極管Q1的發(fā)射極，第二大功率三極管Q2的基極通過第一電阻R10連接到第一大功率三極管Q1的發(fā)射極，第二大功率三極管Q2的集電極連接第一大功率三極管Q1的基極并通過第二電阻R9連接到地端；三端可調電壓源U2，三端可調電壓源U2的正極連接地端，三端可調電壓源U2的負極通過第三電阻R11連接到第一大功率三極管Q1的集電極，三端可調電壓源U2的參考極連接三端可調電壓源U2的負極并在負極生成基準電壓；采樣電阻網，采樣電阻網連接在第一大功率三極管Q1的集電極和地端之間；比較放大三極管Q3，比較放大三極管Q3的基極連接采樣電阻網并接收采樣的輸出電壓，比較放大三極管Q3的發(fā)射極連接三端可調電壓源U2的負極并接收基準電壓，比較放大三極管Q3的集電極通過第四電阻R12連接到第二大功率三極管Q2的基極。

直流穩(wěn)壓電源電路在工作過程中，穩(wěn)壓過程為，輸出電壓增大時，依次發(fā)生以下變化，比較放大三極管Q3的基極電壓增大，比較放大三極管Q3的集電極電壓減小，第二大功率三極管Q2的基極電壓減小，第二大功率三極管Q2的集電極增大，第一大功率三極管Q1的基極電壓增大，第一大功率三極管Q1的集電極電壓減小，從而輸出電壓便減小，實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)壓輸出。

第一大功率三極管Q1、第二大功率三極管Q2共同作為調整管進行穩(wěn)壓。在較大的輸入電壓變化范圍內(輸入電壓變化范圍可以在5.5-25V之間)，第二大功率三極管Q2在第二電阻R9和第一電阻R10的偏置作用下始終能工作于導通放大狀態(tài)，第二大功率三極管Q2的集電極電壓能自動根據輸入電壓(也就是Q2發(fā)射極電壓)的變化和輸出反饋回來的電壓(第二大功率三極管Q2的基極電壓)的變化而變，這樣可以確保第一大功率三極管Q1始終能工作于恰當的放大調整狀態(tài)而不會飽和或截至，從而有效擴大電路的輸入電壓范圍。

較佳的，直流穩(wěn)壓電源電路還可以包括第一濾波電容(C1、C2并聯(lián)而成)和第二濾波電容C3，以濾除紋波，改善輸出特性。第一濾波電容連接在第一大功率三極管Q1的集電極和地端之間；第二濾波電容連接在第一大功率三極管Q1的集電極和比較放大三極管Q3的基極之間。

可選的，采樣電阻網可以包括第五電阻R13、變阻器R15和第六電阻R14。第五電阻R13的第一端連接第一大功率三極管Q1的集電極；變阻器R15的兩個固定端分別連接第五電阻R13的第二端和第六電阻R14的第一端，變阻器R15的可調端連接比較放大三極Q3管的基極；第六電阻R14的第二端連接地端。

第五電阻R13、變阻器R15和第六電阻R14為輸出電壓的采樣電阻，調節(jié)變阻器R15的可調端位置，可以調節(jié)比較放大三極Q3管的基極的電壓，從而得到更合適的比較值，在所需生成的輸出電壓改變時，通過調節(jié)比較放大三極Q3管的基極的電壓即可修正比較放大值，從而實現(xiàn)整個電路的穩(wěn)壓功能。

優(yōu)選的，第一大功率三極管Q1和第二大功率三極管Q2均采用型號為TIP42C的大功率三極管。TIP42C是PNP型功率三極管，主要功能是放大信號。在本實施例中可作為穩(wěn)壓調整管使用，來調整輸出電壓避免出現(xiàn)紋波、不穩(wěn)等現(xiàn)象。另一功能就是作為功放管使用。比較放大三極管Q3可以為型號9013的NPN三極管。

采用分立元件電路，大功率器件作為調整管。大功率器件可選為雙極性晶體三極管或MOS(金屬氧化物半導體)管。優(yōu)選采用PNP三極管TIP42C，最大電流允許值達到6A，完全滿足要求電流，同時高耐壓值可以達到100V，尤其它的低壓差能控制在0.5V左右，而且性價比高、功耗低。

三端可調電壓源U2采用型號為TL431的三端可調電壓源。TL431是一個可控性高的、精密性好的穩(wěn)壓源。很大程度上，它的功能與穩(wěn)壓二極管相似，主要在電路中進行穩(wěn)壓，避免電路出現(xiàn)輸出電壓不穩(wěn)定等異?，F(xiàn)象。

利用大功率三極管TIP42C對輸入直流電壓進行穩(wěn)壓，同時并聯(lián)上電解電容對輸入電壓進行濾波，采用熱穩(wěn)定性能好的三端可調電壓源U2再次穩(wěn)壓，最后用電位器進行調試以求達到穩(wěn)定輸出5V。

參看圖3和圖4，漏電保護電路包括漏電檢測模塊、單片機控制器U3和保護執(zhí)行模塊。漏電檢測模塊包括分流支路和第一放大器U1B；分流支路連接在直流穩(wěn)壓電源電路的輸出端和地端之間，檢測電流分流量；第一放大器U1B接收電流分流量并放大之后，輸出結果信號。單片機控制器U3通過模數轉換芯片U5接收結果信號，根據結果信號確定漏電電流并與預設值比較，在漏電電流過大時輸出斷開控制信號。保護執(zhí)行模塊包括開關管Q4和繼電器模塊K1，開關管Q4響應于斷開控制信號而驅動繼電器模塊K1動作，以使負載斷開。漏電檢測是用來檢測電路是否有其他漏電通路，比如家庭用電中的墻體漏電、電熱水器里的機殼漏電等，在非正常路徑出現(xiàn)電流超出限值時，進行動作保護。

優(yōu)選的，開關管Q4為型號為S8550的三極管，S8550是一種低電壓大電流小信號的三極管，在電路中起到電子開關作用有導通和截止兩種狀態(tài)。當漏電電流小時，單片機P3.1口輸出為高電平，三極管S8550截止，繼電器模塊K1不得電，常閉觸電接通，電源給負載RL正常供電。當漏電電流大于30mA時，單片機控制器U3的P3.1口輸出轉為低電平輸出，三極管S8550導通，繼電器模塊K1得電工作，常閉觸電斷開，由此負載RL不能獲得輸出電壓，從而保護電路。負載RL連接在直流穩(wěn)壓電源電路的輸出端。

優(yōu)選的，單片機控制器U3控制保護執(zhí)行模塊實現(xiàn)負載RL斷開后自鎖，實現(xiàn)漏電保護的自鎖。單片機控制器U3還連接保護恢復按鈕(圖中未標記)，單片機控制器U3響應于保護恢復按鈕的輸入信號而控制保護執(zhí)行模塊，恢復給負載RL供電。

在圖3中，在開關管Q4的輸出端上還連接一二極管D1，其負極朝向直流穩(wěn)壓電源電路的輸出端連接。

分流支路包括第七電阻R1和第八電阻R4，第七電阻R1的第一端連接直流穩(wěn)壓電源電路的輸出端，第七電阻R1的第二端和第八電阻R4的第一端連接在一起并連接到第一放大器U1B的一輸入端(正輸入端)，第八電阻R4的第二端連接地端。第一放大器U1B的負輸入端通過電阻R3連接地端，第一放大器U1B的負輸入端還通過電阻R5連接第一放大器U1B的輸出端。

第一放大器U1B優(yōu)選為同相比例放大器。直接在漏電流處利用同相比例放大器采集漏電電流。優(yōu)點是不存在運放值差，運放信號容易休整，數據線性處理比較容易。

在一個實施例中，漏電檢測模塊還包括漏電模擬電阻R，連接在第七電阻R1的第一端和直流穩(wěn)壓電源電路的輸出端之間，漏電模擬電阻的阻值可變，阻值變化使得模擬漏電電流變化，單片機控制器U3在漏電電流過大時輸出斷開控制信號。

漏電模擬電阻R、第七電阻R1、第八電阻R4支路構成模擬漏電支路，R值變化對應調整模擬的漏電電流變化，漏電電流越大，第一放大器U1B的正輸入端電壓越高，第一放大器U1B的輸出端電壓就越高，輸出送至模數轉換芯片U5的接口ADC0，經模數轉換芯片U5輸出給單片機控制器U3，單片機控制器U3中得出電路當前漏電電流大小，如超出設定值，單片機控制器U3的接口MCU_IO-P3.1輸出切換為高電平，啟動漏電保護。通過設置模擬漏電支路可以檢測漏電保護裝置是否能夠正常工作，以便及時維修。

參看圖3，可選的，具有漏電保護功能的線性直流穩(wěn)壓電源還包括實時功率檢測模塊，包括：電流取樣電阻R6，與負載RL串聯(lián)，并連接在負載RL和地端之間；第二放大器U1A，第二放大器U1A的正輸入端連接電流取樣電阻R6與負載RL連接的端點，接收取樣電流，將取樣電流放大后輸出到單片機控制器U3中，單片機控制器U3根據取樣電流確定實時功率。在圖2中，第二放大器U1A的負輸入端通過電阻R7連接地端，第二放大器U1A的負輸入端還通過電阻R8連接第二放大器U1A的輸出端。第二放大器U1A的輸出端輸出負載取樣電流放大信號，傳輸給模數轉換芯片U5的接口ADC1，繼而傳輸給單片機控制器U3，單片機控制器U3取樣電流確定實時功率，該實時功率是正常負載上得到的功率，為理論上5V乘以檢測到的輸出電流。

第一放大器U1A和第二放大器U1A可以采用型號為PCF8591的芯片，PCF8591是一個具有I^2C總線接口的8位A/D、D/A轉換器。因為自身內部已經具有模擬量輸入和輸出，所以不需要再進行外部接線，減少了電路的復雜程度，同時也提高了電路的正確性，查找也方便。PCF8591自身在不增加硬件的情況下就可以利用三路總線進行軟件編程，除此之外每一條總線還可以單獨連接多種同種類型器件這也是PCF8591的另一優(yōu)勢，而在本實施例中該器件的主要用于對采集過來的信號進行模/數轉換，再傳入單片機控制器U3中。優(yōu)選的，單片機控制器U3采用STC89C52單片機，在工作環(huán)境、工作效率、產品性能等諸多方面都展現(xiàn)了它的優(yōu)越性。

繼續(xù)參看圖3，在一個實施例中，單片機控制器U3的接口P2.0還連接漏電裝置復原按鈕。在單片機的接口P0還連接有1602液晶顯示屏U4。在1602液晶顯示屏U4上可以顯示漏電電流信息及實時功率信息等。

優(yōu)選的，全部電阻采用高精度電阻，以達到高精度要求。

本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權利要求，任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本實用新型的保護范圍應當以本實用新型權利要求所界定的范圍為準。