日常生活中，我們會用到用到各種各樣的電氣設備。由于電網(wǎng)中大功率設備的存在使電網(wǎng)電壓會產(chǎn)生波動，而電壓過高或過低都會對用戶產(chǎn)生影響，用電器可能無法正常工作甚至損壞。因此，我們提出了過欠壓提示保護電路，當電壓異常時及時提示用戶，并斷開電路，以達到保護用電器的目的。

　　電源模塊的設計電源設計圖：

　　電源模塊采用10 TO 1 的變壓器降壓，1A／50V橋式整流電路進行整流，RCπ型濾波器進行濾波。當通以220V的交流電壓時，經(jīng)過變壓器降壓后，電壓測量值為21.978V；通過由4個相同型號的二極管組成的橋式整流電路后，得到14.725V直流電壓；再通過RCπ型濾波器的濾波、穩(wěn)壓功能，并通過電阻分壓，采集到電壓比較器變化端，最終得到9.692V的直流電壓。

　　 比較模塊的設計

　　過壓比較器同相輸入端與欠壓比較器反相輸入端端接電源部分采集到的電壓，過壓比較器的反相輸入端與欠壓比較器的同相輸入端則可以端接兩種電路，這個部分經(jīng)過查閱資料與討論，制定出兩套方案：

　　方案一：可以通過電源部分分別將250v與180v所對應的電壓測試出來，分別為11.158v與7.89v。然后分別在過壓與欠壓比較器的相應輸入端接入相同電壓值的直流電源。

　　方案二：從電源部分的輸入端接并聯(lián)個單相橋式整流電容濾波電路，對其輸出電壓進行穩(wěn)壓，使其電壓值高于或等于250v所對應的電壓，這個電壓值為基準電壓，經(jīng)過測試后為11.77v，在過壓與欠壓比較器的相應輸入端接入一個滑動比較器，起調(diào)節(jié)基準電壓的作用，然后將基準電壓與滑動變阻器連接，這時便可以通過滑動變阻器將基準電壓調(diào)節(jié)為兩個比較器的標準電壓。

　　通過分析比較，第二種方案較第一種方案更加節(jié)省成本，不需要更換直流電源，并且，還可以對標準電壓進行調(diào)節(jié)，使其適用于不同的要求。因此我組決定采用第二種方案。如圖所示：

　　所以整個比較電路設計：

　　由于本設計要求實現(xiàn)欠電壓報警、保護的作用，故可以選擇簡單易于實現(xiàn)的單門限電壓比較器來實現(xiàn)比較功能。單門限電壓比較器采用簡單的運放OPAMP，過壓比較器同相輸入端與欠壓比較器反相輸入端端接電源部分采集到的輸出電壓；另外兩個輸入端采取上述方法從而實現(xiàn)電網(wǎng)電壓經(jīng)變壓器、整流電路、濾波電路后與其基準值相比較的目的。輸入從同相端進，當電網(wǎng)電壓比基準電壓大時，比較器輸出電壓Vo向正向跳變；當電網(wǎng)電壓比基準電壓小時，比較器輸出電壓Vo向負向跳變。如圖所示：

　　重要部件介紹

　　（1）變壓器

　　變壓器是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器等。

　　（2）單相橋式整流電路

　　整流電路在工作時，電路中的四只二極管都是作為開關運用，根據(jù)電路圖可知：當正半周時，二極管D1、D3導通（D2、D4截止），在負載電阻上得到正弦波的正半周；當負半周時，二極管D2、D4導通（D1、D3截止），在負載電阻上得到正弦波的負半周。

　　（3）LM7812

　　LM7812是指三段穩(wěn)壓集成電路IC芯片元器件，適用于各種電源穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動保護

　　LM7812是指三段穩(wěn)壓集成電路IC芯片元器件，適用于各種電源穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動保護。

　　（4）雙限比較器

　　電路由兩個LM258組成一個窗口比較器。當被比較的信號電壓Uin位于門限電壓之間時（UR1《Uin《UR2），輸出為高電位（UO=UOH）。當Uin不在門限電位范圍之間時，（Uin》UR2或Uin《UR1）輸出為低電位（UO=UOL），窗口電壓ΔU=UR2-UR1。它可用來判斷輸入信號電位是否位于指定門限電位之間。

　　LM358

　　LM358是雙運算放大器。內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)倪\算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。

　　（5）繼電器

　　繼電器是具有隔離功能的自動開關元件，廣泛應用于遙控，遙測，通訊，自動控制，機電一體化及電力電子設備中，是最重要的控制元件之一。繼電器實質(zhì)是一種傳遞信號的電器。

　　電子開關與繼電器相比，不如繼電器。因為繼電器有以下好處：

　　1.與開關配合，實現(xiàn)了自動控制；

　　2.實現(xiàn)了控制回路與主回路的電氣隔離；

　　3.觸點電壓電流都比較大。

　　調(diào)試

　　在初步的設計完電路后，使用仿真軟件進行仿真，發(fā)現(xiàn)有很多問題，電路無法運行過去，因此我組進行分區(qū)域排除。

　　（1）首先對電源部分，使用示波器與電壓表進行測試，并進行元件參數(shù)的改變，結(jié)果如下圖所示：

　　（2）基準電壓的調(diào)試，它主要是靠穩(wěn)壓二極管來穩(wěn)定電壓，不管輸入電壓為多少，其都為穩(wěn)壓二極管的電壓值，開始時發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓二極管沒有起到應有的作用，無法對電壓進行穩(wěn)定，經(jīng)過電壓表的測定后，發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)壓值太低，因此查閱相關數(shù)據(jù)，選擇了IN600B的穩(wěn)壓二極管，可以滿足基準電壓的幅值。

　　（3）調(diào)試到電磁繼電器時，發(fā)現(xiàn)無論輸入電壓是多少，繼電器都是處于閉合狀態(tài)，無法使其工作，將開關吸合住，也就無法起到過\欠壓切斷電路的作用，經(jīng)過小組討論與數(shù)據(jù)測試后發(fā)現(xiàn)，原因是電磁繼電器兩端電壓無法達到其工作電壓，因此其始終不工作，在更換繼電器型號后，此問題也被解決。

　　（4）發(fā)光二極管的發(fā)光問題，在改變輸入電壓值后，發(fā)現(xiàn)其發(fā)光不可控，準確的說是其發(fā)光不按照一開始設計的要求進行發(fā)光，在經(jīng)過前面的問題處理后，就先進行了發(fā)光二級管兩端電壓的測試，發(fā)現(xiàn)根本無法達到工作電壓，經(jīng)過測試，發(fā)紅光二極管的工作電壓大概在1.6v左右，因此將與二極管串接的電阻值改小，使二極管兩端電壓達到工作電壓，問題也就圓滿解決。

　　仿真

　　（1）、欠電壓狀態(tài)為了模擬欠電壓狀態(tài)，我們?nèi)藶榈膶⑤斎腚妷焊臑?50v，并且用電壓表測量了欠壓部分反相輸入端電壓Ui，得到如下圖所示結(jié)果：

　　從圖中可以看出，電壓Ui=6.476V小于基準電壓7.89V，報警電路LED2綠燈亮，表示此時電網(wǎng)欠電壓。可見，此時的仿真結(jié)果與我們假設并改變的電網(wǎng)電壓170V為欠電壓相一致。

　　（2）過電壓狀態(tài)

　　人為的將輸入電壓改為300V，模擬過電壓狀態(tài)，用電壓表測量過壓部分的同相輸入端電壓Ui，得到如下圖所示結(jié)果：

　　據(jù)圖觀察，此時Ui=13.504V大于基準電壓11.158V，報警電路LED1紅燈亮，表示此時電網(wǎng)過電壓。可見，此時的仿真結(jié)果與我們假設并改變的電網(wǎng)電壓250V為過電壓相一致。

　　13 燈亮，表示此時電網(wǎng)欠電壓。可見，此時的仿真結(jié)果與我們假設并改變的電網(wǎng)電壓170V為欠電壓相一致。（2）、過電壓狀態(tài)人為的將輸入電壓改為300V，模擬過電壓狀態(tài)，用電壓表測量過壓部分的同相輸入端電壓Ui，得到如下圖所示結(jié)果：據(jù)圖觀察，此時Ui=13.504V大于基準電壓11.158V，報警電路LED1紅燈亮，表示此時電網(wǎng)過電壓。可見，此時的仿真結(jié)果與我們假設并改變的電網(wǎng)電壓250V為過電壓相一致。

　　（3）、正常狀態(tài)

　　人為的將輸入電壓改為220V，模擬用電設備正常工作，結(jié)果如下圖：

　　從圖中看出，燈泡正常發(fā)光，兩個LED燈都不發(fā)光，表示此時電路正常工作可見，此時的仿真結(jié)果與我們假設并改變的電網(wǎng)電壓220V為正常電壓相一致。