构建一个简单的具有高/低压保护的电子断路器

电压波动一直是一个问题，是交流电器大部分故障的原因。无论是像烤面包机这样的普通家用电器，还是像CNC这样的高性能工业机器，所有东西都有一个额定电压，只有在该电压下，它才能以最大效率运行而不会出现问题。不幸的是，由于各种原因，我们的家用/工业线路无法为我们提供额定电压，因此在本项目中，我们将构建一个简单的电子断路器，当检测到高/低电压时，它可以触发继电器断开负载。

该项目围绕著名的运算放大器LM358设计。我们将使运算放大器在差分模式下工作，从而将当前电压与预设电压进行比较。整个项目可以建在面包板上（电力线除外），并且可以立即工作。所以让我们开始吧.....

断路器所需组件：

LM358 （双封装运算放大器）

7805 （+5V 稳压器）

12V降压变压器

5V 继电器

BC547 （2号）

10K可变锅

1K，2K，2.2K，10K，5.1K电阻器

100uF、10uF、0.1uF 电容器

二极管桥

连接线

面包板

电路图：

下图给出了电子断路器的完整原理图。进一步阅读以了解相同的解释。

电路说明：

如上面的断路器原理图所示，它非常简单，只是一堆电阻器、电容器和其他东西。但这一切背后到底发生了什么。如何选择组件的值，它们在这里的作用是什么？

我试图通过将它们分成每个部分并在下面解释来回答这个问题。

电源部分：

运算放大器是该电子断路器图的核心。我们需要一个稳定的5V电源来为该运算放大器供电。此外，我们还需要将电流电压（任何特定时间的电压）馈送到运算放大器。运算放大器只能处理高达5V的电压，因为它由5V供电。因此，我们需要将输入交流电压（220V AC）转换为0-5V DC。

所以上面的电路解决了两个目的。

提供恒定的 5V 用于为电路上电

将运算放大器的输入交流电压降至 0-5V

为了实现这一目标，我们使用了一个 12V 降压变压器，它将 220V AC 转换为 12V AC，然后我们用二极管桥将其整流到 12V DC（大约），然后使用 7805 稳压器将电压调节到 5V。输入电压的任何变化都会影响二极管桥输出侧的电压值。因此，该电压可以被视为交流电源的“电流电压”。通过使用5.1K电阻和10K POT（形成电位分压器），我们将电压映射在0-5V之间。

运算放大器部分：

本节是进行比较的部分。我们在运算放大器部分有两个细分。一个用于将“当前电压”与高压值进行比较，另一个用于与低电压值进行比较。下图显示了这两个部分。

上面所示的运算放大器电路是运算放大器的差分模式。运算放大器确实是大多数电子电路的主力，它具有许多操作模式和应用，如求和，减法，放大等...我们在这里将其用作电压比较器。

那么什么是电压比较器，为什么我们在这里需要它们？

在我们的例子中，电压比较器比较引脚3和2之间的电压，如果引脚3上的电压大于引脚2，则引脚1的输出变高（3.6V），否则输出将为0V。我们将“电流电压”与预设的高低压进行比较，以获得高/低电压触发。

在上面所示的电路中，使用电阻1K和2K在引脚2上设置低电压阈值。高电压门限使用 1K 和 2.2K 电阻在引脚 5 上设置。

使用这些电阻形成一个分压器，并提供一个3.33V的低电压切断和3.43V的高压截止。这意味着，只有当“电流电压”在3.33V至3.43V之间时，两个运算放大器才会变为高电平。

注意：我将阈值电压设置为 3.33V 和 3.43 伏，因为我的上限截止电压为 230V，爱人截止电压为 220V。您可以相应地设置它们，然后通过使用10K电位器来控制“电流电压”来校准电路。

继电器部分：

这是我们连接交流负载的地方。继电器用于打开/关闭交流负载。

如运算放大器部分所述。只有当电压介于高电压和低压截止限值之间时，两个运算放大器才会变高。因此，只有当运算放大器的输出都为高电平时，我们才必须打开交流负载。这里的“低压触发”和“高压触发”分别是引脚1和引脚7的输出。

只有当两者都为高电平时，继电器才会接地并触发。通过继电器连接的交流负载（此处为灯）id。1K电阻用于限流。

一旦您了解了电路的工作原理，使其工作就不是问题。只需连接电路并使用 10K 电位器在“高压触发器”和“低压触发器”之间设置我们的“电流电压”。现在，如果交流主电压有任何变化，您的运算放大器中的任何一个都将变低，您的继电器将关闭，从而关闭与其连接的负载。

您还可以使用此处附带的仿真文件，根据高电压或低压阈值验证/修改电路。

仿真使用电位计来改变输入电压，并使用绿色LED作为负载。您还可以监控每个端子的电压值，这将帮助您更好地了解电路。

希望您喜欢这个断路器项目并了解其背后的工作。该项目的完整工作可以在下面的视频中看到。

该项目存在以下缺点，您可能需要考虑这些缺点，以防万一对您有意义。

这里测量的电压不是Vrms电压。该值也会受到峰值和波纹的影响

如果电压逐渐下降/上升，您的负载可能会遇到开关效应（在大多数情况下不会）。

请勿连接消耗电流超过 5A 的负载。这很可能会杀死您的中继及其驱动程序。