电冰箱过电压欠电压保护器设计报告Word下载.docx

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1．系统概述

电冰箱对电源的波动范围有一定的要求，而供电电源，其波动幅度有时会不在电冰箱波动范围内。

当电冰箱压缩机在工作时，若遇到电网意外断电又迅速恢复供电，会使压缩机承受压力过高而受损。

为了保证电冰箱能安全工作于规定的电源范围内，并且防止压缩机受损，在电冰箱的供电电源端接入保护器是非常必要的。

本电路的电源由220V交流电经过变压器变压、整流电桥整流、滤波电路滤波，并经过稳压电路稳压后提供直流电源。

其中，U1从整流电桥的输出端取样，当市电压在正常的范围（180V～250V）

内时,电路各部分正常工作；

当市电电压超出正常范围时，控制电路控制的继电器停止工作。

555时基电路起控制延时的作用。

电路组成框图如下：

图一电路组成框图

此电路设计主要的应用电路元件包括：

变压器、整流电桥、滤波电容、三端稳压电源、窗口比较器、定时器（LM555CN）、继电器等。

电路原理

接通电源后，220V交流电经过变压器变压,整流桥式电路的整流,稳压器LM7812CT的稳压后,在RP2和RP3两端可获得大约12V的直流工作电压。

跟据变压器的变压系数，调整电位器RP2和RP3，使市电电压在正常的工作范围内，上、下比较器都输出高电平，此时三极管Q1导通，电压指示灯LED保持发亮。

因为C1两端初始值为0，LM555CN时基电路的阈值端6管脚为高电平，LM555CN时基电路复位，三极管Q2截止，继电器K1的常闭触点保持吸合，电冰箱电源被切断。

然后电源向电容C1冲电，使得2、6管脚电位下降，大约经过3～5min，可使电位降至12V的三分之一，LM555CN时基电路置位，3管脚输出高电平，Q2导通，继电器K1通电吸合，其常闭合触点K1断开，LED2绿灯亮，电冰箱正常工作。

当交流电电网意外断电时，C1存储的电荷通过R4、D3迅速释放。

当交流电电网恢复供电时，电路又要延迟大约3～5min才向电冰箱供电，从而确保电冰箱压缩机不受损坏。

当市电压升高到250V以上，上比较器输出低电平；

当市电电压下降到180V以下时，下比较器输出低电平。

只要两者中的任何一个比较器输出低电平，Q1就截止，LED就熄灭。

此时6管脚为高电平，LM555CN时基电路复位，输出端3管脚为低电平，LED1红灯亮，电冰箱电源被切断，从而使电冰箱在电压过高或过低的情况下可以自动的停止工作，保证了电冰箱能安全工作于正常的电源范围内。

当电压恢复正常时大约要延迟大约3～5min。

电冰箱保护器的原理如下：

图二电冰箱保护原理图

2.各单元电路的设计方案及原理说明

（1）电路设计方案

a）直流稳压电源

直流稳压电源的组成框图如下：

图三直流稳压电源的组成框图

作用：

把交流电压变成大小合适的、稳定的直流电源。

电源变压器

把220V的电网电压变成想要的的小电压。

整流电路

电路的组成：

四只二极管（原则是，保证在变压器副边电压U2的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。

工作原理：

利用的是二极管的单向导电性。

D5、D7和D6、D8两对二极管交替导通，致使负载电阻RL上在U2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变。

交流电压经过整流电路后变成脉动直流电压，即：

既含直流，又含交流。

滤波电路即在整流电路的输出端并联一个电解电容。

工作原理：

利用电解电容的充放电作用，不仅使输出电压变得平滑，而且可以使输出电压的平均值变大。

稳压电路

作用：

使输出电压不受负载、温度等的影响。

直流稳压电路原理图如下：

图四直流稳压电路原理图

b）比较器的设计

欠压和过压检测电路由集成电压比较器及外围电路元件组成。

集成电压比较器电路利用理想元件U1、U2、D1、D2、RP2和RP3组成，上较器用于过电压的检测，下比较器用于欠电压的检测。

RP1电阻的分压组成基准电压，为比较器提供基准电压。

三极管构成电子开关。

窗口比较器

当输入电压Ui大于U+R，必然大于U-R，所以集成运放的输出Uo=-Uomax；

当输入电压Ui小于U-R，必然小于U+R，所以集成运放的输出Uo=-Uomax；

当输入电压Ui大于U-R小于U+R时，集成运放的输出Uo=+Uomax；

图五窗口比较器及其电压传输特性电压比较器

窗口电压比较器的原理图如下：

图六窗口电压比较器的原理图

C）控制电路

控制电路由Q1、Q2和LM555CN时基电路组成。

LM555CN接成开机时，即输出高电平，是定时工作模式，延时时间为：

T=1.1×

C1×

R5≈3～5min。

其中LED为电压指示灯，D3防止电容反向放电，D4对继电器稳压。

555定时器的原理图如下:

图七555定时器的原理图

结构:

555定时器由两个比较器、一个基本RS触发器、一个反相缓冲器、一个漏极开路的NMOS管和3个5kΩ电阻R组成的分压器构，因此命名为555定时器。

原理：

3个5kΩ电阻组成分压器，给两个电压比较器提供基准电压，A1触发电平为2／3UDD，6端为高电平触发端，A2触发电平为1／3UDD，2端为低电平触发端。

在5管脚外接一个参考电源，可改变A1、A2触发电平值。

比较器输出端分别接RS触发器由两个或非门组成，必须用负极性信号才能触发，因此加到比较器A1同相端6脚的触发信号，只有当电平高于反相端5管脚的电位时，RS触发器才翻转；

而加到比较器A2反相端2脚的触发信号，只有当电平低于A2同相端的电位时，RS触发器才翻转。

4端R为外部复位端，当R=0时RS触发器输出为0状态，可强制复位。

反相器G2构成驱动器，用于提高定时器的带载能力，并隔离负载对定时器的影响。

NMOS管T起放电开关作用。

555定时器各端的功能如下表：

定时器功能表

TH（6）

TR

（2）

R（4）

OUT（3）

T管

D（7）

L

导通

＞2／3UDD

H

＜2／3UDD

＞1／3UDD

不变

＜1／3UDD

截止

（2）参数的计算

设变压器的变压系数为18:

1，副边电压为U2，桥式整流后的电压为U3，电容滤波后的电压为U4，U3=0.9×

U2，U4=1.2×

U2，所以当U1分别为180V、220V、250V时,U2、U3、U4和Va分别为：

U1=180V时，

U2=180÷

18=10.0V，

U3=0.9×

10=9.0V，

U4=1.2×

10=12.0V，

Vamin=6.0V；

U1=220V时，

U2=220÷

18=12.2V，

12.2=11.0V，

12.2=14.6V，

Va=7.3V；

U1=250V时，

U2=250÷

18=13.9V，

13.9=12.5V，

U4-=1.2×

13.9=16.7V，

Vamax=8.35V。

所以比较器的上限电压为8.35V，下限电压为6.0V。

调节电位器RP2和RP3使上比较器的管脚电压为8.35V，下比较器输入的管脚电压为6..0V，从而设置好比较器的上下限电压值，使电路在180V≤U1≤250V时能正常工作。

电网由断电到恢复供电时，电冰箱要延时一段时间后才能正常工作，此段延时时间T由LM555CN延时器外围的电解电容C1和电阻R5决定：

T≈1.1×

R5

因为电路要求延时3min（180s）～5min（300s），设C1=220uF，则R5的阻值为：

R5=180÷

（1.1×

220×

10-6）=7.2×

105Ω

R5=300÷

10-6）=1.2×

106Ω

所以电阻R5的阻值范围为：

7.2×

105～1.2×

3.仿真调试过程及结果分析

（1）仿真的调试过程及结果分析

a）经过直流稳压电路后，输出电压为直流电压12V左右。

b）当输入电压由0V跳变到正常工作范围时，LED（黄色）发亮，LED2（绿色，负载）仍不工作，大约经过3～5min的时间才开始工作（发光），即LED2（绿色）发光，LED1（红色）不发光。

c）当输入电压在范围外恢复到范围内时，也是LED（黄色）发亮，LED2（绿色，负载）仍不工作，大约经过3～5min的时间才开始工作（发光），即LED2（绿色）发光，LED1（红色）不发光。

d）当输入电压从正常范围内跳变到范围外时，LED（黄色）、LED2（绿色，负载）立即熄灭，LED1（红色）发光。

说明负载停止工作。

e）当输入电压在正常范围内突然遭受停电时，所有发光二极管立即熄灭。

（2）用Multisim软件进行仿真，仿真图如下：

a）经过直流稳压电路后，输出电压为直流电压12V左右.

图八直流稳压电源仿真图

b）如下图所示输入电压在180-250V时，电冰箱正常工作。

b）如下图所示输入电压在180～250V时，电冰箱正常工作。

图九正常工作时的仿真图

c）如下图所示输入电压超过250V过压时，电压处于断电保护中:

图十过压时的仿真图

d）如下图所示输入电压小于180V欠压时，电压处于断电保护中：

图十一欠压时的仿真图

从上图的仿真效果来，更改电冰箱保护器的保护性能良好，再过压和欠压的情况下能很好的保护电冰箱，从而使之在无人监控的条件下正常工作。

与此同时实现了上电延时的效果，更好的保护了电冰箱。

、心得体会及建议

1．心得体会

我是一个通信专业的学生，我觉得做这样的课程设计非常有意义，无论是实践还是为大四的毕业设计做准备，意义都非常重大。

在我们过去的两年中接触最多的是大学生必修和专业基础课。

我们在课堂上掌握的仅仅是理论知识，对于实践，我们可以说是一窍不通，更不用说是实际中的电子设计了。

而与此的课程设计给我们搭建了良好的平台，给了我们更多的实践机会。

在本次课程设计中，我感触最深的是：

自己知道的太少，不得不查阅大量的指导书、设计书和网络资料。

为了让自己的设计更加完美，不断的查阅资料验证和组员讨论是非常重要的，更是必不可少的。

它不仅可以知识，也可以友谊。

通过这次课程设计，对于Multisim软件，我从一无所知到了解它的基本用法，可谓是历尽艰辛啊。

因为它是一个新软件，以前从来没有听说过，更别说用了。

通过对它的学习，我不仅掌握了基本知识，而且也认识到它在仿真领域的重要性。

仿真过程可以说是一个非常难的过程，它要牵扯到调试，有时候查电路查好久都不知道问题出在哪？

它锻炼的就是你的耐心和细心，只要坚持，就没有攻不下来的堡垒。

另外，由于课堂上学的都只是皮毛，做课程设计的时候就有些吃力，不得不一边深入了解课本上的原理，一边查阅资料，把它运用到实际中。

这次课程设计使我既巩固了理论知识，又学会了实践。

整个课程设计过程由于时间紧，我对有的知识原理还不是很了解，难免会出现错误，希望老师批评指正。

2.建议

由于时间紧，我们对很多知识了解的不够，尤其是对Multisim软件、555计时器只了解皮毛。

我希望以后老师让我们做类课程设计时，学了之后再做，或者多一点时间去了解。

这样就能使我们对知识和技能的了解更扎实，更稳固。

、附录

序号

编号

名称

型号

数量

1

V1、V2

交流电源

220V

2

T1

变压器

3

D1、D2

二极管

1N4148

4

D3、D4、D5、D6、D7、D8

1N4001

6

5

C1

电解电容

220uF

C2

470uF

7

C3

陶瓷电容

10nF

8

C4

100uF

9

C5

330nF

10

C6

100nF

11

R1、R2、R7、R8

电阻

1kΩ

12

R3

15kΩ

13

R4

1.5kΩ

14

1MΩ

15

R6

4.7KΩ

16

R9

1.2KΩ

17

U3

稳压器

LM7812CN

18

U1、U2

比较器

19

RP1、RP2、RP3

可变电阻

1KΩ

20

LED、LED1、LED2

发光二极管

21

U4

延时器

LM555CN

22

K1

继电器

EDR201A12

、参考文献

1.海欣,李旭升,张樱枝.模拟电子技术学习与考研辅导.北京:

国防工业出版社

2．彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：

高等教育出版社

3．孙梅生，李美莺，徐振英.电子技术基础课程设计[M].北京：

高等教育出版社

4．梁宗善.电子技术基础课程设计[M].武汉：

华中理工大学出版社

5．张玉璞，李庆常.电子技术课程设计[M].北京：

北京理工大学出版社

6．郭海文,郭昉,张旭珍.电气实验技术.北京:

中国矿业大学出版社

7．薛鹏骞，梁秀荣.电子设计自动化技术实用教程[M].北京：

8.童诗白，华成英.模拟电子技术基础.北京：