电冰箱保护器设计报告.docx

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电冰箱保护器设计报告

目录

一、设计要求：

2

二、设计的作用、目的2

三、设计的具体实现3

1．系统概述3

2.各单元电路的设计方案及原理说明5

3.仿真调试过程及结果分析13

四、心得体会及建议18

1．心得体会18

2.建议19

五、附录19

六、参考文献20

电冰箱保护器的设计报告

、设计要求：

（1）.设计电冰箱保护器，具有过、欠压保护，上电延时等功能。

（2）.电压在180-250V范围内，正常供电时绿灯亮。

（3）.过压保护：

当电压高于250V时，自动切断电源，且红灯亮。

（4）.欠压保护：

当电压低于180V时，自动切断电源，且红灯亮。

（5）.延时保护：

在上电、欠压、过压保护切断电源时，延时一段时间3～5min才可接通电源。

、设计的作用、目的

（1）.掌握电冰箱保护器工作原理。

（2）.熟悉继电器和发光二极管的使用。

（3）.熟悉Multisim和Protel软件。

三、设计的具体实现

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

作用：

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

L

导通

L

＞2／3UDD

H

L

导通

L

＜2／3UDD

＞1／3UDD

H

不变

不变

不变

＜2／3UDD

＜1／3UDD

H

H

截止

H

（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，

U3=0.9×12.2=11.0V，

U4=1.2×12.2=14.6V，

Va=7.3V；

U1=250V时，

U2=250÷18=13.9V，

U3=0.9×13.9=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×C1×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÷（1.1×220×10-6）=1.2×106Ω

所以电阻R5的阻值范围为：

7.2×105～1.2×106Ω

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

2

T1

变压器

1

3

D1、D2

二极管

1N4148

2

4

D3、D4、D5、D6、D7、D8

二极管

1N4001

6

5

C1

电解电容

220uF

1

6

C2

电解电容

470uF

1

7

C3

陶瓷电容

10nF

1

8

C4

电解电容

100uF

1

9

C5

陶瓷电容

330nF

1

10

C6

陶瓷电容

100nF

1

11

R1、R2、R7、R8

电阻

1kΩ

4

12

R3

电阻

15kΩ

1

13

R4

电阻

1.5kΩ

1

14

R5

电阻

1MΩ

1

15

R6

电阻

4.7KΩ

1

16

R9

电阻

1.2KΩ

1

17

U3

稳压器

LM7812CN

1

18

U1、U2

比较器

2

19

RP1、RP2、RP3

可变电阻

1KΩ

3

20

LED、LED1、LED2

发光二极管

3

21

U4

延时器

LM555CN

1

22

K1

继电器

EDR201A12

1

、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：

中国矿业大学出版社

8.童诗白，华成英.模拟电子技术基础.北京：

高等教育出版社