过欠电压冰箱保护电路

课程设计说明书课程名称：模拟电子技术课程设计
题目：过欠电压冰箱保护电路
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日期：年月日
电冰箱保护器系统设计
一、设计任务与要求：
(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，红灯亮。

(4)欠压保护：当电压低于180V时，自动切断电源，红灯亮。

(5)延时保护：在上电、欠压、过压保护切断电源时，延时3-5分钟才可接通电源。

二、方案设计与论证
题目要求设计一个电冰箱保护器。

电冰箱对电源的波动范围有一定要求，而供电源其波动幅度常常超出电冰箱的允许波动范围。

为了保证电冰箱能安全工作于规定的电源范围，在其的供电源端接入保护电路非常必要。

设计中我们可以利用内部具有两个个比较器的集成块来进行电压比较，使电冰箱在规定的电源范围内工作，超出此范围时不工作，此过程可利用继电器的自动跳变功能来实现；延时保护可以利电容的充放电来实现。

总体框图：
总体框图
三、单元电路设计与参数计算
整流电路采用直流稳压电源设计思路
（1）电网供电电压为交流220V（有效值），50Hz，要获得低压直流输出，首先须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要的交流电压。

（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向的直流电，但其幅值变化大。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑的，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。

（4）滤波后的直流电压再通过稳压电路，便可得到基本上不受外界影响的稳定的直流电压输出，供给负载。

直流稳压电源的原理框图分析
我们得出直流稳压电源的工作原理：电路接入幅值为220V、频率为50Hz的市电ui，通过变压器TRIAD，将市电220V的电压幅值调整为合适的电路工作压值u2。

通过电源变压器TRIAD输送过来的交流电，再通过图2—1—1中的桥式整流电路BRIDGE，得到单方向全波脉动的直流电压。

整流电路BRIDGE将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。

再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。

常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

本设计采用单相桥式整流电路，它的四臂是由四只二极管构成，当变压器B次级的1端为正、2端为负时，二极管D2和D4因承受正向电压而导通，D1和D3因承受反向电压而截止。

此时，电流由变压器1端通过D4，再经D2返回2端。

当1端为正时，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，电流则由2端通过D3，再经D1返回1端。

因此，与全波整流一样，在一个周期内的正负半周都有电流流过负载，
而且始终是同一方向。

由于单方向全波脉动的直流电压中含有丰富的交流成分，为了获得平滑的直流电压，在整流电路的后面加一个滤波电路，以滤去交流成分，滤波电容C的容量比较大，本身就存在着较大的等效电感，因此对于市电引入的各种高频干扰的抑制能力很差。

直流稳压电源图：
图2-2 直流稳压电源电路图
电压比较电路
电压比较电路主要由两个电压比较器和一个同或CMOS逻辑门组成，主要原理是：当输入电压低于5V时，比较器U1由于正接线端接8V，而负接线端5V，判断得U1输出电压为高电平，而对于U2负接线端电压大于正接线端，输出就为低电平，两个高低电平经过一个同或的CMOS逻辑门输出就是低电平了。

同理，当输入电压高于8V，输出端也为低电平。

只有当电压出于5V到8V之间时输出才为高电平。

通过这样的比较电路，我们就可以判断出输入电压的欠压，过压和正常时的电压。

继电器控制电路
控制电路主要是通过一个继电器来控制，当输入为低电平的时候继电器开关断开，电冰箱出于关闭状态，绿灯不亮，红灯亮。

当输入为高电平的时候继电器开关闭合，电冰箱处于开启状态，绿灯亮，红灯不亮。

四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
电路工作总原理：
电源首先经过降压及整流后
2.元件清单
元件序号型号主要参数数量备注交流电压源220v,50Hz 1
变压器25:1 1
桥式整流桥 1 电容3F 1
电阻10KΩ 3
电阻100KΩ 1
电压比较器COMPARATO
R
5V 2
Cmos同或
门
4077BT 5v 1 继电器K 1
LED红灯 1
LED绿灯 1 五、电路中参数的选择与计算
设变压器的变压系数是20：1，整流后的输出电压u3≈u2/1.4, 当u1分别为220V、180V、250V时，u2、u3、Va 的计算如下：
u1=220V u2=220÷25=8.8V u3=8.8/1.4=6.3V
u1=250V u2=250÷25=10V u3=10/1.4 =7.1V
u1=180V u2=180÷25=7.2V u3=7.2/1.4=5.1V
因此可得，比较器的上限电压为7.2V,下限电压为5.5V。

调节电位器VR2和VR3，使LM324 的5 脚电压为7.2V，8脚电压为5.5V，使电路在180V≤u1≤250V范围能正常工作。

电网由断电到恢复供电后，电冰箱要延迟一段时间才能正常工作，此延时时
间τ由外围电路C和 R决定：τ≈1.1×R13×C1
电路要求延时5分钟（即300秒）C1=3F。

六、仿真调试与分析
七、执行效果：
电压220V延时3分钟期间红灯亮起，继电器开关断开，冰箱准备启动中。

电压220V延时3分钟后绿灯亮起，继电器开关打开，冰箱启动。

低于180V和高于250V时红灯亮起，继电器开关断开，冰箱关闭。

七、结论与心得
课程设计是对我们上学期模电学习的一个综合检验，对于我这个模电课程学的并不怎么好的人来说，就有点困难了。

用一周的时间来完成电冰箱保护器的设计看似简单，其实对于学的好的同学，像宇维这样的来说确实很简单，单到我这里就不是那么容易的事情了。

由于学的不多又忘的不少，设计初没什么进展。

中期汇报的是后也只是从网
上了解了关于电冰箱保护器的总体概述，大概知道是怎么一回事了。

设计最初当然就是从网上找到类似的参考资料，照猫画虎，画了好久终于画完了，但是执行的时候去不是理想的状态。

存在的问题杂乱无章，感觉问问题都没法问。

之后我就去找班里面跟我做相同实验的同学求教，相对来说锦贤同学做的比较认真，虽然他也说不怎么会但是依旧认真的做下去，参与他的设计，讨论、问问题各种路线齐走，问题一个接一个就慢慢解决了。

最终完成了一个感觉比较简单的仿真。

对于这次试验，我感悟也很多，对于自己学习上的不足，努力去弥补。

遇到问题多交流容易让大家的问题都比较好的解决。

加油↖(^ω^)↗！！！
八、参考文献
[1] 陈有卿. 实用555 时基电路300 例[M]. 北京：中国电力出版社，2005
[2] 谢自美. 电子线路设计·实验·测试（第二版）[M]. 武汉：华中科技大学出版社。