电冰箱保护器电路设计

电冰箱保护器电路设计
Ap0705122 吕礼锋
一：设计原因及要求
原因：电冰箱对电压的波动范围有一定的要求，但市电有时会不稳定，低于或者高于电冰箱的允许波动电压范围。

有时市电会突然断电又来电，这样易使电冰箱的压缩机损坏，因此接入电冰箱的保护电路是非常有必要的。

要求：用LM339和NE555设计一个电冰箱保护器。

（1）当市电过压(V
80
2
≥)或欠压(V
80
1
≤)时能自动切断冰箱交流供电电源（2）复电延时功能：从停电到来电时能延时3—5分钟再接通冰箱的交流电源。

二：电路设计
1.电路原理
本电路主要用LM339的两个比较器与电位器组成过电压、欠电压检测电路；VT1构成电子开关，当电压在180V~280V范围内时，指示灯D1会发亮，否则会熄灭。

NE555组成延时电路。

其工作原理：接通电源后，市电
220v在变压器，整流桥，还有稳压器后，稳定
在直流12V。

根据变压器的变压系数，调整电位器RP2与RP3，使市电电压保持在正常范围内，指示灯LED保持发亮。

因为C1两端初始电压为0V，555 时基电路的阈值端6 脚为高电平，555 时基电路复位，三极管VT2 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C1 充电，使2、6 两脚电位不断下降，约经过5min，可使电位降至12V电压的1/3，555 时基电路才置位，3 脚输出高电平，VT2 导通，继电器K1通电吸合，其常闭合触点K-1断开，电冰箱通电工作。

当交流电网意外断电时，C1 储存电荷通过R2、D5 迅速泄放，当电网恢复供电时，电路又要延迟5min 左右才向电冰箱供电，从而确保电冰箱压缩机不受损坏。

当市电电压升高到280V以上，上比较器输出低电平；市电电压下降到180V以下，下比较器输出低电平只要两者之一输出低电平，VT1截止，LED 熄灭。

此时6 脚为高电平，555 时基电路复复位，输出端3 脚为低电平，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自动停止工作，保证了电冰箱能安全工作于规定的电源范围内。

当电压恢复正常时，电路要延迟
5min左右才向电冰箱供电。

2.2 参数的选择计算
设变压器的变压系数是20：1，整流后的输出电压u3≈1.2×u2, 当u1分别为220V、180V、280V时，u2、u3、Va 的计算如下：
u1=220V u2=220÷20=11V u3=1.2×11=13.2V 则,Va=6.6V
u1=280V u2=280÷20=14V u3=1.2×14 =16.8V 则,Va=8.4V
u1=180V u2=180÷20=9V u3=1.2×9 =10.8V 则,Va=5.4V
因此可得，比较器的上限电压为8.4V,下限电压为5.4V。

调节电位器RP2
和RP3，使LM339 的5 脚电压为8.4V，8脚电压为5.4V，使电路在180V≤u1≤280V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NE555 的外围电路C1和 R3 决定：τ≈1.1×R3×C1
电路要求延时5 分钟（即300秒），设C1=220μF,则R3 的阻值计算如下： R3 = 300 ÷ ( 1.1×220×10^-6) ≈1.2×10^6Ω
2.3 电路的PCB 图
由于是用直流电进行测试，在制作电路版的过程中，我们把电路的变压器、整流电路及稳压电路三部分除去，然后用绿色的发光二极管代替电冰箱作为负载，具体的电路如下。

绿色的LED 发光表示负载正常工作，红色的LED 发光表示负载不工作，其工作原理和上图一样。

原理图：
则该原理图的PCB 图如下所示：
三.安装调试
在制作前，首先根据设计方案用面包版进行连线，目的是为了检验设计的线路是否正确，避免用感光板做成实物后要不断修改电路。

面包版连线完成后，确认连线以及各元器件的正负没有错误后（应当特别注意集成块的地线和电源线），就开始调试了。

调试的步骤如下：
先调试比较电路这一部分，在调试前要把三极管VT1 的集电极与二极管D5 相连的线断开。

然后接上12V 的直流电压，通过调节电位器RP2 、RP3，利用电压表可以确定比较器的上限电压（LM339 的5脚电压）和下限电压（LM339 的8脚电压），并且要求上限电压高于下限电压。

这时，如果线路正确的话，通过调节RP1 的阻值，可以使发光二极管D1发光或者熄灭，其中D1发光代表输入的电压（LM339的4或9 脚电压）在上限和下限之间的范围内，D1 熄灭代表输入电压在范围外。

如果该部分电路不正常工作的话，就要检查线路是否连接正确，确定连线正确后再调试，如果仍有问题，则检查LM339 的2 脚是否接上了上拉电阻，因为LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时
输出端到正电源一般须接一个电阻，该电阻的大小会影响输出端高电位的值，电阻一般选3
—15K。

其次，还要检查集成块LM339 的3 脚和12 脚是否接上了电源的正极和负极。

当比较电路调试完毕后，就可以进行整机的调试。

调试前还是要检查一遍电路的连线，然后接通电源，看电路是否正常工作，是否满足设计的要求。

该电路正常工作的
现象如下：
①当输入电压由0 跳到正常电压的范围内，此时，D1 发光，D2（绿色，负载）仍不工作，大约经过5min 的时间才开始工作（发光），D3（红色）则与D2 相反；
②当输入电压在范围外恢复到正常电压范围内时，工作情况与①相同；
③当输入电压在正常范围内跳到电压范围外时，D1、D2 立即熄灭，D3 发光，说明负载停止工作；
④当输入电压在正常范围内突然停电，所有的发光二极管都熄灭。

调试完成后就可以印制电路版了，因为这次是用感光板来制作，所以在制作前要利用Protel99SE 软件进行电脑布线，布线时最好把电源线和地线加粗,这样可以减少电源对电路的干扰，布线完成后，就可以开始制作感光版了，步骤如下：
①把 PCB图打印在油性纸上；
②把打印出来的油性纸热转印到铜板上，用电熨斗加热三到五分钟即可。

④把电路版放入腐蚀液中进行腐蚀
⑤对电路版进行钻孔
最后把各元器件焊接到电路版上。

四：总结
此次课程设计历时六个星期，在这段时间里，我学会了怎样设计，制作，安装，调试一个电子产品。

这是一个检验自己的平台，这次过程中，我不断的学习，掌握了很多东西。

过程中难免会遇到不少问题，我通过请教同学，上网找资料，还有图书馆，最后都一一解决了。

通过这一次锻炼，也进一步提高自己设计电路的
能力。

五.参考文献
陈有卿. 实用555 时基电路300 例 [M]. 北京：中国电力出版社，2005 . .。