电冰箱保护器的设计讲解

4电路的仿真调试及结果分析
4.1仿真的预期结果
①当输入电压由0跳到正常电压的范围内,此时,D1(绿色)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,D1,D2立即熄灭,D3
电电压的不稳定，过高、过低。电网的断电都会影响电冰箱的使用。
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
时会超过电冰箱的允许波动范围。当电冰箱压缩机在运转时，如遇到
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，

3.过压、欠压：当过压时，上比较器输出低电平；过低时，下
比较器输出低电平，只要两者之一输出低电平，VT1就截止，LED熄灭。
使时基电路复位，输出端为低电平，电冰箱电源切断，从而使其在过
压、欠压状态下制动，当电压恢复正常时，电路又要延迟5min左右正
常工作。
2.2 电冰箱保护器参数的选择计算

设变压器的变压系数为20:1，整流后的输出电压u3≈1.2*u2，
当u1分别为220、180、280v时，u2、u3、Va的计算如下：

①． u1=220v
Va=6.6v
u2=220/20=11v u3=1.2*11=13.2v
②． u1=180v u2=180/20=9v
u3=1.2*9=10.8v
电冰箱保护器的设计
1.概述 2.电路设计 3.元器件介绍 4.电路板的仿真调试及结果分析 5.安装调试 6.小结 7.参考文献 8.附录
摘 要：
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 时会超过电冰箱的允许波动范围。当电冰箱压缩机在运转时，如遇到 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， 在其的供电电源端介入保护电路是非常必要的。
电路要求延迟5分钟=300秒，设C1=220μ F，则R3的阻值计算如下： R3=300/(1.1*220*10^6) ≈1.2*10^6Ω
3 元器件介绍
3.1 元件NE555简介 NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接
脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、 省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当 普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各 种不同频率之脉波讯号。如下图3、4所示：
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
需接一个电阻，该电阻的大小会影响输出端高电位的值，电阻一般在3-15K。其次，
还要检查集成块LM339的3引脚和12引脚是否接上了电源的正极和负极。

当比较电路调试完毕后，就可以进行整机调试。调试前还是要
求检查一遍电路的连线，然后接通电路，看电路是否正常，是否满足
This time in the refrigerator protector is mainly used to the components are: voltage comparators LM339, NE555, small transformers, relays and some of its components.
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.
4.2电路的仿真 由于该方案在Multisim软件中无法正常仿真，因此在Protel 99SE软件
中对其放真，仿真如下图6所示：
1）设置电源电压U1为50V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V； 2）设置电源电压U1为100V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V； 3）设置电源电压U1为170V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V； 4）设置电源电压U1为200V，输出OUT1、OUT2值加的电压差约为10V； 5）设置电源电压U1为220V，输出OUT1、OUT2值加的电压差约为10V； 6）设置电源电压U1为240V，输出OUT1、OUT2值加的电压差约为10V； 7）设置电源电压U1为280V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V； 8）设置电源电压U1为300V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V； 8）设置电源电压U1为350V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V；
本次做的电冰箱保护器主要使用到的元件有：电压比较器LM339、 NE555、小型变压器、继电器及其一些元件构成。
关键词：
保护；比较；延时
Protect For Refrigerator Design
Abstract：Refrigerator to supply the fluctuation range of certain requirements, while the power supply, its fluctuations sometimes exceeds the allowed range of refrigerator. When the refrigerator compressor in operation, such as encountered in Power Grid Accident power-off and restore power supply quickly, can make compressor under high pressure and impaired. In order to ensure the refrigerator can safety work in specified power range, and prevent compressor damage, in the power supply end interventional protective circuit is very necessary.
Key words: protection,comparison,time delay
1 概述
1.1 电冰箱保护器的必要性

电冰箱是一种常用的电器，目前已被广泛应用于家用、车间、
厂房等各个领域。但目前为止，电冰箱的使用寿命不高，使用过程中
可能出现这样或者那样的问题，导致出现上述情况的原因有很多。市
在其的供电电源端接入保护电路是非常必要的。
1.2电冰箱保护器使用到的主要元件

本次做的电冰箱保护器主要使用到的元件有：电压比较器
LM339、NE555、小型变压器、继电器及其一些元件构成。
2 电路设计
2.1电冰箱保护器的电路原理

本设计的电路原理如下图2所示，其中LM339的两个比较器和R2、
5安装调试

在制作前，首先根据设计方案用面包板进行连线，目的是为了检验设计的线
路是否正确，避免感光板做成实物后不断修改电路。

面包板连线完成后，确认连线以及各元件的正负没有错误后，就开始调试了。
调试的步骤如下：

先调试比较电路这一部分，在调试之前要把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
3.2 元件LM339简介 LM339芯片内部装有四个独立的电压比较器，是很常见的集成电路。
利用lm339可以方便的组成各种电压比较器电路和振荡器电路，如下 图5所示：
LM339电压比较器的特点和一些参数：1）电压失调小，一般是2mV； 2）共模范围非常大，为0v到电源电压减1.5v；3）他对比较信号源的 内阻限制很宽；4）LM339 vcc电压范围宽，单电源为2-36V，双电 源电压为±1V-±18V；5）输出端电位可灵活方便地选用。6）差动 输入电压范围很大，甚至能等于vcc；
图3 NE555 引脚图
图4 NE555 内部功能框图

Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。

Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触
发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。

Pin 3 (输出) -当时间周期开始NE555的输出输出脚位，移至比电源
电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到0伏左右的低电位。于高电位时
的最大输出电流大约200 mA 。

Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输
出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。

Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计
时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
比较器的上线电压和下限电压，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的值，可以使发光二级管D1发光或者熄灭，其中D1发光
不代表输入的电压在上限和下限之间的范围内，D1熄灭代表输入的电压在范围外。
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引脚是否接上了上拉电阻，因为LM339的
R3等组成过电压、欠电压检测电路，其中L1A比较器用于过电压检测，
L1C比较器用于欠电压检测；VT1构成电子开关，其中LED为指示灯，
当电压在市电正常范围内，该灯发亮，否则会熄灭；NE555时基电路
组成延迟记忆电路。组成框图如下图1所示：
工作原理：
1.接通电源之后：220V经过降压、整流、稳压之后，可获得12直流稳 压，根据电位器的调节，使之电压在正常范围内，此时指示灯保持发 亮，由于电容两端开始为0V，555时基电路复位，VT2截止，继电器K1 吸合，电冰箱电源被切断，然后向C1充电，约经过5min，使555时基 电路置位，使继电器K1出点断开，电冰箱通电工作。

Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的
电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。

Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当
输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。
Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5 伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。
Va=5.4v③． u1=280v
u2=280/20=14v
u3=1.2*14=16.8v
Va=8.4v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引脚电压为8.4v，8引脚电压为5.4v，
使电压在180v≤u1≤280v范围内能正常工作。
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恢复使用， 此延迟时间τ 由NE555的外围电路C1和R3决定：τ ≈1.1*R3*C1
▪ 4.3电路的调试

用Multisim软件对其进行仿真，结果如下：
通220v电压，上电延迟，如下图7所示：
图7
如下图所示输入220v电压正常工作，如下图8所示：
图8
当输入250v过压电压断电保护，如下图9所示：
图9
④如下图10，当输入180v低压断电保护中：
图10
从上图的仿真结果中看出该电冰箱保护器保护器作性能良好，在 过压、欠压的情况下能很好的保护电冰箱，从而使之在无人监控情况 下正常工作。与此同时实现了上电的延迟从而更好的保护了电冰箱。
2.当外网断电：C1储存电荷通过电位器R2、D5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，从而确保压缩机不受损 坏。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过压、欠压：当过压时，上比较器输出低电平；过低时，下比较器输 出低电平，只要两者之一输出低电平，VT1就截止，LED熄灭。使时基 电路复位，输出端为低电平，电冰箱电源切断，从而使其在过压、欠 压状态下制动，当电压恢复正常时，电路又要延迟5min左右正常工作。