电冰箱保护器的设计报告

④当输入带你呀在正常范围内突然突然断电，所有的二极管都熄 灭。
（2）在 multisim 中仿真图如下：
①通 220V 电压
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图8 ②当输入 180V 一下或 250V 以上
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图9
四． 心得体会及建议
我觉得做这样的课程设计是十分有意义的。在度过的 两年的大学生活里我们大多数接触的都是专业基础课。我 们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面 对现实中的各种电子设计?如何把我们所学到的专业基础 理论知识用到实践中去呢？在做本次课程设计的过程中， 我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书，以及大 量的网络资料。
图 4 直流稳压电源
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（2）.电压比较器
电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低 电平，表示两个输入电压的大小关系);
用途：可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作电 平检测、波形产生和变换电路等。
运放的工作状态 比较器电路中的运放一般在开环或正反馈条件下工作，运放
的输出电压只有正和负两种饱和值，即运放工作在非线性状态。 在这种情况下，运放输入端“虚短”的结论不再适用，但“虚 断”的结论仍然可用。
555定时器工作过程分析如下：5脚经0.01uF的电容接地，比 较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC, UR2=1/3VCC。
当VI1 > 2/3VCC, VI2 > 1/3VCC时比较器C1输出低电平， 比较器C2输出高电平 ，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放点 三极管TD导通，定时器输出低电平。
图 5 运放的传输特性
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图 6 窗口比较器和传输特性 因为要求电压在 180V~250V 之间正常工作，我想到用窗口比较 器，使在正常范围内输出高电平，使 Q1 导通，发光二极管 LED3 发光（绿）；范围之外输出低电平，Q1 截至，LED3 不发光。
图 7 窗口比较器
先调试比较电路这一部分，在调试前要把三极管 Q1 的集电极与 二极管 D1 相连的线断开。然后接上 12V 的直流电压，通过调节电位器 R3、R1，利用 电压表可 以确定比较器的上限电压和下限电压，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 R2 的阻值 ，可 以使发 光二极管 LED3 发光或者熄灭，其中 LED3 发光代表输入的电压在上限和下 限之间的范围内，LED3 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.
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通过这次课程设计，我了解和学会了如何使用 multisim 软件，也认识到了其在电路方面的强大功能。整 个课程设，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评 指正。希望答辩时，老师多提些问题，由此我可有更好地 了解到自己的不足，一边课后加以弥补。
由于只有 3 周的课程设计时间，我们对很多东西都还 没有掌握。因此我建议应该平时多一些这样的设计，能够 让我们的知识和技能更扎实，稳固。
目录
一 设计要求 2 二 设计的作用和目的 2 三 设计的具体实现 2
1 系统概述 2 2 参数的选择与计算 5 3 单元电路的设计 5 4 仿真调试及结果分析 13
四 心得体会及建议 15 五 附录 16 六 参考资料 17
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电冰箱保护器的设计报告
一． 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，切红灯亮。 4.欠压保护：当电压低于 180V 时，自动切断电源，切红灯亮。 5.延时保护：在上电、欠压、过压保护切断电源时，延时一段时
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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。当市电电压变化到 180V~250V 以外时，电压较器输出低电平，Q1 截止， LED3 熄灭。此时 6 管 脚为高电平，555 时基电路复位 ，输出端 3 管脚为低电平，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。 原理图：
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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。当市电电压变化到 180V~250V 以外 时，电压较器输出低电平，Q1 截止， LED3 熄灭。此时 6 管脚为 高电平，555 时基电路复位 ，输出端 3 管脚为低电平，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。
因此可得 ，比较器的上限电压为 8.4V,下限电压为 6.0V 。调节电位器 R3 和 R1 ，使上限电压为 8.4V，下限电 压为 6.0V，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 555 时基电路的外围电路 C1 和 R6 决定： τ≈ 1.1 ×R6×C1 。电路要求延时 5 分钟（即 300 秒），设 C1=220 μ F,则 R6 的阻值为 1MΩ 。
本电路的电源由 220V 交流电经过变压器变压、整流电桥整 流，再经过稳压电路稳压后提供。当市电电压在正常范围
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（180~250V）内时，电路各部分正常工作；当市电电压超出正常 范围时，控制电路控制继电器停止工作。555 时基电路控制延时 作用。
电路组成框图如下：
图 1 总体框图 框图说明：接通电源后，220V 交流电经变压器的降压、整 流电路的整流、稳压器的稳压后，在 RP2 和 RP3 两 端 可获得 约 12V 直流工作电压。 根据变压器的变压系数，调整电位器 R3 和 R1，使市电电压在正常范围内，电压比较器输出高电平，此时 Q1 导通 ，电压指示灯 LED3 保持发亮。因为 C1 两端初始电压 为 0V，555 时基电路的 6 管脚为高电平，555 时基电路复位，三 极管 Q2 截止，继电器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， Q2 导通，继电器通电吸合，其常闭合触点断开，电冰箱通电工作。 当交流电网意外断电时，C1 储存电荷通过 R4、 D1 迅速泄放，
当VI1< 2/3VCC, VI2 > 1/3VCC时比较器C1输出高电平，比 较器C2输出高电平 ，基本RS触发器置保持原状态不变，555定时 器的输出状态保持不变。
当VI1 > 2/3VCC, VI2 < 1/3VCC时比较器C1输出低电平， 比较器C2输出低电平 ，基本RS触发器两端都被置为1，G3输出低 电平，放点三极管TD截止，定时器输出高电平。
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在电路中借用 NE555 时基电路，可以有效的利用 RC 充电电路的 电压随时间变化的这一特性，分为三个工作阶段的工作过电压， 正常工作电压，欠电压。
市电电压在正常范围内，电压比较器输出高电平，此时 Q1 导通 ，电压指示灯 LED3 保持发亮。因为 C1 两端初始电压为 0V， 555 时基电路的 6 管脚为高电平，555 时基电路复位，三极管 Q2 截止，继电器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，Q2 导通， 继电器通电吸合，其常闭合触点断开，电冰箱通电工作。当交流 电网意外断电时，C1 储存电荷通过 R4、 D1 迅速泄放，当电网
4.仿真调试过程及结果分析
（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，LED3 发光，LED1 仍不工作，大约经过 5 分钟的时间才开始发光，LED2 则与 LED1 相反；
②当输入电压在范围外恢复到正常电压内时，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，LED3、LED1 立即熄 灭，LED2 发光，说明负载停止工作；
（3）NE555 时基电路
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555定时器由3个阻值为5K欧的电阻组成的分压器，两个电压 比较器C1和C2。基本RS触发器，放点三极管TD和缓冲反向器G4组 成。虚线边缘标注的为管脚号，其中，1脚为接地端；2脚低电平 触发端，由此输入高电平触发脉冲。6脚为高电平触发端，由此 输入低电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负电压脉冲（或 使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端， 在此端外加电压可改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的 电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电 平时，放点晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3端为输 出端，输出高电压低于电源电压1V---3V输出可流电流200mA，因 此可直接驱动继电器，发光二极管，指示灯等；8脚为电源端， 可在5V--18V范围内使用。
稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温 度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上， 它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。 参数的选择(1)UZ = UO (2)IZM= (1.5 ~ 3)ICM (3)UI = (2~ 3) UO 我采用变压器 18：1， LM7812CT 稳压器输出 12V 直流电源，电 路图如下：
间才可接通电源。
二． 设计的作用和目的
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 动幅度有事会超出电冰箱的允许波动范围。当电冰箱压缩机在运 转时，如遇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，在其的供电电源端接入保护电路是非常必 要的。
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图 2 电冰箱保护器原理图
2 . 参数的选择计算
设变压器的变压系数是 18:1，整流后的输出电压 u3 ≈ 1.2 × u2,当 u1 分别为 220V 、 180V 、250V 时，u2 、u3 、 Va 的计算如下 ：
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u1=220V u2=220 ÷ 18=12.2V u3=1.2 × 12.2=14.6V 则 ,Va=7.3V u1=250V u2=250 ÷ 18=13.9V u3=1.2 × 13.9=16.7V 则 ,Va=8.4V u1=180V u2=180 ÷ 18=10.0V u3=1.2 × 10=12.0V 则 ,Va=6.0V
常用的电压比较器有：
零电平比较器(过零比较器)
非零电平比较器(单限比较器)
迟滞比较器（滞回比较器）
窗口比较器(双限比较器)
按理想情况分析 若 U-＞U+ 则 UO=-UOM； 若 U-＜U+ 则 UO=+UOM。
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只有当 U-=U+时，输出状态才发生跳变；反之，若输出发生跳 变，必然发生在 U-=U+的时刻。 虚断（运放输入端电流=0）
3．单元电路的设计
(1).直流稳压电源 小功率直流稳压电源的组成
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图 3 直流稳压电源 功能: 把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压 整流电路的作用:将交流电压转变为脉动的直流电压。
整流原理：利用二极管的单向导电性 IO= 0.9I2 I2 = 1.11 IO , U2 =1.11 UO
交流电压经整流电路整流后输出Hale Waihona Puke Baidu是脉动直流，其中既有直流 成份又有交流成份。
滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电 感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流 成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。 近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波）
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Uo = 1. 0 U （半波） 稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种 电子设备。