电冰箱保护器的设计(编辑修改稿)

电冰箱保护器的设计(编辑修改稿)内容摘要：

NE555集成块引脚图如图 35所示： 图 35 NE555 集成块引脚图 应用十分 广泛， 包括 如下几种电路： 1．单稳类 作用：定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。 2．双稳类 作用：比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。 3．无稳类 作用：方波输出，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时 等。 555电路在应用和工作方式上一般可归纳为 三 类。 每类工作方式又有很多个不同的电路。 在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。 本设计选用双稳类电路，用 NE555构成一个施密特触发器，施密特触发器图如图 36所示。 图 36 施密特触发器 继电器 当输入量 （如电压、电流、温度等） 达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。 可分为电气量 (如电流、电压、频率、功率等 )继电器及非电气量 (如温度、压力、速度等 )继电器两大类。 具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。 13 广泛应用于电力 保护、自动化、运动、遥控、 测量和通信等装置中。 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和 被控制系统 （又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较 小的电流去控制较大电流的一种 “ 自动开关 ”。 故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 继电器的选用 ① 控制电路的电源电压，能提供的最大电流。 ② 被控制电路中的电压和电流。 ③ 被控电路需要几组、什么形式的触点。 选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。 控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。 ，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。 若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。 最后考虑尺寸是 否合适。 若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。 对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。 14 第 4 章 设计电路工作原理 及参数计算 电路的工作原理 本设计电路的工作原理：接通电源后， 220V 交流电经变压器的降压、整流桥的整流、稳压器 7812 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 RP2 和 RP3，使市电电压在正常范围内，上、下比较器都输出高电平，此时 VT1 导通，电压指示灯 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 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 K1 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 R 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。 电路元件参数的选择计算 设变压器的变压系数是 20： 1，整流后的输出电压 u3≈ u2, 当 u1 分别为 220V、 180V、 280V 时， u u Va 的计算如下： u1=220V u2=220247。 20=11V u3= 11= 则 ,Va= u1=280V u2=280247。 20=14V u3= 14 = 则 ,Va= u1=180V u2=180247。 20=9V u3= 9 = 则 ,Va= 因此可得，比较器的上限电压为 ,下限电压为。 调节电位器 RP2 和 RP3，使 LM339 的 5 脚电压为 ， 8脚电压 为 ，使电路在 280V≤ u1≤ 180V 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≈ R3 C1 电路要求延时 5 分钟（即 300 秒），设 C1=220μ F,则 R3 的阻值计算如下： R3 = 300 247。 ( 220 ) ≈ MΩ 15 电路整机电路图 本设计的整机电路图如图 41 所示： 16 图 41 设计整机电路 图 17 第 5 章 仿真调试过程及结果分 析 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 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 . 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，仿真图如下： 图 51 Protel 99SE 仿真图 1）设置电源电压 U1 为 50V，输出 OUT OUT2 值加的电压差几乎为 0V； 2）设置电源电压 U1 为 100V，输出 OUT OUT2 值加的电压差几乎为 0V； 3）设置电源电压 U1 为 170V，输出 OUT OUT2 值加的电压差几乎为 0V； 4）设置电源电压 U1 为 200V，输出 OUT OUT2 值加的电压差约为 10V； 5）设置电源电压 U1 为 220V，输出 OUT OUT2 值加的电压差约为 10V； 6）设置电源电压 U1 为 240V，输出 OUT OUT2 值加的电压差约为 10V； 7）设置电源电压 U1 为 280V，输出 OUT OUT2 值加的电压差几乎为 0V； 8）设置电源电压 U1 为 300V，输出 OUT OUT2 值加的电压差几乎为 0V； 9）设置电源电压 U1 为 350V，输出 OUT OUT2 值加的电压差几乎为 0V； 18 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 ，输入电压 U1取什么值， 输出 OUT OUT2值加的电压差 都浮动不大， 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。 总结 在已度过的两年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。 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。 我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。 本次设计充分调动我的主动性，以我为主体，在其能力所及范围内，反复思考，大量参阅文献和资料，充分发挥，结合实际情况，独立、创造性地进行逻辑电路的设计，然后确定方案，设计出电路图。 在这次设计中，从电路 器件， 方案的选定、各部分功能的实现，都是分步完成的。 先是把各 部分功能一一实现，然后再接好总电路，实现整体功能，这样做可以化繁为简，减少出错的机会，即使出错了也比较容易发现，从而可以进行修改处理。 加强了我的动手能力。 更重要的是学会如何分析电路问题，查找并改正电路中的错误。 19 第 6 章 PCB 制图 protel 的简介 随着计算机技术的发展，电路设计中的很多工作都可以交给计算机来完成，这样就大大减轻了设计人员的劳动强度，并且保证了设计的规范性。 因此，电路设计自动化（ EDA）已经成为不可逆转的时代潮流。 Protel 99 SE 是 Protel 公司（现已更名为 Altium 公司）于 2020 年推出的一款 EDA 设计软件，是 Protel 家族中性能较为稳定的一个版本。 Protel 99 SE 的功能十分强大，集原理图设计、可编程逻辑器件的建立、电路混合信号仿真、印制电路板（ PCB）设计与布线、信号完整性检查以及设计规则分析等功能于一身，在电子电路设计领域占有极其重要的地位，获得广大硬件设计人员的青睐，是目前众多电路板 EDA 设计软件中用户最多的产品。 . Protel 99SE 的系统组成 1 电路原理设计部分（ Advanced Schematic 99） 电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称 SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称 Schlib 编辑器）和各种文本编辑器。 本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。 2 印刷电路板设计系统（ Advanced PCB 99） 印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称 PCB 编辑器）、零件封装编辑器（简称 PCBLib 编辑器）和电路板组件管理器。 本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封 装；管理电路板组件。 3 自动布线系统（ Advanced Route 99） 本系统包含一个基于形状（ Shapebased）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现 PCB 设计的自动化。 电路仿真与 PLD 部分 （ Advanced SIM 99） 电路模拟仿真系统包含一个数字 /模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。 （ Advanced PLD 99） 可编 程逻辑设计系统包含一个有 20 语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（ Waveform）。 本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。 利用 PLD 系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。 （ Advanced Integrity 99） 信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析 PCB 设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗。