毕业设计24（电冰箱保护器）

四川职业技术学院毕业设计（论文）

目 录

第一章引言 ...................................................................................... 2 1.1课程意义 .............................................................................. 2 1.2产品的性能 .......................................................................... 2 1.3本次设计完成的要求........................................................... 3 第二章 系统总设计 ........................................................................ 4 2.1方案论证与比较 .................................................................. 4 2.1.1取样鉴别电路方案比较和选择 .................................. 5 2.1.2电压比较鉴别电路及其延时电路方案比较与选择 ... 5 2.1.3驱动电路选择 .............................................................. 6 2.2设计原理图及其实现........................................................... 6 2.2.1原理叙述 ...................................................................... 6 2.1.2元件参数的计算 .......................................................... 8 2.1.3元件的选取表 .............................................................. 9 2.1.4主要元件介绍 ............................................................ 10 第三章 电路的制作与调试 .......................................................... 10 3.1电路制作 ............................................................................ 10 3.2制作与调试的步骤：......................................................... 11 3.3制作PCB ............................................................................. 12 第四章 设计结论及体会 .............................................................. 14 参考文献 ....................................................................................... 16

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第一章引言

1.1课程意义

中国人喜欢大摆筵席招呼亲朋好友，可是太多的食物往往无法消受，电冰箱就成了最好的帮手。第一台电冰箱是１９２３年，由瑞典两位工程师浦拉腾和孟德斯制成的。1956年，国内第一台电冰箱在北京“雪花”冰箱厂研制成功。它不但可以储存剩饭剩菜、发扬节约的传统美德,而且还可以保存新鲜食品，为“懒人”们腾出更多的时间。不用多说，电冰箱的发展也是日新月异的，外形越发豪华美观，功能趋向完善，如抗菌、节能、０°Ｃ保鲜等。目前电冰箱广泛应用于家庭、医药卫生、商业和科研单位冷冻、冷藏设备。在日常生活中，人们对电冰箱的依赖性越来越高，但由于我国电力系统的不稳定性，给电冰箱的使用和保护带来了许多不便，不少电冰箱受到了不同程度的损坏，给家庭和社会带来了不小的损失。

电冰箱保护器是随着电冰箱的不断普及而派生的一种专用保护装置。它的使用，大大延长的电冰箱的使用寿命，已经成为家庭必不可少的得力帮手。电冰箱保护器的发展也成为多样化，也为电冰箱提供了有效的保护。

1.2产品的性能

本着实用新型是一种具有超压、欠压和延时启动保护功能的

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电冰箱保护器，属于家用电器的自动安全保护装置。它由本机电源、电压接收比较单元和主控单元组成，可以采用一个并串联式取样电路从市电直接取样，用电压比较器和定时器组成驱动器，继电器作电冰箱电源的自动开关。具有结构简单、反应灵敏、工作可靠的特点，并具有延时可调功能，可直接适用于其它家用电器的安全保护。

1.3本次设计完成的要求

在电压过高或者是过低，超过电冰箱的正常工作电压时电冰箱保护器会自动切断电源使其停止工作，当再来电的时候，延时几分后，电冰箱开始工作。此保护器还要完成能够驱动0.1A的电动机，具有抗干扰的能力。

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第二章 系统总设计

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。

本次做的电冰箱保护器主要元件由电压比较器LM393、NE5532、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

2.1方案论证与比较

总原理组成框图：

上限 取样电路正常 电压比较器定时器继电器负载

下限

图1

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2.1.1取样鉴别电路方案比较和选择

方案一、取样鉴别电路并联在供电电路中，由220V经变压器经过整理滤波得到电压，再经过电阻稳压二极管取得。

方案二、取样电路串联在电路中，主要由整流二极管，电压电阻和两取样电阻构成。一端与市电相线相连，一端与本机负债相连。

方案三、取样鉴别电路并联在供电电路中，经过电容降压后，经过整流管整流后电阻分压的到。也可以为整个电路提供电源。

方案一它由变压器降压整流得，在后面可以为后级电路提供电源，方案二要单独的为后级电路提供电源，方案三就是电容降压不是很稳定。所以经过分析我们确定选择方案一。

2.1.2电压比较鉴别电路及其延时电路方案比较与选择

方案一、利用LM324运放组成电压比较器，二极管和电阻组成或门电路.用模拟集成电子开关组成开关电路(如CD4066)，用555组成延时器，需要后级放大才能驱动继电器。

方案二、利用LM339或LM393做电压比较器，用三极管做电子开关，用555组成定时器,它可以直接驱动继电器。

方案三、利用开关三极管、二极管和大功率开关集成IC等电路构成电压比较器和定时器。

在三个方案中，经过比较和对电路的了解和应用，选择方案二。

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2.1.3驱动电路选择

一种是用双向可控硅来做驱动器，另一种是用电磁继电器来做驱动器。

根据题目的要求要驱动交流220V、0.1A的电机，这里选用中功率电磁继电器来组成驱动电路。

2.2设计原理图及其实现 2.2.1原理叙述

整个电路原理图：

图2

该保护器由电容降压整流电路、欠压与过压控制电路、延时电路等组成。其中降压整流电路为整个电路提供直流电压。

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其工作原理：由电容降压进行取样，在经过二极管整理及其电容滤波，由LM7812组成电路为整个电路提供直流电源。 过压与欠压检测电路由集成电压比较器与外围元件组成，本电路利用LM393接成电压比较器，其上比较器用于过电压检测，下比较器用于欠压检测。电阻分压组成基准电压，为比较器提供基准电压，三极管构成电子开关。延时电路有555集成组成，它接成开机即输出高电平是的定时工作模式，延时时间τ≈1.1×R5×C6≈3-5min

当市电电压在正常的范围里，调整W1、W2，使上下比较器都输出低电平，开关管截止，电源经过R5向C6充电。当C7两端的电压达到2/3时，其定时器555的第3脚输出高电平，继电器断触点闭合，电冰箱接通开始工作。当市电电压升到250V时，上比较器输出高电平；市电电压下降到170V时，下比较器输出高电平。其中只要一个输出高电平，使开关管导通。电容C6的容量释放，定时器555的2脚电平降低，3脚输出低电平，继电器触点断开，电冰箱电源断开。当市电恢复正常，比较器无输出，开关管断开，C6两端电压不能突变。555的2脚仍为低电平，继电器触点仍然断开，保护了冰箱压缩机。电源经过R、C充电，经过5min左右，6脚电平达到电源电压2/3时，3脚输出高电平，继电器触点接合，电冰箱开始工作。

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2.1.2元件参数的计算

设变压器的变压系数是18.3： 1， 整流后的输出电压u3≈1.2×u2, 当u1分别为220V、170V、250V时，u2、u3、Va的计算如下：

u1=220V u2=220÷18.3=12V u3=1.2×12=14.4V 则,Va≈7.7V

u1=250V u2=250÷18.3=13.7 Vu3=1.2×13.7 =16.44V 则,Va≈8.22V

u1=170V u2=170÷18.3=9.28V u3=1.2×9 =11.14V 则,Va≈5.6V

因此可得，比较器的上限电压为 8.22V,下限电压为5.6V。调节电位器 W1和 W2，使LM393的3脚电压为 8.22V，6脚电压为 5.6V，使电路在250V≤u1≤170V范围能正常工作。 当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C7和 R7决定： τ≈1.1×R5×C6

电路要求延时3-5分钟（即180秒-300秒） ，设 C6=200μF,则R3 的阻值计算如下：

R5 = 300 ÷ ( 1.1×200×10-6 ) ≈1.36×106 Ω R5 = 180 ÷ ( 1.1×200×10-6 ) ≈0.81×106 Ω 所以R5取得阻值可以在820K-1.4M之间取得。

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2.1.3元件的选取表

编号 D1 – D4 D6 D7 D8 R1-R4 R5 R6-R7 W1-W2 C1 C3 C4 名称 整流二极管 发光二极管 硅开关二极管 电阻 电阻 电阻 精密可调电阻 电解电容 电解电容 电解电容 型号 1N4001 红 绿 1N4148 10K 1/8W 1.2M 2K 50K 2200Uf/50V 0.47uF 1000uF 0.1uF 200uF LM7812 NE555 LM393 开关型如DTC144 JZC-32FDC12V 触点AC260V 3A 数量 4 2 1 4 1 2 2 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 C2 C5 C7 瓷片电容 C6 U1 U2 U3 Q1 K1 电解电容 集成稳压块 定时器 电压比较器 晶体三极管 继电器 第 9页 /共 16页

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T1 变压器 220V/12V 要求长时间通电不发热 1 2.1.4主要元件介绍

LM393的引脚： NE555的引脚：

第三章 电路的制作与调试

3.1电路制作

首先根据设计方案及其原理图，用万能版进行连线，目的是为了检验设计的原理是否正确和方便进行调试。万能版连线完成后，确认连线以及各元器件的正负没有错误后，就开始调试。 调试电路图如下：

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图3 3.2制作与调试的步骤：

1、先连接开关三极管前面的电路，连接好后加上一个负债

就开始调试。这时如果线路正确的话，通过调节电位器 W1 、W2，利用电压表可以测得电压比较器的上限电压（LM393的3脚电压）和下限电压（LM393 的 6脚电压），并且要求上限电压高于下限电压。这时接在三极管集电极上的发光二极管亮，表示电路中的LM393的 2或 5脚电压在上限和下限之间。电路工作在正常状态下。再调节W1使其LM393的2或者5脚电压高于3脚电压三极管集电极上的发光二极管不亮，说明输入电压在设定的范围外。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LM393的1脚是否接上了上拉电阻， 因为 LM393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

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源一般须接一个上拉电阻，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 LM393 的 8 脚和4脚是否接上了电源和地。再接电路是往往不注意就没有接上电源和地。

2、当前面电路调试完毕后，就可以进行后面电路的链接。完成后，要对整个电路连线进行检查一遍。用220V白炽灯做负载，然后接通电源，通过调压变压器改变工作电压，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当输入电压由正常范围外跳到正常电压的范围内，此时，D6（红色）发光，D7（绿色）不发光，负载灯不亮。说明负载没有工作，大约经过 5min的时间D7才开始发光，D6（红色）则与 D7 相反。负载灯亮，说明电路工作正常。

②当输入电压在正常电压范围内工作时，D6不亮，D7亮。负载灯亮。说明电路工作正常。

③当输入电压在正常范围内跳到电压范围外时，D7 立即熄灭，D6 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负载灯不亮。

3.3制作PCB

在电路调试完成后，满足题目要求，就可以印制电路板来完成。在制版前要借用电脑来进行布线，线布好后经检查无误就交

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由制版室进行制版。

在安装时或者是布板时通过计算可以把电位器换成准确的电阻。

印制电路图：

图4

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第四章 设计结论及体会

该保护电路通过对所供电设备电压进行取样检测，电压出现过压、欠压现象时，保护电路内部执行继电器延时，释放开关(保护电路在正常工作时无过压、欠压情况下内部执行继电器呈吸合状态)。从而达到对用电设备的保护。该系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定，基本上达到题目要求的各项指标要求。但是也遇到了很多困难，最后经过我们自己的努力和老师的指导慢慢克服了困难，在规定时间内完成了任务。在设计过程中要注意元器件的应用。注意观测电子元器件是否有损坏等不利于电路的问题存在，应及时给与改正。电路中如有一处出现问题将影响整个电路图的功能的实现。设计时应考虑成本，功能坏境等的因素。切实做到经济实惠，耐用可靠。在调试的时候，遇到了些理论值与实际测量值有一定的差别，但是通过修改一些参数还是得到题目要求。

通过本次设计巩固了已有的一些知识和新学到了一些基础知识。设计是一个实践的平台，在设计过程中，我通过不断学习、制作，让我掌握了很多东西。既熟悉了 Protel99 软件的使用，也进一步提高了自己设计电路的能力。更重要的是，通过这次锻炼，增强了我的动手处理能力，扩大了想问题的角度，学会了如何分析电路问题、如何去查找并改正电路中的错误，如何把大的问题最小化，并一一解决。在设过程中遇到了很多困难，真的很

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感谢老师，同学们给与的帮助，让我有机会能成功完成这一艰巨的任务。同时也让我深深感受到团结力量的伟大。在今后工作中我将努力发扬坚持不懈，团结一致，积极进取的精神。出色，保质保量完成各项任务。总结经验教训，在工作中求发展。

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参考文献

肖景和 .555集成电路应用精粹,北京邮电出版社出版 2007年。

陈有卿 .实用555时基电路300 例，中国电力出版社出版 2005年。

陈有卿 .通用集成电路应用也实例分析，中国电力出版社出版 2007年。

劳动和社会保障部教材版办公室编写.模拟电子技术，中国劳动社会保障出版社出版 2006年。

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参考文献

肖景和 .555集成电路应用精粹,北京邮电出版社出版 2007年。

陈有卿 .实用555时基电路300 例，中国电力出版社出版 2005年。

陈有卿 .通用集成电路应用也实例分析，中国电力出版社出版 2007年。

劳动和社会保障部教材版办公室编写.模拟电子技术，中国劳动社会保障出版社出版 2006年。

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