1、摘 要 本文是在分析了目前國內電冰箱保護器研究的現狀的基礎上，設計的一種集過壓、欠壓、延時保護集于一體的多功能電冰箱保護器。文中首先探討了冰箱保護器的價值和發(fā)展狀況，并提出了設計的主要任務和要求。然后分析了電網過、欠壓或突然斷電時，壓縮機受到的影響，并根據其工作原理，繪制電路原理圖，并且進行元器件的選擇和計算以及電路的調試，最后得出結論。該電冰箱保護器具有電路結構簡單、硬件調試方便、工作性能穩(wěn)定等優(yōu)點。 關鍵詞：電冰箱保護器；過壓；欠壓；延時Abstract This paper is the analysis of the current domestic refrigerator prot

2、ector research present situation in the foundation, design a set of over-voltage, under-voltage, delay protection set in one of the multifunctional protector for refrigerator. This paper first discusses the refrigerator protector value and development status, and put forward the design of the main t

3、asks and requirements. Then it analyzes the network, under voltage or power failure suddenly occurs, the compressor is affected by, and according to its working principle, drawing the circuit diagram, and the choice of components and calculation and circuit debugging, finally draws the conclusion. T

4、he refrigerator protector has simple circuit structure, hardware debugging convenience, the advantages of stable performance.Keywords：refrigerator protector; over-voltage; short; time delay畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過

5、的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內容。作者簽名： 日 期： 目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 課

6、題背景11.2 課題的目的和意義11.3 設計任務與要求21.3.1 設計任務21.3.2 本課題研究的技術要求3本章小結3第2章 方案選擇42.1 方案選擇42.1.1 電壓取樣鑒別單元的設計42.1.2 驅動單元的設計52.1.3 直流電源的設計52.1.4 延時電路52.2電冰箱保護器的方框圖5本章小結6第3章 系統單元電路的設計與分析73.1 電壓取樣鑒別電路的設計73.1.1 COMS與非門電路73.1.2 電壓取樣鑒別電路及其工作原理83.2 基本RS觸發(fā)器的設計93.2.1 電路組成及邏輯符號93.2.2 基本RS觸發(fā)器工作原理103.3 延時電路的設計113.3.1 555定時

7、器的外部管腳及電路結構123.3.2 555電路的工作原理133.3.3 555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其工作原理153.4 驅動單元的設計163.5 直流電源的設計163.5.1 電源變壓器163.5.2 整流電路173.5.3 濾波電路183.5.4 直流電源電路設計及工作原理18本章小結19第4章 整機工作原理204.1整機電路原理圖204.2過壓、欠壓、斷電運行狀態(tài)分析204.3 整機工作原理21本章小結23第5章 系統的安裝與調試245.1 電路元器件選擇與計算245.1.1 IC的選擇245.1.2 與非門G1G6的選擇245.1.3 電壓取樣鑒別單元阻容元件的選擇245.1.4

8、 延時電路元件的選擇255.1.5 驅動單元元器件選擇和計算255.1.6 直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇和計算265.2 安裝步驟275.3 整機調試275.4 調試中的問題及解決方法28本章小結29結 論30致謝31參考文獻32附錄1 譯文33附錄2 英文參考資料35附錄 3 整機電路原理圖38附錄 4 元器件表39第1章 緒論1.1 課題背景隨著科技的發(fā)展，社會的進步和人們生活水平的不斷提高。家用電器的應用幾乎遍及我們生活。而家用電器保護，則是發(fā)電、供電、用電系統的重要器件。它幾乎滲透到所有用電領域，是人民生活正常生產和安全工作的重要保證，在國民經濟和節(jié)能事業(yè)中有著不可替代的重要地位和作用。說

9、到家用電器，讓我們不難想到電冰箱。在冰箱出現以前，我們一直在為食品存放時間一久就會變得不再新鮮甚至腐敗而煩惱。真正的電冰箱發(fā)明于20年代，1920年，紐約布魯克林一家平板印刷廠的一位名叫威利斯H.卡里爾的工程師，設計出一種能控制溫度和濕度的系統。而我國電冰箱行業(yè)是從50年代起步的，期間迅速發(fā)展壯大。從改革開放前只有雪花一家，到80年代開始，海爾，海信，長虹，新飛等冰箱生產企業(yè)相繼崛起，從而奠定了我國制冷行業(yè)的基礎。電冰箱行業(yè)的迅速發(fā)展，極大的提高了我國城鄉(xiāng)居民生活的質量。但是，從我國目前的供電情況來看，電網設備還不夠完善，供電電壓不太穩(wěn)定，電壓波動值可能超出電冰箱的允許范圍（我國規(guī)定供電電壓穩(wěn)

10、定度應該在正負百分之十），而且局部斷電又時有發(fā)生，根據以上種種原因就應運而生了電冰箱的自動保護器。電冰箱易損壞或壽命短是困擾人們的一個問題。究其原因，供電電壓波動、瞬時斷電是電冰箱損壞或壽命縮短的主要原因之一。而對于絕大多數家用電冰箱來說，瞬時斷電與電壓波動幾乎是不可避免的。為此，我們利用變壓器，再配以控制電路設計了一種自動穩(wěn)壓、自動延時的電冰箱保護器，該多功能電冰箱保護器能夠根據負載電流判斷線路中的各種故障,并及時進行保護，最大限度的降低對人們日常生活的影響，是一種經濟實用的電冰箱保護器。1.2 課題的目的和意義電冰箱的驅動電機在一定的電壓范圍內才能正常工作，供電電壓過高或過低很容易導致繞組

11、線圈燒毀；另外，當電冰箱正在工作時突然斷電而又立即通電時，電冰箱的壓縮機所承受的啟動電流要比正常啟動電流大好幾倍，導致壓縮泵內壓力很高，使驅動電機負荷過載，也容易燒毀電機。從目前我國供電情況來看，供電電壓還不夠穩(wěn)定，而且局不斷電時有發(fā)生，所以電冰箱保護器具有重要的使用價值。電動機保護器不僅能保證電冰箱的穩(wěn)定工作，而且在工農業(yè)正常生產，提高生產效率和經濟效益和在節(jié)能事業(yè)中也有著重要意義。1.3 設計任務與要求1.3.1 設計任務傳統人們在用電時會因技術故障、人為故障、設備老化、質量低劣、自然災害等引起的電壓過高過低、停電再來電而燒毀電器，甚至因此發(fā)生火災的問題，造成了人身的危害和資金的浪費。為了

12、避免上述危險的發(fā)生，我們應該給電冰箱配備一個冰箱保護器。該保護器的功能是：當電網電壓過壓或欠壓情況下，使家用電器的供電系統停止供電，當電網電壓恢復正常后使家用電器自動恢復供電；當家電正在工作時，一旦電源斷電而又立即供電時，本設計要使家用電器必須斷電35min后才能恢復供電。本保護器的設計需要考慮下面幾個方面的問題:(1)合適性 由于保護器的種類繁多，加之不同廠家生產的電機也有差別。因此，能型電動機綜合保護器應該有較好的適應性，即通過簡單方便的設置就可使保護器不同的保護特性的要求。(2)正確性 為了充分發(fā)揮電機自身的過載能力，同時還要對電機進行有效保護。要求保護器的動作要準確。不準確的動作或造成

13、電機的損壞，或不能充分發(fā)揮的過載能力，造成不必要的跳閘斷電，影響生產。(3)保障性 這一方面要求保護器在無故障時不能產生誤動作，而在故障發(fā)生不能拒絕動作，特別是在過壓、欠壓和突然斷電時。要在規(guī)定的時間內，準確、可靠地完成規(guī)定的保護功能，并且，設計的合理性以及制造時的工藝保證是非常重要的。1.3.2 本課題研究的技術要求1、當電網電壓250V或170V時，能自動切斷電源；2、當電網電壓恢復正常后35分鐘自動接通電源。本章小結本章為緒論，主要介紹電冰箱保護器的課題背景和該設計的實用價值，以及介紹家用電器保護器在發(fā)電、供電、用電系統的重要器件以及良好的商業(yè)前景。最后介紹本課題的主要任務和需要完成的技

14、術要求。第2章 方案選擇2.1 方案選擇根據設計任務及要求，所設計的電冰箱自保護器的基本思想為：電網電壓在正常范圍時，保護器不影響電冰箱的正常工作，而一旦電網電壓250V或170V時，保護器應立即切斷用電器電源。正在工作的電冰箱一旦斷電又恢復供電時，保護器應延時35min后再給電冰箱接通電源。不論是保護器立即斷電還是延時通電，都需要由繼電器觸電開關去控制驅動電機，顯然該保護器還應設有驅動繼電器線圈的驅動電路。為此，本電路主要由以下幾部分組成：電壓取樣鑒別單元、延時電路、驅動單元、直流供電電源等。其主體方案示意圖如圖2-1所示。下面詳細地介紹系統各部分的組成及方案論證。 電壓取樣鑒別單元驅動單元

15、延時電路直流電源圖 2-1 方案示意圖2.1.1 電壓取樣鑒別單元的設計本設計要求保護器能夠對電網電壓進行實時的監(jiān)控，檢測出電網電壓的過、欠壓異常，并根據電壓的異常與否輸出相應的控制信號。為此，必須具備有電壓取樣鑒別電路，以便能及時準確的地按要求動作。對于取樣電路的選擇方案有以下兩種：方案一采用由比較器組成的差分比較電路，電路結構簡單，方便調試。但延時要用LED燈顯示出來，用555定時器會在硬件連接上很有困難。方案二直接采用非門電容、電阻、電位器和二極管組成的采樣電路是最簡單的采樣電路。而且與555定時器會在硬件連接上更方便。所以本設計采用非門電容、電阻、電位器和二極管組成的采樣電路。2.1.

16、2 驅動單元的設計驅動單元主要實現對負載供電線路通斷狀態(tài)的控制。在本設計中驅動單元主要由直流繼電器和該繼電器的驅動電路組成。2.1.3 直流電源的設計本設計要求保護器在過、欠壓狀態(tài)下均能夠正常的工作，因此保護器自身的供電電源必須平穩(wěn)可靠。可采用串聯式直流穩(wěn)壓電源。由于驅動電路與觸發(fā)器所用供電電壓的不同，該直流電源有兩路穩(wěn)壓電路輸出不同穩(wěn)壓值的電壓，該電源的基本組成為電源變壓器，橋式整流，電容濾波和穩(wěn)壓電路I和穩(wěn)壓電路。2.1.4 延時電路正在工作的電冰箱一旦斷電又恢復供電時，保護器應延時35分鐘后自動給電冰箱接通電源，這就必須具有延時電路。延時電路可采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，為了減少體積，性能穩(wěn)定，采

17、用555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路為好。2.2電冰箱保護器的方框圖通過對本設計具體要求的分析和對各部分電路實現方案的考慮。電冰箱保護器的電路方框圖如圖2-2所示。直流10V直流24V市網電壓220V圖2-2 電冰箱保護器方塊圖本章小結本章介紹了電冰箱保護器的設計思路、方案選擇和最終確定的系統方框圖。并把電路分成幾部分來分別討論，已達到簡化電路的目的。通過多方面的比較選出合理的方案。該保護方案中包含直流電源、取樣電路、延時電路、控制電路四部分。其中直流電源部分主要是把交流電轉換成直流電，取樣電路是保護電冰箱在正常的電壓下工作，延時電路是在電路斷相時來保護電冰箱，控制部分是對上述三個部分正常運行

18、。通過方案選擇最終確定電路的整體思路，將分立的各個模塊綜合在一起最后得到整體電路。第3章 系統單元電路的設計與分析3.1 電壓取樣鑒別電路的設計電壓取樣鑒別電路：該部分電路的主要功能是當電網電壓250V和170V時，向驅動單元提供驅動信號，使繼電器觸電動作，電冰箱斷電；當電網恢復供電時，為延時電路輸入一個脈沖下降沿，以便延時電路工作，使用電冰箱經35min才能通電。3.1.1 COMS與非門電路1.電路組成及符號圖3-1所示是CMOS與非門的電路結構和符號。在圖3-1（a）中，兩個P溝道增強型MOS管、并聯，兩個N溝道增強型MOS管、串聯，、的柵極連接起來成為輸入端A，、的柵極連接起來是輸入端

19、B。圖3-1（b）所示是與非門的邏輯符號。2.工作原理在圖3-1（a）中，A、B兩點電壓只要有一個為低電平0V，、中就總有一個截止，、中就總有一個導通，因此Y電輸出一定為高點平（電源電壓）；只有當A、B兩點電壓同時為高電平時，、才會都導通，、才會都截止，Y點才會為低電平0V。綜上所述，可得如表3-1所示真值表。 TN1TN2TP1TP2VDDFAB （a）電路圖 （b）邏輯符號 圖 3-1 CMOS與非門表 3-1 與非門邏輯真值表由表3-1可看出與非門的邏輯功能是：當輸入端中有一個或一個以上是低電平時，輸出端為高電平；只有當輸入端全部為高電平時，輸出端才是低電平（即有“0”得“1”，全為“1

20、”得“0”。）。其邏輯表達式為： 公式 （3-1）3.1.2 電壓取樣鑒別電路及其工作原理該單元電路由與非門、電容、電阻、電位器和、二極管組成，具體電路如圖3-2所示。具體電路工作原理如下：圖 3-2 電壓取樣鑒別電路1.當市網電壓正常時電源接通之后,正常的220V電壓經電阻，和分壓后, 由兩端取出約40V的交流電壓,經半波整流再經、及濾波后成為直流取樣電壓,使圖中=(1013) V, (與非門的轉折電壓，對于CMOS門，閾值電壓約等于直流電源電壓的一半，即), (與非門的轉折電壓)，故門輸出“1”電平，門輸出“0”電平，該信號作為控制信號送往延時電路，此信號使延時電路不動作。門輸出 “1”電

21、平，該信號作為基本RS觸發(fā)器的控制脈沖改變其狀態(tài) 。2. 當市網電壓250V或170V時由于電網電壓升高，使直流取樣電壓也相應升高，因而使,故門輸出為“0”電平，門輸出為“1”電平，門輸出“0”電平；由于電網電壓降低，使直流取樣電壓相應降低，因而使（這時）,使門輸出“1”電平，門輸出為“0”電平。當市網電壓當市網電壓250V或170V時，門輸出由“0”電平翻轉為“1”電平，該脈沖下降沿作為延時電路的觸發(fā)信號，使延時電路工作。門輸出為“0”電平，該信號與延時電路輸出的信號一起控制基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)，啟動斷電保護。3.2 基本RS觸發(fā)器的設計該部分電路受電壓取樣鑒別電路的控制，主要用于記憶和產生

22、控制信號送給驅動電路。3.2.1 電路組成及邏輯符號圖3-3（a）所示是用兩個與非門交叉連接起來構成的基本RS觸發(fā)器。、是信號輸入端，低電平有效，Q和是兩個互補的信號輸出端。圖3-3（b）所示是基本RS觸發(fā)器的邏輯符號。QQ 圖3-3 (a) 邏輯電路圖 圖3-3 (b) 邏輯符號圖3-3 由與非門構成的基本RS觸發(fā)器3.2.2 基本RS觸發(fā)器工作原理1.電路有兩個穩(wěn)定狀態(tài)電路無輸入信號即D =D =1時，有兩個穩(wěn)定狀態(tài)。（1）0狀態(tài)當Q=0、=1的狀態(tài)定義為0狀態(tài)。由于Q=0送到了與非門G2的輸入端，使之截至，保證=1，而=1和D =1一起使與非門G 1導通，維持Q=0，顯然電路的這種狀態(tài)可

23、以自己保持，是穩(wěn)定的。（2）1狀態(tài) 當Q=1、=0的狀態(tài)定義為1狀態(tài)。由于=0送到了與非門G1的輸入端，使之截至，保證Q=1，而=0和D =1一起使與非門G2導通，維持=0，顯然電路的這種狀態(tài)也可以自己保持，是穩(wěn)定的。2.電路接收輸入信號過程（1）接收置1信號過程當D =1、D =0時，觸發(fā)器將變成1狀態(tài)，即將有Q=1、=0.當D =1、D =0時，如果觸發(fā)器原來是處在0狀態(tài)，則根據與非門的邏輯特性（有0出1，全1出0），可以肯定G1輸出為高電平、門G2輸出為低電平，即有Q=1、=0；如果觸發(fā)器原來就處在1 狀態(tài)，則仍保持1狀態(tài)，即仍有Q=1、=0。（2）接收置0信號過程當D =1、D =0時

24、，觸發(fā)器將變成1狀態(tài)，即將有Q=1、=0.當D =1、D =0時，如果觸發(fā)器原來是處在0狀態(tài)，則仍保持0狀態(tài)不變即，Q=0，=1的狀態(tài)不會變；如果觸發(fā)器原來是處在1狀態(tài)，則根據與非門的邏輯特性，肯定門G2輸出將為高電平，即=1，而=1和D =1又會導致門G1輸出為低電平，即Q=0。由基本RS觸發(fā)器的工作原理分析，可以很容易的列出表3-2，該基本RS觸發(fā)器的特性表直觀的反映了基本RS 觸發(fā)器兩輸入信號R和S與觸發(fā)器接收信號之前所處的現態(tài)（）及觸發(fā)器接收輸入信號之后所處的現態(tài)之間的關系。 約束條件 公式（3-2） 表 3-2 基本RS觸發(fā)器的特性表3.3 延時電路的設計延時電路主要用于電網突然斷電

25、又立即恢復供電而燒毀家用電器。本電路可采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現。為減小體積和性能的穩(wěn)定，采用555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)電路。為防止因斷電后又立即通電而燒毀電機，因此要用延時電路。該延時電路由555定時器IC、電容、電阻等組成。該電路是一個負脈沖觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)延時電路，它的工作原理如下：圖 3-4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖1.當電網電壓從大于240V降至略小于240V時，由于,門的狀態(tài)翻轉，輸出為“1”電平，門由輸出“1”變?yōu)檩敵觥?”（這時有），通過給555定時器IC的2腳送入一個負脈沖，則3腳變?yōu)椤?”電平。同時放電管截止，直流電源經電阻對電容充電，（）上升。經5分鐘后，2/3,555電路狀態(tài)翻轉，3腳

26、恢復為“0”電平，輸出一個負脈沖，經電容送至RS觸發(fā)器，使 (這時因輸出“0”電平，輸出為“1”電平，即),迫使RS觸發(fā)器翻為“1”狀態(tài)（Q=1），門及輸出“0”狀態(tài)，及截止，繼電器常閉觸點閉合，電冰箱恢復工作。這里555定時器3腳“1”電平的保持時間（放電管的截止時間）僅與電阻和電容的乘積成正比，而與直流電源電壓的大小無關。調整,可以延時5分鐘。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波型見圖5所示。其中為2腳電壓，為3腳電壓，為7腳電壓的波形。2. 若電網電壓從小于180V上升到大于180V時，（這時UBU時其輸出為高電平，當U2/31/3低電平導通12/31/3高電平截止11/3保持原狀態(tài)保持原狀態(tài)3.3.3

27、 555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其工作原理圖3-6 NE555構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上圖3-6所示，為由NE555定時器和外接定時元件R、C構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時NE555電路輸入端處于電源電平，內部放電開關管T導通，輸出端Vo輸出低電平，當有一個外部負脈沖觸發(fā)信號（由電壓取樣鑒別電路提供）加到Vi端。并使2端電位瞬時低于1/3Vcc，低電平比較器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個穩(wěn)態(tài)過程，電容C開始充電，Vc按指數規(guī)律增長。當Vc充電到2/3Vcc時，高電平比較器動作，比較器A1翻轉，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開關管T重新導通，電容C上的電荷很快經放電開關管放電，暫態(tài)結束，恢復

28、穩(wěn)定，為下個觸發(fā)脈沖的來到作好準備。波形圖如圖3-7所示。圖3-7 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間Tw（即為延時時間）決定于外接元件R、C的大小。 公式 （3-3）通過改變R、C的大小，可使延時時間在幾個微秒和幾十分鐘之間變化。555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖如圖3-7所示。3.4 驅動單元的設計該單元電路由三極管和、與非門、二極管、繼電器K和電阻組成。該電路的主要功能是：通過RS觸發(fā)器的輸出端（Q）的狀態(tài)，經門反相后控制、的飽和導通或截止，使繼電器線圈K中有電流或無電流，從而使其常閉觸點斷開或閉合，電冰箱處于停止或工作狀態(tài)。是續(xù)流二極管，其作用是：當二極管及由導通變截止時，繼電器線

29、圈中的電流不會突然中斷，在其線圈兩端會產生上負下正的自感電壓，由于該電壓很高，可能會擊穿三極管和。有續(xù)流二極管時，自感電壓的極性使導通，給繼電器線圈中的電流（電感中的電流不能突變）提供了通路（續(xù)流），使線圈中的磁場能量慢慢釋放，因而線圈兩端不會產生高的自感電壓，或者說由于的導通使線圈兩端電壓被鉗制（大小為），和就不會被擊穿了。3.5 直流電源的設計直流穩(wěn)壓電源提供整個保護器各部分工作的直流電壓。電網電壓經電源變壓器降壓，橋式整流，電容器濾波，穩(wěn)壓電路得到約為24V的直流電壓提供給驅動電路和直流繼電器工作電壓，再經穩(wěn)壓電路得到約為10V的電壓供給基本RS觸發(fā)器和延時電路。它需要經過變壓、整流、濾

30、波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。 3.5.1 電源變壓器圖3-8所示為一降壓變壓器，它將電網220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路。該電源變壓器降壓電路的工作原理是：在開關S1閉合時，220V交流市電經S1（圖中未閉合）加到電源變壓器T1的一次繞組兩端，交流電流經S1從一次繞組的上端流入，從一次繞組的下端流出。由于變壓器繞組的互感作用，在變壓器的二次繞組兩端輸出一個較低的交流電壓。圖3-8 電源變壓器降壓電路3.5.2 整流電路整流就是利用二極管的單向導電性將交流電壓變換成脈動的直流電壓。單相橋式整流電路是工程上最常用的電箱整流電路。整流電路在工作時，電路中的四只二極管都是作為開關

31、運用，由圖如圖3-9可知：當正半周時，二極管D1、D3導通（D2、D4截止），在負載電阻上得到正弦波的正半周；當負半周時，二極管D2、D4導通（D1、D3截止），在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正、負半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。 （a） 電路圖 （b） 波形圖圖 3-9橋式整流電路及波形圖3.5.3 濾波電路通常利用電容或電感元件的電抗特性，將整流電路輸出的脈動直流電壓中的大部分交流成分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。在電路中，當有電壓加到電容器兩端的時候，便對電容器充電，把電能儲存在電容器中；當外加電壓失去（或降低）之后，電容器將把儲存的電能再放出來。充

32、電的時候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓；放電的時候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。這種電容帶兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來承擔濾波的任務。圖3-10（a）是最簡單的電容濾波電路，電容器與負載電阻并聯，接在橋式整流整流電路后面。在二極管D1、D3導通期間，E2向負載電阻Rfz提供電流的同時，向電容器C充電，一直充到最大值。E2達到最大值以后逐漸下降；而電容器兩端電壓不能突然變化，仍然保持較高電壓。這時，二極管D1、D3受反向電壓，不能導通，于是Uc便通過負載電阻Rfz放電。由于C和Rfz較大，放電速度很慢，在E2下降期間里，電容器C上的電壓降得不多。當E2負半周經橋

33、式整流后來到并升高到大于Uc時，又再次對電容器充電。如此重復，電容器C兩端（即負載電阻Rfz兩端）便保持了一個較平穩(wěn)的電壓，在波形圖上呈現出比較平滑的波形。圖3-10（b）所示為全波整流時電容濾波前后的輸出波形。 （a） 電路圖 (b) 波形圖圖 3-10 電容濾波電路及工作波形圖3.5.4 直流電源電路設計及工作原理該電源由變壓器T、整流二極管、穩(wěn)壓管、調整管、電容及電阻與組成。該電路的主要功能是產生兩種大小不同的直流電壓：E點輸出電壓=22V，供給驅動單元；F點輸出電壓=11V,作為與非門和555定時器IC的電源電壓。直流穩(wěn)壓電源電路的工作原理如下：1.由變壓器T、整流管、電容組成全波橋式

34、整流電容濾波電路。220V的交流電壓經降壓變壓器降壓后，又經組成的整流橋，輸出脈動的電壓，再經的濾波，便在其兩端（即穩(wěn)壓電路的輸入端）獲得直流電壓。為了能在電網電壓波動或負載電流變化時，該電源所輸出的直流電壓基本穩(wěn)定，必須設有穩(wěn)壓電路。2.由、電容和、電阻和構成了基本調整管串聯型穩(wěn)壓電路。其中和組成復合調整管，與，及電阻R15構成第一級穩(wěn)壓電路，在E點輸出22V直流電壓。它的特點是與穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值是“跟隨”的關系，所以只要穩(wěn)壓管電壓、保持穩(wěn)定，則當電網電壓和負載電流在一定范圍內變化時，UE也能基本穩(wěn)定。由于加了射極跟隨器，使穩(wěn)壓電路帶負載能力增強了。同理，又組成了第二級穩(wěn)壓電路，在F點輸出11v

35、的直流電壓。電容和是為了改進穩(wěn)壓電路的暫態(tài)響應而設置的，即瞬時增減負載電流時不至于引起輸出電壓有較大的波動。本章小結本章主要對各單元電路模塊的設計、電路實現原理以及實現各部分電路所用的元器件進行介紹，在具體電路中，實現每個技術指標都會有不同的方案，但根據實際情況，則需選擇最適合的。實驗證明本設計中各單元電路設計方案正確可行，各項指標穩(wěn)定可靠。第4章 整機工作原理4.1整機電路原理圖電冰箱保護器的整機電路原理圖詳見附錄3。4.2過壓、欠壓、斷電運行狀態(tài)分析電冰箱是一種間歇工作的家庭電器，在接通電源后，其壓縮電動機處于啟動、運行、終止的反復循環(huán)過程。根據我國家用電冰箱技術標準的規(guī)定，電冰箱的電源電

36、壓應在175235V范圍內才能保證電冰箱的正常啟動和運行。為什么要對電冰箱的電源條件做出規(guī)定呢？這是由于電冰箱的壓縮機作為電動制冷器具的核心部件,其工作的安全性不僅關系到用戶的財產安全,而且關系到用戶的人身安全，并且壓縮機都是在負載條件下啟動的。啟動時要求電動機啟動轉矩較大，啟動電流常可達到額定工作電流的三至七倍。在供電緊張地區(qū)或用電高峰時間里，電網電壓會變得很低，但有時候，電網電壓又會變得很高。如果在電源電壓低于允許的下限值的情況下啟動，會因啟動轉矩不足，造成電動機啟動困難，勢必迫使電動機的啟動電流成倍增長，超過設計的允許的限度。電冰箱內設的熱保護裝置對這種瞬間大電流的反應較差，因而極易造成

37、壓縮機繞組的燒毀。當電源電壓高于允許的上限值的情況下啟動時，電動機繞組因電流過載也同樣會出現發(fā)熱而破壞絕緣的現象，對壓縮機的壽命都是有害的，嚴重時也會燒毀電動機。過壓、欠壓保護器就是應運而生的一種輔助性電器。當電網出現欠壓或過壓時，應用敏感于電網電壓的基本特性，過壓欠壓保護器及時將電冰箱的電源切斷，以保護電冰箱免受非常規(guī)電壓的破壞。在電冰箱的壓縮機處于工作狀態(tài)時，不允許在電源突然中斷后的短時間內重新接通電源。因為壓縮機工作時，壓縮泵一側自蒸發(fā)器將低壓制冷劑蒸發(fā)抽出，經過壓縮成為高溫高壓蒸汽，自另一側送往冷凝器，實現向空間排熱。兩側壓力差最大時可達到十一個大氣壓，壓縮機中斷運行后，須經一定的時間

38、才能恢復兩側的平衡，最好保持在五分鐘左右，確保了壓縮機在輕載狀態(tài)下起動；倘若壓縮機運行中出現斷電后又很快接通的情況，由于兩側存在很大的壓力差，電動機啟動時的負載很大，啟動電流較正常值成倍增加，從而帶來燒毀電動機的危險。電冰箱在出售時，生產廠家一般都不配備斷電保護器，市場上銷售的斷電保護器，一般也都不具備智能延遲作用。一般的斷電保護器，在電冰箱停電后復電，不管停電時間多久，它都要延遲3分鐘左右才能接通電源，顯得非常機械，人們希望在剛剛斷電的最近3分鐘之內能對電冰箱進行保護，不允許通電，而3分鐘之后，則要求一旦來電壓縮機能馬上通電起動運轉，以便在電冰箱室內的溫度下降的最短時間內恢復制冷，既能保證食

39、物不至于變質，又可節(jié)約電能。4.3 整機工作原理1.當電網電壓在正常范圍內時 電源剛接通的瞬間，電容上的電壓不能突變，因而,所以門輸出（也是基本RS觸發(fā)器的輸出端Q）“1”狀態(tài)，的輸出“0”狀態(tài)，三極管、截止，繼電器常閉觸點不打開，電冰箱得以供電可以啟動。 電源接通之后,正常的電網電壓經電阻、和分壓后,由兩端取出約40V的交流電壓,經半波整流再經、及濾波后成為直流取樣電壓,使圖中=(1013) V, (與非門的轉折電壓，對于CMOS門，閾值電壓約等于直流電源電壓的一半，即), (與非門的轉折電壓)，故門輸出“1”電平，門輸出“0”電平，門、輸出（RS觸發(fā)器的D端）“1”電平；因為輸出“0”電平

40、，這時555定時器2腳始終為低電平，其輸出端3腳輸出仍為“0”電平，電容兩端電壓仍為零，使門輸入（RS觸發(fā)器的D端）為“1”電平，所以RS觸發(fā)器端保持初始“0”狀態(tài)，繼電器K仍不吸合，其常閉觸點仍閉合，電冰箱得以繼續(xù)工作。2.當電網電壓250V時由于電網電壓升高，使直流取樣電壓也相應升高，因而使,故門輸出為“0”電平，門輸出為“1”電平，門、輸出“0”電平，基本RS觸發(fā)器D=0，而這時仍未充電，仍然保持“0”，所以觸發(fā)器的輸出翻轉成“1”狀態(tài)，使和飽和導通，繼電器K吸合，常閉觸點及斷開，電冰箱斷電而停止工作。3.當電網電壓170V時由于電網電壓降低，使直流取樣電壓相應降低，因而使（這時）,使門

41、輸出“1”電平，門輸出為“0”電平，也同樣迫使觸發(fā)器翻轉為“0”電平，使門輸出為“1”電平，及飽和導通，繼電器K吸合，常閉觸點、斷開，電冰箱停止工作。4.當電網電壓從大于250V降至略小于250V時由于,門的狀態(tài)翻轉，輸出為“1”電平，門由輸出“1”變?yōu)檩敵觥?”（這時有），通過給555定時器IC的2腳送入一個脈沖下降沿，則555定時器3腳變?yōu)椤?”電平（=1），門輸出為“1”電平（=1），使基本RS觸發(fā)器端輸出“1”電平，三極管、飽和導通，繼電器常閉觸點斷開，家用電器仍停止供電。555定時器3腳變?yōu)椤?”電平的同時放電管截止，直流電源經電阻對電容充電，（）上升。經5分鐘后，,555電路狀態(tài)翻

42、轉，3腳恢復為“0”電平，經電容送至RS觸發(fā)器，使=0 ,這時因輸出“0”電平，輸出為“1”電平，即=1,迫使RS觸發(fā)器端翻為 “0”狀態(tài)，及截止，繼電器常閉觸點閉合，電冰箱恢復工作。這里555定時器3腳“1”電平的保持時間（放電管的截止時間）僅與電阻和電容的乘積成正比，而與直流電源電壓的大小無關。調整,可以延時5分鐘。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波型見圖3-7所示。其中Vi為2腳電壓，Vc為3腳電壓，Vo為7腳電壓的波形。5.當電網電壓從小于170V升至略大于170V時由于電網電壓升高，使直流取樣電壓相應上升，因而使（這時）, 輸出為“1”電平，門輸出為“0”電平，也同樣迫使觸發(fā)器端翻轉為“1”電平，

43、使及飽和導通，繼電器K吸合，常閉觸點、斷開，電冰箱停止工作。經過555定時器延時35分鐘后，RS觸發(fā)器狀態(tài)翻轉，及截止，繼電器常閉觸點閉合，電冰箱恢復工作。6.當電網電壓突然斷電又立即供電時，門的輸出端狀態(tài)由“1”電平翻轉為“0”電平，輸出一個脈沖下降沿觸發(fā)信號經電容送往555延時電路的2腳，使555定時器3腳輸出“1”電平，此時門、輸出為“0”電平，使基本RS觸發(fā)器端輸出“1”電平，經過35分鐘延時后輸出變?yōu)椤?”電平，電冰箱恢復供電。本設計使電網電壓恢復供電35分鐘后家用電器才得以通電工作，起到了良好的保護作用。本章小結本章主要介紹了家電保護器的整機電路及其原理。 電冰箱保護器基本工作原理

44、為：電網電壓由取樣電阻分壓整流濾波后成為直流取樣電壓，該電壓直接反應反應電網電壓的變化，利用CMOS與非門的轉折電壓等于直流電源電壓的一半的特點，將該模擬直流電壓轉換為數字控制電壓，從門輸出的信號通過電容送到555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的的2腳，555定時器的3腳輸出狀態(tài)控制基本RS觸發(fā)器輸入端的狀態(tài)：門輸出的信號控制基本RS觸發(fā)器的輸入端的狀態(tài)。當電網電壓發(fā)生變化時，門輸出信號隨之發(fā)生變化，控制555定時器3腳輸出電平（基本RS觸發(fā)器輸入端的狀態(tài)），基本RS觸發(fā)器的輸入端也發(fā)生變化，兩路信號共同改變基本RS觸發(fā)器端輸出電平去控制直流繼電器的狀態(tài)，從而實現電冰箱保護器的保護功能。第5章 系統

45、的安裝與調試5.1 電路元器件選擇與計算5.1.1 IC的選擇定時器IC選用NE555。5.1.2 與非門G1G6的選擇與非門G1G6可分別選用四2輸入的CMOS與非門，其型號選CC4011。5.1.3 電壓取樣鑒別單元阻容元件的選擇要求在R2兩端取出約40V的交流電壓，占供電電壓（220V）的十一分之二，故選:整流二極管選用2CZ55B,濾波電容: 因為是半波整流電容濾波，電容兩端的電壓： 設二極管 的工作電流：又要求： 可計算出： 可取。要求，因為CMOS與非門的電源電壓由直流電源的F端供給，即,所以，以此為據，可選擇，的電位器。選,。5.1.4 延時電路元件的選擇選，可以計算出的范圍，在

46、圖3中，。當時 公式（5-1）可選用470的固定阻值與1.5的電位器串聯。 5.1.5 驅動單元元器件選擇和計算要求在R2兩端取出約40V的交流電壓，占供電電壓（220V）的十一分之二，故選:整流二極管選用2CZ55B,濾波電容: 因為是半波整流電容濾波，電容兩端的電壓： 設二極管 的工作電流：又要求： 可計算出： 可取。要求，因為CMOS與非門的電源電壓由直流電源的F端供給，即,所以，以此為據，可選擇，的電位器。選,。5.1.6 直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇和計算穩(wěn)壓二極管的選擇電路要求F點輸出電壓 E點輸出電壓 即 查手冊選用2CW59(就型號2CW18),其穩(wěn)壓電壓，最大工作電流。、的計算：

47、 ， 公式（5-2）可取由于 公式（5-3）為了讓調整管可靠地工作在放大區(qū)，必須使其管壓降，取,則 公式（5-4）故選 。變壓器T的選擇： 公式（5-5）因整流濾波電路為全波橋式且電容濾波，所以變壓器次級電壓 公式（5-6）取.選電源變壓器為初級輸入220V交流電壓，次級電壓為30V、電流為0.1A。二極管選用2CZ55B.電容的選擇： 三極管的選擇：選3DG100B,和選3DG130B.以上電阻均選用RJ0.25W的金屬膜電阻，電位器均選用穩(wěn)定性較好的小型電位器。5.2 安裝步驟1.檢查元件的好壞按電路圖買好元件后，首先檢查買回元件的好壞，按不同元件的檢測方法分別進行檢測，而且要認真核對與原

48、理圖是否一致，在檢查好后才可上件、焊件，防止出現錯誤后不便改正。2.放置、焊接元器件按電路布線圖的位置放置各個元器件，在放置過程中要先放置、焊接較低的元件，后焊較高的元件和要求較高的元件。特別是容易損壞的元件要后焊。需焊接集成芯片時，首先將集成芯片座焊到電路板上，在電路全部焊接完成且檢查無誤后，再將芯片牢固、準確的安裝到芯片座上，注意芯片的安裝方向。5.3 整機調試 1.安裝時先暫不將電容電路中，當焊接完畢且檢查無誤后方可進行調試。2.首先調試電壓取樣鑒別單元將電位器RW1、RW2的調節(jié)端置于中點位置，將市電接入可將市網電壓220V調節(jié)為170V250V輸出的調壓器的輸入端，調壓器的輸出端與家

49、電限電保護器的市電輸入端相接。 把調壓器的輸出調在220V，測量圖中A點電壓應在12V左右，若偏差較大，可改變電阻和電容的數值，但和不能調的太大，如果它們的時間常數太大，將會使保護器工作時的動作過分遲緩，不能起到保護作用；，的值亦不可調的過小，以免保護器受電網電壓中干擾脈沖的影響產生誤動作。超壓點的調試。將調壓器輸出電壓調高，使之升高到250V。緩慢調節(jié)電位器至門輸出由“1”翻轉為“0”時停止。使門輸出“1”電平，門 、輸出“0”電平，基本RS觸發(fā)器輸出狀態(tài)翻轉, 輸出端為“1”電平，使三極管，組成的復合管飽和導通，繼電器吸合，用電器供電斷路；在調節(jié)調壓器使其輸出電壓略低于250V，使門又恢復為輸出“1”電平。由于尚未與延時電路相連，RS觸發(fā)器的狀態(tài)不能恢復到初態(tài)，故要用導線把短接一下，輸入一個負脈沖，使觸發(fā)器端恢復到初態(tài)后，