家用电器保护电路.docx
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家用电器保护电路
电网过压、欠压延时家电保护电路设计
一、社会现象
电网过压、欠压保护电路在社会生活中扮演十分重要的角色。
不同的家电遇到不同的电压会出现不同的问题,例如,电视机、电脑等电器高于250V电压工作就容易烧毁,电冰箱在电压过低时由于转矩不够而无法启动,致使电流过大而烧毁。
在电网电压正常时,启动保护电路为用电器接通电源,当电压低于190V或高于250V时,保护电路将自动切断用电器的电源,对用电器起到良好的保护作用。
本设计电路包括电源电路、电压比较器、延时电路、控制电路。
二、电路图说明
1电源电路
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。
(1)电源变压器:
是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。
本电路中,190V—7.25V,220V---8.4V,250V—9.54V,变压比为26.2倍。
(2)整流电路:
利用单向导电元件二极管,把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。
整流电路常采用二极管单相全波整流电路,即整流桥。
U1的正半周内,二极管D1、D2导通,D3、D4截止;U1的负半周内,D3、D4导通,D1、D2截止。
正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL,且方向是一致的。
(3)滤波电路:
可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。
对应电路图为C1(470u),C2(0.01u)电容
(4)稳压电路:
稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。
7805即有此功能,输入电压8-12V,输出电压正5V。
50Hz,220V交流市电经过变压器变压、桥式二极管整流,电容滤波,7805稳压之后,输出稳定的+5V直流电,为窗口电压比较器LM339、延时电路555、控制电路继电器提供5V的电源电压。
2电压比较电路(窗口比较器、双限比较器)
电路由两个LM339组成一个窗口比较器。
当被比较的信号电压Uin位于门限电压之间时(UR1 它可用来判断输入信号电位是否位于指定门限电位之间 三极管Q1起着电子开关的作用 管脚 输入电平 输出电平 7(上限) 小 0 5/6(实际输入) 大 4(下限) 小 管脚 输入电平 输出电平 7(上限) 大 0 5/6(实际输入) 小 4(下限) 大 管脚 输入电平 输出电平 7(上限) 大 1 5/6(实际输入) 中 4(下限) 小 3延时电路555 该延时电路使用的555定时器构成的单稳态触发器原理。 C6与RV1用来充电,C6与R1用来放电,2脚为输入信号,下降沿有效,3脚是输出信号。 工作原理 1,没有触发信号时电路工作在稳态 无触发信号即Ui为高电平时,电路工作在稳态状态——Q=0,U0为低电平,TD饱和导通。 若触发电源后,Ui=Uih,555定时器中基本RS触发器是处在0状态,即Q=0,U0=U0L,TD饱和导通,这种状态将保持不变。 接通电源后,Ui=Uih,555定时器中基本RS触发器是处在1状态,即Q=1,U0=U0H,TD截止,则这种状态是不稳定的,经过一段时间后,电路会自动地返回稳定状态。 因为TD截止,电源会通过RV1对C6进行充电,UC将逐渐升高,当UC=UTH上升到2VCC/3时,比较器C1输出0,将基本RS触发器复位到0状态,Q=0,U0=UOL,TD饱和导通,电容C通过TD迅速放电,使UC=0,即返回到稳态。 (1)ui下降沿触发 当Ui下降沿到来时,电路被触发,立即由稳态翻转到暂态——Q=1,Uo=Uoh,TD截止。 因为U由高电平跳变到低电平时,比较器C2的输出跳变为0,基本RS触发器立刻被置成1状态,即暂稳态。 (2)暂稳态的维持时间 在暂稳态期间,电路中有一个定时电容C充电的渐变过程,充电回路是VCC——RV1——C6——地,时间常数为T=RV1*C6.在电容上电压Uc=Uth上升到2VCC/3以前,显然电路将保持暂稳态不变。 (3)暂稳态结束 随着C充电过程的进行,Uc=Uth逐渐升高,当Uc=Uth上升到2VCC/3时,比较器C1输出0,立即将基本触发器复位到0状态,即Q=0,Uo=Uol,TD饱和导通,暂稳态结束。 (4)恢复过程 当暂稳态结束后,定时电容C将通过R1放电,时间常数为T2=R1*C6,经过3T2~5T2后,C放电完毕。 Uc=Uth=0,恢复过程结束。 恢复过程结束后,电路返回到稳定状态,单稳态触发器又可以接收新的输入触发信号。 二极管D2: 1N41481起着开关作用 4控制电路 1、电磁继电器的工作原理和特性 电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。 只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。 当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。 这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。 对于继电器的“常开、常闭”触点,可以这样来区分: 继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。 2,在继电器旁边加二极管1N4007用来续流,保护继电器。 3.三极管Q2是用来驱动电路的作用 4.显示电路 当555输出为高电平时,D1绿灯亮,继电器指向左侧,常闭状态;当555输出为高电平时,D4红灯亮,继电器指向右侧,常开状态; 三、仿真 仿真图形 仿真数据(电压上限: 9.54电压下限: 7.25 窗口电压上限: 3.52窗口电压下限: 2.85) 输入电压(V) 现象(LED) 5.00 红灯一直亮 6.00 红灯一直亮 7.00 红灯一直亮 8.00 红灯先亮7S,之后绿灯亮 8.50 红灯先亮7S,之后绿灯亮 9.00 红灯亮 9.54 红灯亮 10.00 红灯亮 11.00 红灯亮 四、实物 电路图 PCB图 实物调试数据(电压上限: 9.54电压下限: 7.25 窗口电压上限: 3.5窗口电压下限: 2.4) 输入电压(V) 现象(LED) 5.00 红灯亮 6.00 红灯亮 7.00 红灯亮 8.00 红灯先亮7S,之后绿灯亮 8.50 红灯先亮7S,之后绿灯亮 9.00 红灯先亮7S,之后绿灯亮 9.50 红灯先亮7S,之后绿灯亮 10.00 红灯亮 11.00 红灯亮 五、元件清单 元件 型号 个数 比较器 LM339 1 整流桥堆 1N4007 5 滑动变阻器 3296W-1-202(2K) 3 滑动变阻器 3296W-1-105(1M) 1 电阻 5K1/4WRJ 1 电阻 4.7K1/4WRJ 2 电阻 1K1/4WRJ 5 电阻 1001/4WRJ 3 三端稳压器 7805 1 定时器 NE555 1 发光二极管红色 3mm 1 发光二极管绿色 3mm 1 二极管 1N4148(35V) 1 三极管 3DG6 2 电容 0.33uf 1 电容 0.01uf 3 电解电容 220uf/16V 1 电解电容 470uf/16V 1 直流继电器 5V5脚 1 电阻 1k1/4WRJ 5 电阻 1001/4WRJ 3 总计 35 六、电路调试出现的问题及分析 因为PCB的滑动变阻器的元件封装做错,导致2条线路出现错误,在调试的时候,把滑阻的线改正之后,用仿真时的测试方法,就可以把功能调出来。 仿真和实物调试存在一定的差异,当把输入电压固定时,窗口电压的上下限会有所改动。 七、实验总结 在设计一个实验时,首先要把电路图画出,可能会有多种方案,要选择一个简单、高性能的电路图;之后就是仿真,确定器件的选型及大小;然后买到器件之后要根据器件的封装画出PCB图;最后焊接调试,需要仿真数据和PCB图的连线,在调试中检查问题,解决问题,才能得到最终的成果。 八、体会心得 在实验调试过程中遇到了很多的实际问题。 仿真上面是可以使用但是实际中却有一定的差距。 焊好板子后红绿灯不停的跳变,检查完全部电路发现原理图上一个交点没有连上导致555芯片的2脚与6脚没有连接上,所以以后做电路图时一定要更加仔细,认真。 学会把整块电路分割成一些小模块来分步调试。 学会分辨三极管的好坏判别,有2种方式,放大倍数或者正反偏。
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- 家用电器 保护 电路