电冰箱保护器的设计文档格式.docx
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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。
电冰箱自动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。
第2章方案的设计及整机组成框图
2.1方案的设计
电冰箱对电源的波动范围有一定要求,而供电源其波动幅度常常超出电冰箱的允许波动范围。
为了保证电冰箱能安全工作于规定的电源范围,在其的供电源端接入保护电路非常必要。
本设计介绍的是如何利用内部具有四个比较器的集成块LM339,定时器NE555,继电器等元器件设计一个电冰箱保护器,使电冰箱压缩机在运转时就算遇电网意外断电又迅速恢复供电,能起到延时供电的作用,从而防止压缩机受损。
2.2设计的整机组成框图
本设计的总体结构框图主要部分,包括LM339的两个比较器和RP2、RP3等组成过电压、欠电压检测电路,其中L1A比较器用于过电压检测,L1C比较器用于欠电压检测;
VT1构成电子开关,其中LED为电压指示灯,当电压在市电正常范围内(180V—280V),该灯发亮,否则会熄灭;
NE555时基电路组成延迟记忆电路,组成框图如图2-1所示。
图2-1系统总体框图
第3章单元电路的设计
3.1电源部分
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,用电压表可测得约12V直流工作电压,电源图如图3-1所示。
图3-1电源图
3.2比较器
本设计采用内部具有四个比较器的集成块LM339,该电压比较器的特点是:
1.失调电压小,典型值为2mV。
2.电源电压范围宽,单电源为2-36V,双电源电压为±
1V-±
18V。
3.对比较信号源的内阻限制较宽。
4.共模范围很大,为0~(Ucc-1.5V)Vo。
5.差动输入电压范围较大,大到可以等于电源电压。
6.输出端电位可灵活方便地选用。
LM339集成块采用C-14型封装,。
由于LM339使用灵活,应用广泛,所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器,如IR2339、ANI339、SF339等,它们的参数基本一致,可互换使用。
LM339的引脚图如图3-2所示:
图3-2LM339的引脚图
LM339类似于增益不可调的运算放大器,每个比较器有两个输入端和一个输出端。
两个输入端一个称为同相输入端,用“+”表示,另一个称为反相输入端,用“-”表示。
用作比较两个电压时,任意一个输入端加一个固定电压做参考电压(也称为门限电平,它可选择LM339输入共模范围的任何一点),另一端加一个待比较的信号电压。
当“+”端电压高于“-”端时,输出管截止,相当于输出端开路。
当“-”端电压高于“+”端时,输出管饱和,相当于输出端接低电位。
两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态,因此,把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。
LM339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源一般须接一只电阻(称为上拉电阻,选3-15K)。
选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。
因为当输出晶体三极管截止时,它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。
另外,各比较器的输出端允许连接在一起使用。
本设计电路由两个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<
Uin<
UR2),输出为高电位(UO=UOH)。
当Uin不在门限电位范围之间时,(Uin>
UR2或Uin<
UR1)输出为低电位(UO=UOL),窗口电压ΔU=UR2-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。
双限比较器及波形图如图3-3所示:
图3-3双限比较器及波形图
双限比较器仿真图如图3-4所示:
图3-4双限比较器仿真图
3.3控制电路(555定时器)
本设计采用NE555集成块作为控制电路,NE555为8脚时基集成电路,各脚主要功能如表3-1所示。
表3-1NE555引脚功能表
引脚
引脚功能
引脚
1脚
接地GND
5脚
控制电压
2脚
触发
6脚
门限(阈值)
3脚
输出
7脚
放电
4脚
复位
8脚
电源电压Vcc、
NE555集成块引脚图如图3-6所示:
图3-6NE555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3-7所示。
图3-7施密特触发器
3.4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。
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。
3.4.1继电器的选用
1.先了解必要的条件
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。
2.查阅有关资料确定使用条件后,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。
3.注意器具的容积。
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。
第4章设计电路工作原理及整机电路图
4.1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,VT2导通,继电器K1通电吸合,其常闭合触点K-1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R2、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。
4.2 电路整机电路图
本设计的整机电路图如图4-1所示:
图4-1设计整机电路图
第5章元件参数选择及实物制作
5.1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≈1.2×
u2,当u1分别为220V、
180V、280V时,u2、u3、Va的计算如下:
u1=220Vu2=220÷
20=11Vu3=1.2×
11=13.2V则,Va=6.6V
u1=280Vu2=280÷
20=14Vu3=1.2×
14=16.8V则,Va=8.4V
u1=180Vu2=180÷
20=9Vu3=1.2×
9=10.8V则,Va=5.4V
因此可得,比较器的上限电压为8.4V,下限电压为5.4V。
调节电位器RP2和RP3,使LM339的5脚电压为8.4V,8脚电压为5.4V,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≈1.1×
R3×
C1
电路要求延时5分钟(即300秒),设C1=220μF,则R3的阻值计算如下:
R3=300÷
(1.1×
220×
0.000001)≈1.2×
1000000Ω
5.2PCB电路图
由于是用直流电进行测试,在制作电路版的过程中,我们把电路的变压器、整流电
路及稳压电路三部分除去,然后用绿色的发光二极管代替电冰箱作为负载,具体的电路
如下。
绿色的LED发光表示负载正常工作,蓝色的LED发光表示负载不工作,其工作原理和上面的原理一样,其原理图如图4-1所示。
图4-1电路原理图
则该原理图的PCB图如图4-2所示:
图4-2原理图的PCB图
5.3安装调试
在制作前,首先根据设计方案用面包版进行连线,目的是为了检验设计的线路是否
正确,避免用万用板做成实物后要不断修改电路。
面包版连线完成后,确认连线以及各元器件的正负没有错误后(应当特别注意集成
块的地线和电源线),就开始调试了。
调试的步骤如下:
先调试比较电路这一部分,在调试前要把三极管VT1的集电极与二极管D5相连线断开。
然后接上12V的直流电压,通过调节电位器RP
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- 电冰箱 保护 设计