设计报告（论文）题目：电冰箱保护电路设计- I -设计报告（论文）目录第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)第2章方案论证 (2)2.1 数电法设计方案 (2)2.2数模结合法设计方案 (2)第3章单元电路设计 (3)3.1电源电路设计 (3)3.2采样比较电路设计 (4)3.3定时及开关电路设计 (5)3.4漏电报警电路设计 (6)第4章电路及原理分析 (7)4.1电冰箱保护电路总电路及其说明 (7)4.1.1电冰箱保护电路工作原理 (7)4.2元器件的参数设定 (8)第5章原理图的生成 (9)5.1 原理图的生成及其原理图 (9)第6章元件的安装和电路的测试 (10)5.1元件的安装 (10)5.2 电路的测试和调试 (10)5.2.1测试注意 (10)5.1.2测试结果 (10)结论 (11)致谢 (12)附录1 (13)附录2 (13)- II -设计报告（论文）第1章绪论1.1课题背景在日常生活中，在日常生活中，由于外部环境的变化、各个用户的用电情况的改变而起电压较大的波动或电力系统的突然中断与连接，但是对于电冰箱它要求工作在比较稳定的情况下，长时间的过压、欠压，突然断电、上电都会对电冰箱的性能造成不同程度的损害影响它的使用寿命，情况严重一点甚至导致电冰箱烧坏。

还有我们在使用电冰箱是会发现电冰箱用久了，当去开冰箱是手会麻一下，如果这样的话你就要注意了，可能用久了某些元件老化，出现了漏电情况，存在安全隐患。

鉴于这一系列问题，我们就要为其设计一个保护器、报警器来进行保护我们的电冰箱、保证我们的安全。

本次我们探讨的课题就是与之相关的电冰箱保护器、报警器设计通过本课题的设计，培养学生掌握电子技术的科学实验规律，熟悉实验技术，测量技术等实验研究方法，学会运用Protelse99、EWB、ptoteus等软件进行辅助设计，使其具有独立实验研究的能力，以便在未来的工作中开拓创新。

在设计产品时，为了使电器设备工作性能更加稳定，设计电器设备时须增加对产品的安全与稳定等指标的重视的理念。

加深对电路理论知识的理解和掌握，更主要的是学习和掌握科学实验研究方法。

学会运用理论和实验两种研究方法，解决实际问题。

- 1 -设计报告（论文）- 2 -第2章 方案论证2.1 数电法设计方案用纯数电法设计的框图如图1-1 所示 ，此电路是先对电源进行采样，然后经过A/D 转化为数字信号，当转化得到的信号经过比较电路处于最低门限电压与最高门限电压之间时（正常电压范围）输出高电平，定时一段时间，开关闭合，继电器通电吸合，电冰箱通电；当转化得到的信号经过比较电路低于最低门限电压时（欠压）输出低电平，开关断开，继电器不通电断开，电冰箱断电；当转化得到的信号经过比较电路高于最高门限电压时（过压）输出低电平，开关断开，继电器不通电断开，电冰箱断电。

实现断电、欠压、过压的保护。

此电路可靠性高、工作稳定，但使用芯片多电路相对复杂、且不经济，一般不用。

对于纯模电设计方案具有对元件要求高，不稳定、可靠性不高等缺点，所以也被舍弃。

图1-1 数电法设计的框图2.2 数模结合法设计方案数模结合法设计的电路框图如图1-3所示 此电路是对电源电压与参考电压进行比较，当电源电压处于最低门限电压与最高门限电压之间时（正常电压范围）输出高电平，定时一段时间，开关闭合，继电器通电吸合，电冰箱通电；当电源电压低于最低门限电压时（欠压）输出低电平，开关断开，继电器不通电断开，电冰箱断电；当电源电压高于最高门限电压时（过压）输出低电平，开关断开，继电器不通电断开，电冰箱断电。

实现断电、欠压、过压的保护。

此电路简单，相对稳定、经济，此设计采用此方案。

图1-3 数模结合法设计的电路框图设计报告（论文）第3章单元电路设计3.1电源电路设计为了给本电路设计中的的集成芯片提供电源，所以我们不得不在在电路设计中加入一个+12V直流稳压电源。

直流稳压电源的工作流程如图2—1—1所示：图2—1—1直流稳压电源的方框图我们得出直流稳压电源的工作原理：电路接入幅值为220V、频率为50Hz的市电u i，通过变压器TRIAD，将市电220V的电压幅值调整为合适的电路工作压值u2。

通过电源变压器TRIAD输送过来的交流电，再通过图2—1—1中的桥式整流电路BRIDGE，得到单方向全波脉动的直流电压。

整流电路BRIDGE将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。

再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。

常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

本设计采用单相桥式整流电路，它的四臂是由四只二极管构成，当变压器B次级的1端为正、2端为负时，二极管D2和D4因承受正向电压而导通，D1和D3因承受反向电压而截止。

此时，电流由变压器1端通过D4，再经D2返回2端。

当1端为正时，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，电流则由2端通过D3，再经D1返回1端。

因此，与全波整流一样，在一个周期内的正负半周都有电流流过负载，而且始终是同一方向。

由于单方向全波脉动的直流电压中含有丰富的交流成分，为了获得平滑的直流电压，在整流电路的后面加一个滤波电路，以滤去交流成分，滤波电容C的容量比较大，本身就存在着较大的等效电感，因此对于市电引入的各种高频干扰的抑制能力很差。

为了解决这个问题，在电容C旁并联一只小容量电容器C3、C5，就可有效地抑制高频干扰。

另外，稳压器在开环增益较高、负载较重的状态下时，由于分布参数的影响，有可能产生自激，C3、C5则兼有抑制高频振荡的作用。

输出端接入电容器C4、C6，是为了改善瞬态负载响应特性和减小高频输出阻抗。

图2—1—1中的电容C就起到这个作用；但是输出的电压仍旧有较大幅度的波动对于电路中的芯片直接供电可能对芯片有所损害，使芯片不能正常的工作。

为了避免这种不利的可能的发生。

我们在滤波电路的后面再接一个稳压电路，使输出的直流电压更加平滑，如图2—1—2中的集成稳压器78L12。

电源电路设计图如下图2－1—2所示。

- 3 -设计报告（论文）图2－1—2 电源电路设计图3.2采样比较电路设计3.2.1采样比较设计电路在我们设计中我们是对电冰箱的过压和欠压都要进行保护，则我们采用LM339运用简介中的图 2—2—5电网过电压检测电路和图2—2—6双限比较器组合电路。

构成一个对电网的欠压和过压的检测电路。

其原理图如下图2—2—7所示。

当检测到电网的电压在电冰箱正常工作的允许范围内，则该电路输出高电平，当检测到电网电压大于或小于电冰箱的正常工作允许电压范围，则该电路输出低电平。

- 4 -设计报告（论文）- 5 -3.3 定时及开关电路设计3.3.1 用555定时器单稳态触发器单稳态触发器具有下列特点：第一，它有一个稳定状态和一个暂稳状态；第二，在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；第三，暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态。

暂稳态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。

单稳态触发器在数字系统和装置中，一般用于定时（产生一定宽度的脉冲）、整形（把不规则的波形转换成等宽、等幅的脉冲）以及延时（将输入信号延迟一定的时间之后输出）等。

1. 电路组成及工作原理（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态当电路无触发信号时，v I 保持高电平，电路工作在稳定状态，即输出端v O 保持低电平，555内放电三极管T 饱和导通，管脚7“接地”，电容电压v C 为0V 。

（2）v I 下降沿触发当v I 下降沿到达时，555触发输入端（2脚）由高电平跳变为低电平，电路被触发，v O 由低电平跳变为高电平，电路由稳态转入暂稳态。

（3）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，555内放电三极管T 截止，V CC 经R 向C 充电。

其充电回路为V CC →R →C →地，时间常数τ1=RC ，电容电压v C 由0V 开始增大，在电容电压v C 上升到阈值电压之前，电路将保持暂稳态不变。

图2-3-2用555定时器构成的单稳态触发器及工作波形（4）自动返回（暂稳态结束）时间当v C 上升至阈值电压 时，输出电压v O 由高电平跳变为低电平，555内放电三极管T 由截止转为饱和导通，管脚7“接地”，电容C 经放电三极管对地迅速放电，电压v C 由 迅速降至0V （放电三极管的饱和压降），电路由暂稳态重新转入稳态。

（5）恢复过程设计报告（论文）- 6 - 2CES式中R CES是T的饱和导通电阻，其阻值非常小，因此τ2之值亦非常小。

经过（3～5）τ2后，电容C放电完毕，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触发信号。

继电器工作原理3.4漏电报警电路设计3.4.1电器设备漏电的种类及原因分析在使用家电的过程中，有时用手触摸外壳会有一中麻电的感觉，用电笔测试氖灯会发光。

这就是人们经常遇到的漏电现象。

漏电通常是市电相线（也称火线）与家电外壳（包括某些外露的零部件）之间存在一条或数条泄露通路。

根据电流泄露路径不同，主要分为一下四种情况。

(1)静电性漏电：电器中不同材料的转动件之间的相互摩擦、气体流动以及某些射线的辐射，都可能产生静电。

在空气干燥的情况下，空气对静电荷的中和作用和带电体本身的泄漏放电能力较差，会使带电体静电荷越积月多。

当静电电压达到一定值时。

就会发生放电现象，产生火花和嘶嘶声，这时若人体接触到带电体，就会有刺痛触电感。

将电器接地后，静电就会消失。

(2) 电容性漏电：电器的带电体与金属外壳之间存在着分布电容。

由于电容在交流电压变化期间会进行充、放电，而起到导电的作用，因而产生电容性漏电。

但因分布电容的容量一般都很小，对工频交流电而言其容抗很大，漏电较弱，对人体没有危害。

不过，若在严重潮湿条件下，空气的介电常数增大，容抗减小，则电容性漏电将会增大，人体接触家用电器就会发生漏电事故。

(3)短路性漏电：电器的带电部分因绝缘老化或破损，式带电体直接与电器的金属外壳相通，在电器通电运行时，就会使外壳带电其电压值接近于电器设备的工作电压值。

这种漏电属于短路性漏电，危险性很大，会威胁或危及人的生命安全。

3.4.2漏报警电电路电冰箱的电源线插头采用三角插，其中间一脚连接家用电器的外壳，以策安全，但早年兴建的民用住宅没有设置专用地线，三孔插座的接低端悬空不用而存在安全隐患。

针对这种情况，设计了一种保安插座，只要家用电器外壳带电，即可声、光报警，提醒用户防范于未然。

该插座的电路如图2-4-1所示。

当外壳带电的家用电器接入三孔插座时，漏电电流便会通过火线孔、电器外壳、接地壳、报警电路和零线构成回路。

漏电电流通过稳压二极管LED发光；同时，漏电电流通过稳压二极管VD2，再经过C滤波后，输入3V直流电压，使微型直流音频器B 得电工作，发出报警声，提醒用户及时断电检查原因，以防止发生事故。