Protel课程设计任务书学生姓名：王兵专业班级：电信1102指导教师：李达工作单位：信息工程学院题目七：家电延时保护器电路的原理图设计初始条件：熟练使用Protel 99se(或Protel DXP) 印制板设计系统，使用PROTEL 软件，新建和加载原理图项目文件及原理图设计环境的设置，熟练掌握如何进行原理图设计、原理图仿真的方法，设计原理图并生成网表。

要求具有较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力，对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备电子电路的基本设计能力及基本调试能力。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、完成家电延时保护器电路的设计。

2、画出完整的家电延时保护器电路的原理图3、分析家电延时保护器电路的原理。

4、完成Protel课程设计报告（应包含电路原理图，原理分析，元件清单、设计总结）。

时间安排:(1) 布置课程设计任务,查阅资料,学习《Protel教程》十周；(2) 进行编程设计一周；(3) 完成课程设计报告书一周；指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录一本课题的主要任务和研究内容 (1)1.1本课题的主要任务 (1)1.2本课题研究的内容 (2)二电路原理图 (2)三原理分析 (3)3.1直流稳压电源部分 (4)3.2延时电路 (5)3.3比较器 (6)3.4继电器 (7)四元器件的选择与计算 (8)4.1直流稳压电源部分元器件的选择 (8)4.2比较器的元器件的选用 (8)4.3定时器IC的选择 (8)五制作过程 (10)5.1绘制原理图 (10)5.2生成pcb (13)六个人体会 (14)七附录 (15)7.1 原理图 (15)7.2 pcb图 (15)7.3材料清单 (16)参考文献 (17)一本课题的主要任务和研究内容1.1本课题的主要任务电冰箱是一种间歇工作的家庭电器，在接通电源后，其压缩电动机处于启动、运行、终止的反复循环过程。

根据我国家用电冰箱技术标准的规定，电冰箱的电源电压应在175～235v范围内才能保证电冰箱的正常启动和运行。

这是由于电冰箱的压缩机作为电动制冷器具的核心部件,其工作的安全性不仅关系到用户的财产安全,而且关系到用户的人身安全，并且压缩机都是在负载条件下启动的。

启动时要求电动机启动转矩较大，如果在电源电压低于允许的下限值的情况下，势必迫使电动机的启动电流成倍增长，超过设计的允许的限度。

电冰箱内设的热保护装置对这种瞬间大电流的反应较差，因而极易造成电动机绕组的烧毁。

另一方面，在电冰箱的压缩机处于工作状态时，不允许在电源突然中断后的短时间内重新接通电源。

因为压缩机工作时，压缩泵一侧自蒸发器将低压制冷剂蒸发抽出，经过压缩成为高温高压蒸汽，自另一侧送往冷凝器，实现向空间排热。

两侧压力差最大时可达到十一个大气压，压缩机中断运行后，须经一定的时间才能恢复两侧的平衡，最好保持在五分钟左右；倘若压缩机运行中出现断电后又很快接通的情况，由于两侧存在很大的压力差，电动机启动时的负载很大，启动电流较正常值成倍增加，从而带来烧毁电动机的危险。

为了避免上述危险的发生，我们应该给电冰箱配备一个冰箱保护器，该保护器能够在电网电压过压或欠压情况下，使电冰箱供电系统停止供电，电网电压恢复正常后自动恢复供电；当电冰箱正在工作时，一旦电源中断立即又恢复供电，要使其在5分钟之后才恢复供电。

本保护器的设计需要考虑下面几个方面的问题:(1)合适性由于保护器的种类繁多，加之不同厂家生产的电机也有差别。

因此，能型电动机综合保护器应该有较好的适应性，即通过简单方便的设置就可使保护器不同的保护特性的要求。

(2)正确性为了充分发挥电机自身的过载能力，同时还要对电机进行有效保护。

要求保护器的动作要准确。

不准确的动作或造成电机的损坏，或不能充分发挥的过载能力，造成不必要的跳闸断电，影响生产。

(3)保障性这一方面要求保护器在无故障时不能产生误动作，而在故障发生不能拒绝动作，特别是在过压、欠压和突然断电时。

要在规定的时间内，准确、可靠地完成规定的保护功能，并且，设计的合理性以及制造时的工艺保证是非常重要的。

1.2本课题研究的内容本课题研究的主要内容主要包括以下几个方面：正确设计电路图，实现对电冰箱过压保护的设计从目前我国供电情况来看，供电电压还不太稳定。

当电网电压≥240V时，电动机绕组会因电流过载而出现发热导致破坏绝缘层的现象。

当电网电压≤180V时，会因启动转矩不足，造成压缩机启动困难，势必迫使电动机的启动电流成倍增长，超过设计的允许的限度，使压缩机受到损害。

由电冰箱的压缩机的工作原理可知，在电冰箱的压缩机处于工作状态时，不允许在电源突然中断后的短时间内重新接通电源，而应使电冰箱必须经过5分钟后才能恢复供电，才不会影响电冰箱的正常工作和人们的日常生活。

根据画好的工作原理图，设计出相应的仿真PCB图是电路板的映射图纸，它详细描绘了电路板的走线、元件的位置、线路板的尺寸、表面印什么字、底面怎么做铜箔等等，发往PCB厂家加工出来。

二电路原理图图2-1 电路原理图三原理分析整体工作流程该电路的主要功能是当电网电压≥240V或≤180V时，向驱动单元提供驱动信号，使继电器触点动作，电冰箱断电；当电网恢复供电时，为延时电路输入一个负脉冲，以便延时电路工作，使冰箱经5分钟才能通电。

图3-1工作设计框图设计原理：电网电压采样样本通过比较器进行比较，然后通过比较器控制555时电路，然后通过555时电路来控制三极管和继电器的工作，从而实现对负载即用电器的控制。

整体工作过程为：由变压器把外界的电压变为家庭延迟保护电路工作所需的电压，此时的电压仍然是交流电压，首先经过整流桥进行半波整流，然后一部分信号输入到RV7，另外一部分经过电容C3和C6进行滤波，然后经过78L12进行稳压、经过C5和C4进行再次滤波。

第二部分为稳定的电压进入比较器进行比较，通过调节RV4和RV6的阻值大小来确定输出，然后经过T2进行放大，在经过D6然后输入到NE555中，若输入的电压小于180或者大于240时此时继电器的开关断开D5亮，说明此时的电压不正常，通过一定的外接的电路来控制冰箱的开关，在这里用的是通过电容与电阻之间的充放电来实现延迟的，当电压正常后，NE555有一定时间的控制作用通过设计滑线电阻的大小以及R5.C2.C7的大小来控制延迟时间的大小，比如本例中设计的时间为5分钟，当电压正常后D3灯亮，此时说明外界的电压正常，电冰箱可以正常工作，通过一定的外接电路控制使电冰箱工作。

3.1直流稳压电源部分1.方框图图3-2 方框图2.直流稳压电源原理分析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，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。

四个环节的工作原理如下：(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。

(2)整流滤波电路：整流电路将交流电压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。

(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各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。

(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。

常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。

常用可调式正压集成稳压器有CW317(LM317)系列，它们的输出电压从1.25V－37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。

其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。

3.2延时电路为防止因断电后又立即通电而烧毁电机，因此要用延时电路。

该延时电路由555定时器IC、电容C2、C7电阻R1、R2、R5、R6、R7等组成。

该电路是一个负脉冲触发的单稳态延时电路，它的工作原理如下：图3-3单稳态触发器工作波形1.当电网电压从大于240V降至略小于240V时，由于U B<U TH1，门G1的状态翻转，输出为“1”电平，门G1由输出“1”变为输出“0”(这时有U c>U TH2)，给555定时器IC的2脚送入一个负脉冲，则3脚变为“1”电平。

同时放电管截止，直流电源V DD对电容C7充电，U D(U C7)上升。

经5分钟后，U D>2/3V DD，555电路状态翻转，3脚恢复为“0”电平，输出一个负脉冲，送至RS触发器，使S D的平均值为0(这时因G2输出“0”电平，G3输出为“1”电平，即R D的平均值为1，迫使RS触发器翻为“1”状态(Q=1)，门G6及G7输出“0”状态，T1及T2截止，继电器常闭触点闭合，电冰箱恢复工作。

这里555定时器3脚“1”电平的保持时间（放电管T D的截止时间）仅与电阻R13和电容C7的乘积成正比，而与直流电源电压V DD的大小无关。

调整R13,可以延时5分钟。

单稳态触发器的工作波型见图5所示。

其中u D为2脚电压，u D为3脚电压，u D为7脚电压的波形。

2.若电网电压从小于180V上升到大于180V时，U C>U TH1 (这时U B<U TH1,门G1输出“1”电平)，门G2输出“0”电平，通过G5也为555定时器IC的2脚送入一个负脉冲，接下来的过程与上述过程相同，电冰箱又恢复工作。

3.3比较器窗口比较器的特点是V i 沿着一个方向变化时，可以使V 0产生两次跳变。

图3-4 窗口比较器电路图图3-5窗口比较器的传输特性窗口比较器的电路图如图3-4所示，电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成，D 1和D 2是输入保护二极管，D 3和D 4的作用是防止电流回流损坏运算放大器。

将参考电压V H 加于放大器A 1的反向端，V L 加于放大器A 2的反向端，且有D L H V V V 2+=将输入信号Vi 输入到运算放大器的同相输入端，这是运算放大器处于开环工作状态，具有很高的开环增益。

由于受到正相电源电压、二极管和电阻的限制，输出电压为+V om 或者0。

设R 1=R 2，二极管的正向导通电压为V D ，则有)2(21)2(212D CC D CC L V V R R R V V V -=+-=D L H V V V 2+=电压传输特性曲线是反映输出电压V 0和输入电压Vi 之间关系的曲线。

窗口比较器的电压传输特性如图3-5所示。

输入信号偏离参考电压时，输出电压将发生跃变。

由图可见(1)当Vi>V H时，V01为高电平，D3导通，V02为低电平，D4截止，V0= V01；(2)当Vi<V L时，V02为高电平，D4导通，V01为低电平，D3截止，V0= V02；(3)当V L<Vi<V H时，V01为低电平，D3截止，V02为低电平，D4截止，V02为低电平。