1 目 录 一、设计任务和指标要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 二、设计框图及整机概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 三、各单元电路的设计方案及原理说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 四、仿真调试过程及结果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 五、设计、安装及调试中的体会．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 六、对本次课程设计的意见及建议．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 七、参考资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 八、附录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 附件1 整机逻辑电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 附件2 元器件清单．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 2

一、设计任务书 1、设计时间：2010.7.5～2010.7.9 2、地点：I404 3、课程设计题目：电冰箱保护器的设计 4、设计内容及要求： 1）设计内容： 1、设计电冰箱保护器，使其具有过压，欠压，上电延迟功能． 2、电压在180V~250V范围内正常供电，绿灯指示，正常范围可根据需要进行调节． 3、过压，欠压保护：当电压低于设计允许最低电压或高于设定允许最高电压时，自动切断电源，且红灯指示． 2）设计参数 1、上电，过压，欠压保护或瞬时断电时，延迟３～５min才允许接通电源． 2、负载功率＞２００Ｗ． 3）设计要求： 1、选取单元电路及元件； 2、设计总体电路原理图； 3、整体电路的联调（完成全电路理论设计、仿真、调试 ）；4、撰写设计报告。 3

二、设计框图及整机概述 本电路的电源由220V交流电经过变压器变压、整流电桥整流，并经过7812稳压后提供。其中，U1从整流电桥的输出端取样，当市电电压在正常范围（180V~250V）内时，电路各部分正常工作；当市电电压超出正常范围时，控制电路控制继电器停止工作。555时基电路起控制延时作用。电路组成框图如下：

图 1 电路设计框图 三、各单元电路的设计方案及原理说明 1.电路设计方案 1）变压、整流、稳压 本电路先经过变压器变压T1，变压系数为16:1，再经过整流电桥D1整流，最后经过LM7812稳 2）比较器设计 电路中LM339的两个比较器和RP2,RP3等组成过电压,欠电压检测电路。 3）控制电路 控制电路主要由BJTQ1、Q2和555时基电路组成。其中LED1为电压指示灯，D2防止电容反相放电，D3对继电器稳压

比 较 器

控制电路

（555）定时器

继 电 器

负

载

V上限

V下限 U1 4 图2 电冰箱保护器原理图 5

2.电路工作原理 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0,555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.电路原理图如图2所示。 3.参数计算 设变压器的变压系数是16:1,整流后的输出电压u3≈1.2×u2, 当u1分别为220V,180V,250V时,u2,u3,Va的计算如下: u1 =220 V u2 =220÷16 =13.75 V u3 =1.2×13.75 =16.5 V Va =8.25 V u1’ =250 V u2 =250÷16 =15.6V u3’ =1.2×17.50 =18.75 V Va’ =9.85V u1 ”=180 V u2 =180÷16 =11.25 V u3” =1.2×11.25 =13.5 V Va” =6.75 V 6

所以,比较器的上限电压为10.5V,下限电压为6.75V.调节电位器RP2和RP3,使LM339的5脚电压为10.5V,8脚电压为6.75V,从而设置好比较器的上限和下限电压值,使电路在280V≤u1≤180V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,此段延时时间Tp由NE555的外围电路C1和 R3决定: Tp≈1.1×R3×C1 因为电路要求延时5分钟(300秒),设C1=220μF,则R3的阻值计算如下: R3 = 300 ÷ ( 1.1×220×10-6 ) ≈1.2×106 Ω

四、仿真调试过程及结果分析 1.仿真的预期结果 ①当输入电压由0跳到正常电压的范围内,此时,D1(绿色)发光,D2(绿色,负载)仍不工作,大约经过5min的时间才开始工作(发光),D3(红色)则与D2相反; ②当输入电压在范围外恢复到正常电压范围内时,工作情况与①相同; ③当输入电压在正常范围内跳到电压范围外,D1,D2立即熄灭,D3发光,说明负载停止工作; ④当输入电压在正常范围内突然停电,所有的发光二极管都熄灭. 2.由于该方案在Multisim软件中无法正常仿真，因此在Protel 99SE软件中对其放真，仿真图如下：

图3 Protel 99SE仿真图 7

1）设置电源电压U1为50V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V； 2）设置电源电压U1为100V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V； 3）设置电源电压U1为170V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V； 4）设置电源电压U1为200V，输出OUT1、OUT2值加的电压差约为10V； 5）设置电源电压U1为220V，输出OUT1、OUT2值加的电压差约为10V； 6）设置电源电压U1为240V，输出OUT1、OUT2值加的电压差约为10V； 7）设置电源电压U1为280V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V； 8）设置电源电压U1为300V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V； 8）设置电源电压U1为350V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V； 3．用Multisim软件对令乙方按进行仿真，结果如下

通220v电压，上电延迟中

图4 8

如下图所示输入220v电压正常工作中 图5 如下图输入250v过压电压断电保护中

图5 9

④如下图输入180v低压断电保护中 图6 从上图的仿真结果中看出该电冰箱保护器保护器作性能良好，在过压、欠压的情况下能很好的保护电冰箱，从而使之在无人监控情况下正常工作。与此同时实现了上电的延迟从而更好的保护了电冰箱。

五、设计、安装及调试中的体会 作为一名自动化专业的学生，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。在已度过的两年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种电子设计？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书，以及大量的网络资料。为了让自己的设计更加完善，更加符合设计标准，一次次翻阅指导书是十分必要的，同时也是必不可少的。 通过这次课程设计，我了解和学会了如何使用Multisim软件，并复习了对Protel 99SE软件的使用。尤其是Multisim这个软件，在以前根本没听过，通过学习，逐渐学会了Multisim软件基本的使用方法，也认识到其在电路仿真方面