课 程 设 计1目录一、 设计要求： .....................2二、 设计的作用、目的 .........2三、 设计的具体实现 .............31．系统概述 .......................................................32. 各单元电路的设计方案及原理说明 ............53. 仿真调试过程及结果分析 .....................13四、 心得体会及建议 .........181． 心得体会 .................................................182. 建议 ....................................19五 、 附录 ...............................19六、参考文献 ...........................20课 程 设 计2电冰箱保护器的设计报告一、 设计要求： （1）. 设计电冰箱保护器，具有过、欠压保护，上电延时等功能2）. 电压在 180-250V 范围内，正常供电时绿灯亮。
3）. 过压保护：当电压高于 250V 时，自动切断电源，且红灯亮4）. 欠压保护：当电压低于 180V 时，自动切断电源，且红灯亮5）. 延时保护：在上电、欠压、过压保护切断电源时，延时一段时间 3 ～5min 才可接通电源二、 设计的作用、目的（1）. 掌握电冰箱保护器工作原理2）. 熟悉继电器和发光二极管的使用3）. 熟悉 Multisim 和 Protel 软件课 程 设 计3三、 设计的具体实现1． 系统概述 电冰箱对电源的波动范围有一定的要求，而供电电源，其波动幅度有时会不在电冰箱波动范围内当电冰箱压缩机在工作时，若遇到电网意外断电又迅速恢复供电，会使压缩机承受压力过高而受损为了保证电冰箱能安全工作于规定的电源范围内，并且防止压缩机受损，在电冰箱的供电电源端接入保护器是非常必要的本电路的电源由 220V 交流电经过变压器变压、整流电桥整流、滤波电路滤波，并经过稳压电路稳压后提供直流电源其中，U 1 从整流电桥的输出端取样，当市电压在正常的范围（180 V～250 V）内时,电路各部分正常工作；当市电电压超出正常范围时，控制电路控制的继电器停止工作555 时基电路起控制延时的作用。
电路组成框图如下：图一 电路组成框图课 程 设 计4此电路设计主要的应用电路元件包括：变压器、整流电桥、滤波电容、三端稳压电源、窗口比较器、定时器（LM555CN） 、继电器等电路原理接通电源后，220V 交流电经过变压器变压,整流桥式电路的整流 ,稳压器 LM7812CT 的稳压后,在 RP2 和 RP3 两端可获得大约12V 的直流工作电压跟据变压器的变压系数，调整电位器 RP2和 RP3，使市电电压在正常的工作范围内，上、下比较器都输出高电平，此时三极管 Q1 导通，电压指示灯 LED 保持发亮因为C1 两端初始值为 0，LM555CN 时基电路的阈值端 6 管脚为高电平，LM555CN 时基电路复位，三极管 Q2 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电容 C1 冲电，使得 2、6 管脚电位下降，大约经过 3～5min，可使电位降至12V 的三分之一，LM555CN 时基电路置位，3 管脚输出高电平 ，Q 2 导通，继电器 K1 通电吸合，其常闭合触点 K1 断开，LED 2 绿灯亮，电冰箱正常工作当交流电电网意外断电时， C1 存储的电荷通过 R4、D 3 迅速释放。
当交流电电网恢复供电时，电路又要延迟大约 3～5min 才向电冰箱供电，从而确保电冰箱压缩机不受损坏当市电压升高到 250V 以上，上比较器输出低电平；当市电电压下降到 180V 以下时，下比较器输出低电平只要两者中的任何一个比较器输出低电平，Q 1 就截止，LED 就熄灭此时 6 管脚为高电平，LM555CN 时基电路复位，输出端 3 管脚为低电平，LED 1 红灯亮，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可以自动的停止工作，保证了电冰箱能课 程 设 计5安全工作于正常的电源范围内当电压恢复正常时大约要延迟大约 3 ～5min 电冰箱保护器的原理如下：R410ΩR64.7kΩ D41N401R81kΩ K1EDR201A12C310nFQ1MRF901LT1_AQ2MRF901LT1_AU4LM55CNGND1 DIS7OUT3RST4VC 8THR6CON5TRI2C120uFR51MΩD31N401U1OPAMP_5T_VIRTUALU2OPAMP_5T_VIRTUALRP11kΩKey=A 50%RP31kΩKey=A 50%RP21kΩKey=A30%D11N4148D21N4148R21kΩ R315kΩR71kΩR11kΩLED2LEDLED1V220 Vrms 60 Hz 0° 910 14121614 15172019212423225268C2470uFC410uFC530nFC610nFU3LM7812CTD51N401D61N401D71N401D81N401V120 Vrms 60 Hz 0° T1R91.2kΩ5 3021287600课 程 设 计6图二 电冰箱保护原理图2. 各单元电路的设计方案及原理说明（1） 电路设计方案 a） 直流稳压电源直流稳压电源的组成框图如下：图三 直流稳压电源的组成框图作用： 把交流电压变成大小合适的、稳定的直流电源。
① 电源变压器作用： 把 220V 的电网电压变成想要的的小电压 ② 整流电路电路的组成：四只二极管（原则是，保证在变压器副边电压 U2 的整个周期内 ，负载上的电压和电流方向始终不变课 程 设 计7工作原理： 利用的是二极管的单向导电性D 5、D 7 和D6、D 8 两对二极管交替导通，致使负载电阻 RL 上在 U2 的整个周期内都有电流通过，而且方向不变交流电压经过整流电路后变成脉动直流电压，即：既含直流，又含交流③ 滤波电路 即在整流电路的输出端并联一个电解电容工作原理： 利用电解电容的充放电作用，不仅使输出电压变得平滑，而且可以使输出电压的平均值变大④ 稳压电路 作用： 使输出电压不受负载、温度等的影响直流稳压电路原理图如下：课 程 设 计8图四 直流稳压电路原理图b）比较器的设计欠压和过压检测电路由集成电压比较器及外围电路元件组成 集成 电压比较器电路利用理想元件 U1、U 2、D1 、D 2、RP 2 和 RP3 组成 ，上较器用于过电压的检测，下比较器用于欠电压的检测RP 1 电阻的分压组成基准电压，为比较器提供基准电压三极管构成电子开关。
窗口比较器当输入电压 Ui 大于 U+R，必然大于 U-R，所以集成运放的输出 Uo=-Uomax；当输入电压 Ui 小于 U-R， 必然小于 U+R，所以集成运放课 程 设 计9的输出 Uo=-Uomax；当输入电压 Ui 大于 U-R 小于 U+R 时，集成运放的输出Uo=+Uomax；图五 窗口比较器及其电压传输特性电压比较器窗口电压比较器的原理图如下：课 程 设 计10图六 窗口电压比较器的原理图C) 控制电路 控制电路由 Q1 、Q 2 和 LM555CN 时基电路组成LM555CN 接成开机时，即输出高电平，是定时工作模式，延时时间为：T=1.1×C 1×R5≈3 ～5min其中 LED 为电压指示灯，D 3 防止电容反向放电，D 4 对继电器稳压课 程 设 计11555 定时器的原理图如下:图七 555 定时器的原理图结构: 555 定时器由两个比较器、一个基本 RS 触发器、一个反相缓冲器、一个漏极开路的 NMOS 管和 3 个 5kΩ 电 阻 R 组 成的 分 压 器 构 ， 因 此 命 名 为 555 定时器原理： 3 个 5kΩ 电 阻 组 成 分 压 器 ， 给 两 个 电压比较器提供基准电压，A 1 触发电平为 2／3U DD， 6 端为高电平触发端，A 2 触发电平为 1／3U DD， 2 端 为 低 电 平 触 发 端 。
在 5 管 脚 外 接 一 个 参考 电 源 ， 可 改 变 A1 、A 2 触发电平值比较器输出端分别接 RS课 程 设 计12触发器由两个或非门组成，必须用负极性信号才能触发，因此加到比较器 A1 同相端 6 脚的触发信号，只有当电平高于反相端5 管脚的电位时，RS 触发器才翻转；而加到比较器 A2 反相端 2脚的触发信号，只有当电平低于 A2 同相端的电位时，RS 触发器才翻转4 端 R 为外部复位端，当 R=0 时 RS 触发器输出为 0 状态，可强制复位反相器 G2 构成驱动器，用于提高定时器的带载能力，并隔离负载对定时器的影响NMOS 管 T 起放电开关作用555 定时器各端的功能如下表：定时器功能表TH(6) TR(2) R(4) OUT(3) T 管 D(7)L L 导通 L＞2／3U DD H L 导通 L＜2／3U DD ＞1／3U DD H 不变 不变 不变＜2／3U DD ＜1／3U DD H H 截止 H（2）参数的计算设变压器的变压系数为 18:1，副边电压为 U2，桥式整流后的电压为 U3，电容滤波后的电压为U4，U 3=0.9×U2，U 4=1.2×U2，所以当 U1 分别为180V、220 V、250V 时, U2、U 3、U 4 和 Va 分别为：U1=180V 时，U2=180÷18=10.0V，U3=0.9×10=9.0V，课 程 设 计13U4=1.2×10=12.0V，Vamin =6.0 V；U1=220V 时，U2=220÷18=12.2V，U3=0.9×12.2=11.0V，U4=1.2×12.2=14.6V，Va=7.3V；U1=250V 时，U2=250÷18=13.9V，U3=0.9×13.9=12.5V，U4-=1.2×13.9=16.7V，Vamax=8.35V。
所以比较器的上限电压为 8.35V，下限电压为 6.0 V调节电位器 RP2 和 RP3 使上比较器的管脚电压为 8.35V，下比较器输入的管脚电压为 6..0V，从而设置好比较器的上下限电压值，使电路在 180V≤U 1≤250V 时能正常工作电网由断电到恢复供电时，电冰箱要延时一段时间后才能正常工作，此段延时时间 T 由 LM555CN 延时器外围的电解电容 C1 和电阻 R5 决定：T≈1.1×C 1×R5因为电路要求延时 3 min(180s)～5min(300s )，设C1=220uF，则 R5 的阻值为：课 程 设 计14R5=180÷(1.1×220×10-6)=7.2×105ΩR5=300÷(1.1×220×10-6)=1.2×106Ω所以电阻 R5 的阻值范围为：7.2×105～1.2 ×106Ω3. 仿真调试过程及结果分析(1) 仿真的调试过程及结果分析a） 经过直流稳压电路后，输出电压为直流电压 12 V左右b） 当输入电压由 0V 跳变到正常工作范围时，LED （黄色）发亮，LED 2（绿色，负载）仍不工作，大约经过 3 ～5min的时间才开始工作（发光） ，即 LED2（绿色）发光， LED1（红色）不发光。
c） 当输入电压在范围外恢复到范围内时，也是LED（黄色）发亮，LED 2（绿色，负载）仍不工作，大约经过 3 ～5mi。