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1、电冰箱保护电路的设计第 1 页课 程 设 计 说 明 书课程名称：模拟电子技术课程设计题目：过欠电压电冰箱保护设计学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：日期：年月日电冰箱保护电路的设计第 2 页电冰箱保护器一、设计任务与要求：(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，红灯亮。(4) 欠压保护：当电压低于180V时，自动切断电源，红灯亮。(5) 延时保护：在上电、欠压、过压保护切断电源时，延时 3-5 分钟才可接通电源。二、方案设计与论证原理框图如图 1 所示。 1
2、 图 1 原理框图 方框图说明：输入220 伏交流市电，经过变压器的降压后输入进整流滤波电路中，经 过整流滤波后的交流电变为脉动的直流电，然后该直流电输入进检测电路，通过与窗口比 较器的参考电压进行比较后由控制执行电路判别是否切断电路。三、单元电路设计与参数计算1、电源电路 根据对工作原理的分析 , 可以确定电路设计如图2 所示。市电变压器降压整流滤波电路电压检测电路控制执行电路电冰箱保护电路的设计第 3 页图 2 电源电路 电源电路原理：市电在经过变压器的降压后依次进行整流滤波，输出直流电，然后输 入到下一级的比较器中。整流滤波电路各阶段具体波形如图3 所示。图 3 整流滤波电路各阶段的波形
3、图 2、电压检测电路 根据对电路原理的分析可以确定检测电路的设计如图4 所示。图 4 电压检测电路 电压检测电路原理： 220 伏的市电经过降压、整流、滤波后输入窗口比较器，当输入 电压高于 URH时，U1输出低电平， U2输出高电平 ; 当输入电压低于URL时，U2输出高电平， U1 输出低电平 ; 当输入电压介于 URH和 URL之间时,U1和 U2均输出高电平。 变压器原边与副边线圈匝数比为25。 1. 临界状态当市电电压为250V时，经过降压整流滤波后的输出电压值U01=(250/25 1.41) 1.2=8.51V 。 2. 临界状态当市电电压为180V 时，经过降压整流滤波后的输出
4、电压值U01=（180/25 1.41）1.2=6.17V 。 3. 当市电为过压状态时，设输入电压为255V，经过降压整流滤波后的输出电压值U01= （255/251.41）1.2=8.68V 。电冰箱保护电路的设计第 4 页4. 当市电为欠压状态时，设输入电压为175V，经过降压整流滤波后的输出电压值U01= （175/251.41）1.2=6V。 终上， URH的取值可以为 8.51V，URL的取值可以为 6.17V。四、总电路图与元器件清单V1270 Vpk 50 Hz 0? ? T1TS_MISC_25_TO_1D13N2481243R1 100k|?R310k|?V2 8.51 V
5、 5LED1R5 680|? 9V4 8 V 0V5 6.17 V V7 8 V 0R710k|?R8 680|?LED214J1 2 V 0mV J2 4.2 V 0mV LED3R9 680|?19D21N4001D31N4001Q1BC547AV8 8 V 221716000008U1COMPARATOR_VIRTUAL6R41k|?24U2COMPARATOR_VIRTUAL7112110C1 1mF01032120电冰箱保护电路的设计第 5 页序号编号名称型号数量1 T1变压器TS_MISC_25_ TO_1 1 2 D1桥式整流器3N248 1 3 D2、D3二极管1N4001 2
6、 4 R4定值电阻1K 1 5 R1定值电阻100K 1 6 R3、R7定值电阻10K 2 7 R5、R8、R9定值电阻6803 8 U1、U2运算放大器741 2 9 J1、J2继电器SW 2 10 LED1、LED2、LED3发光二极管LED 3 11 C1电容1mF 1 电冰箱保护电路的设计第 6 页五、安装与调试根据对电路原理的分析可以确定控制执行电路的设计如图5 所示。图 5 控制执行电路 控制执行电路原理 : 输入的电压为过压状态时 ,U1输出低电平 ,U2输出高电平 ,D2导通,D3 截止,LED2截止，此时红色发光二极管LED1点亮, 继电器 J1打开, 电路被切断 , 三极管
7、由于基 极达不到 0.7 伏的导通电压所以绿色发光二极管LED3熄灭; 当输入的电压为欠压状态时,U1 输出高电平 ,U2输出低电平 ,D3导通,D2截止, LED1截止，此时红色发光二极管LED2点亮, 继 电器 J2打开, 电路被切断 , 三极管由于基极达不到0.7 伏的导通电压所以绿色发光二极管 LED3熄灭; 当输入电压在正常范围时 ,U1和 U2均输出高电平 , 此时 J1和 J2均吸合 ,D2和 D3截止, 红色发光二极管 LED1和 LED2截止，三极管导通绿色发光二极管LED3点亮, 电路正常供电。变压器原边与副边线圈匝数比为25。 1. 临界状态当市电电压为250V时，经过降
8、压整流滤波后的输出电压值U01=(250/25 1.41) 1.2=8.51V 。 2. 临界状态当市电电压为180V 时，经过降压整流滤波后的输出电压值U01=（180/25 1.41）1.2=6.17V 。 3. 当市电为过压状态时，设输入电压为255V，经过降压整流滤波后的输出电压值U01= （255/251.41）1.2=8.68V 。 4. 当市电为欠压状态时，设输入电压为175V，经过降压整流滤波后的输出电压值U01=电冰箱保护电路的设计第 7 页（175/251.41）1.2=6V。 终上， URH的取值可以为 8.51V，URL的取值可以为 6.17V。六、性能测试与分析1、过
9、压状态时的电路仿真图 图 6 为过压时的仿真结果 , 图中电压为 270 伏高于限定电压 250 伏, 电路中红色发光二 极管 LED1点亮, 指示电路过压 , 同时继电器 J1断开切断电路 , 从而保护电冰箱。V1270 Vpk 50 Hz 0T1TS_MISC_25_TO_1D13N2481243R1 100k|?R310k|?V2 8.51 V 5LED1R5 680|? 9V4 8 V 0V5 6.17 V V7 8 V 0R710k|?R8 680|?LED214J1 2 V 0mV J2 4.2 V 0mV LED3R9 680|?19D21N4001D31N4001Q1BC547
10、AV8 8 V 221716000008U1COMPARATOR_VIRTUAL6R41k|?24U2COMPARATOR_VIRTUAL7112110C1 1mF01032120图 6 过压状态的仿真电路图2、欠压状态下的电路仿真图 图 7 为欠压时仿真结果 , 图中电压为 170 伏低于限定电压 180 伏, 电路中红色发光二极 管 LED2点亮, 指示电路欠压 , 同时继电器 J2断开, 切断电路 , 从而保护电冰箱。V1170 Vpk 50 Hz 0T1TS_MISC_25_TO_1D13N2481243R1 100k|?R310k|?V2 8.51 V 5LED1R5 680|? 9
11、V4 8 V 0V5 6.17 V V7 8 V 0R710k|?R8 680|?LED214J1 2 V 0mV J2 4.2 V 0mV LED3R9 680|?19D21N4001D31N4001Q1BC547AV8 8 V 221716000008U1COMPARATOR_VIRTUAL6R41k|?24U2COMPARATOR_VIRTUAL7112110C1 1mF01032120图 7 欠压状态的仿真电路图 3、正常状态下的电路仿真图 图 8 正常时的电路仿真图 , 图中的电压为 220 伏, 介于最低限制电压180 伏和最高限制电冰箱保护电路的设计第 8 页电压 250 伏之间
12、 , 此时绿色发光二极管LED3点亮, 指使电路电压正常 , 继电器 J1、J2均闭合 , 电路导通 , 电冰箱供电正常。V1220 Vpk 50 Hz 0T1TS_MISC_25_TO_1D13N2481243R1 100k| ?R310k| ?V2 8.51 V 5LED1R5 680|? 9V4 8 V 0V5 6.17 V V7 8 V 0R710k| ?R8 680|?LED214J1 2 V 0mV J2 4.2 V 0mV LED3R9 680|?19D21N4001D31N4001Q1BC547AV8 8 V 221716000008U1COMPARATOR_VIRTUAL6R
13、41k|?24U2COMPARATOR_VIRTUAL7112110C1 1mF01032120图 8 正常时的电路仿真图七、结论与心得经过两个星期的努力，我终于完成了这次模拟电子技术课程设计，从开始到结束，其中掺杂了我许多的汗水，同时也收获了许多，从一开始就为选取电路图而烦恼，前前后后画了几个图，直到最后一个图仍然没有实现老师要求的全部功能，虽然几经努力，问了不少实验室的同学，在与同学探讨中，我充分享受到了学习的乐趣，大家同学智慧的结晶在相互碰撞， 大家从彼此同学身上学会了很多，但是很可惜的是最后一个延时功能（在上电、欠压、过压保护切断电源时，延长3-5 分钟才可接通电源）始终未能实现是我这
14、次课程设计最大的遗憾，尝试画了网上不少的路图，但调试的过程中依然失败，实在令人气馁，课程设计中各种参数的计算是比较麻烦的，但是最终我都克服了。此外，此次课程设计让我熟练地掌握了MULTISIM的使用，对画图等方面的技巧有了进一步的提高，相信对我以后肯定会有很大的用处，总而言之，我从这一次的课程设计中学会了很多很多，对我来说，这是一次难忘的抹点电子技术课程设计。 。电冰箱保护电路的设计第 9 页八、参考文献1张宪，何宇斌主编电子电路制作指导M 北京：化工工业出版社， 2005 年P179 2刘福太主编蓝版电子电路495 例M 北京：科学出版社， 2007年 P189 3谢自美主编电子线路设计 实验测试M 武汉：华中科技大学出版社， 2002 年P30 4赵清主编电子电路识图M 北京：电子工业出版社， 2006年P26 5华成英、童诗白主编 . 模拟电子技术基础 . M 北京：高等教育出， 2006 年.P514
