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1、引 言在日常生活中，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，
2、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。 目 录引 言2设计任务书4第一章 方案论证51.1数电法设计方案51.2单片机设计方案51.3数模结合法设计方案6第二章单元电路设计62.1 电源电路设计62.2采样比较电路设
3、计72.2.1芯片介绍72.2.2 LM339芯片的基本运用。82.2.3设计电路102.3定时及开关电路设计112.3.1 555芯片介绍112.3.2用555定时器单稳态触发器122.3.3继电器介绍132.4漏电报警电路设计142.4.1电器设备漏电的种类及原因分析142.4.2漏报警电电路15第三章 总电路及原理分析153.1电冰箱保护电路总电路及其说明153.1.1电冰箱保护电路工作原理163.2元器件的参数设定163.3电路仿真173.3.1仿真软件介绍173.3.2电路仿真17第四章原理图的生成及PCB板的制作204.1 原理图的生成及其原理图204.2 PCB板的制作20第五章
4、 元件的安装和电路的测试215.1元件的安装215.2 电路的测试和调试215.2.1测试注意215.1.2测试结果21设计心得22附录23元件清单23参考文献24设计任务书一 课程设计的目的和任务 使学生通过动脑动手解决一两个实际问题，巩固和运用在电子线路设计课程中所学到的理论知识和实验技能；基本掌握用模拟电子电路一般设计方法；提高设计能力和动手能力。为以后从事电子电路设计，研制电子产品打下基础。二 课程设计的基本要求1 掌握电子电路分析和设计的基本方法。2 培养一定的自学能力，独立分析问题的能力和解决问题的能力。3 掌握普通电子电路的生产流程及安装，布线，焊线的基本技能。4 巩固常用电子仪
5、器的正确使用方法以及电子器件的测试方法。5 通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真，一丝不苟，实是求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观，经济观，和全局观。三 课题基本要求 1.设计并制作电冰箱保护器，此保护器具有过、欠压切断，上电延迟等功能； 2.电压在180250V范围内，正常供电时绿灯亮。正常供电范围可根据需要进行调整。 3.欠压保护：当电压低于设定允许最低电压时，自动切断电源，且红指示。 4.过压保护：当电压高于设定允许最高电压时，自动切断叫源，且红灯指示。 5.延迟保护：在上电、欠压过压保护切断电源、瞬间断电时，延迟35min才允许接通电源。欠压、过压保护后接通电源应同时满足
6、已延迟35min且电压已恢复正常才允许接通电源。 6.漏电保护：冰箱漏电，能发出蜂鸣报警。 7.负荷功率 200W四 课题提高部分1. 安装自己设计的电路（1）检查元器件（2）对电路进行组装：按照自己设计的电路，在PCB板上插接元器件并焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。2. 通电调式（1）通电测试：对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。（2）通电调试：经过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。 第一章 方案论证为了解决实际生活中的突然断电、上电、电压不稳定等因素对电冰箱的使用寿命的影响，以及电冰箱机身漏电对使用者的安全保障这
7、一系列的问题，设计一套简单、经济、实用的电路是十分有必要的。电路的设计方案各种各样，有纯模电设计方案、有纯数电设计方案、有数模结合的设计方案、也有用单片机来实现、还可以用EDA技术来实现等。当然不同的设计方案其满足的性能指标、电路的复杂程度也就不同1.1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
8、，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1.2单片机设计方案用单片机来实现的电路框图如图1-2 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，然后经过传感器送给单片机，单片机对数据进行处理产生相应的控制信号，经过传感器送给继电器，对继电器的断开与闭合经行控制，从而控制电冰箱。实现断电、欠压、过压的保
9、护。此电路其可靠性和稳定性就不用说了，肯定好。但对于本次的设计电路相对简单，无需用单片机技术，且从经济的角度上我们不采用这种方案。 图1-2 单片机来实现的电路框图1.3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
10、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第二章单元电路设计2.1 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211所示：图211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ui，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211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
11、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
12、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211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
13、一个稳压电路，使输出的直流电压更加平滑，如图212中的集成稳压器78L12。电源电路设计图如下图212所示。 图212 电源电路设计图2.2采样比较电路设计2.2.1芯片介绍对于电冰箱只有工作在它的额定电压上下一个比较小的电压的范围电冰箱才会工作正常。发挥电冰箱的最佳性能，以及保证电冰箱的正常使用寿命。基于此为我们就必须使电冰箱在它规定的电压范围内工作，当市电相对语电冰箱的工作电压欠压或者过压的时候电冰箱处于断电状态，电冰箱不工作，也就是我们常说的电冰箱过压与欠压保护。于是我们就必须对市电进行实时采样并且对市电与电冰箱的正常工作电压进行比较。当市电的电压在电冰箱的正常工作电压范围就使电冰箱正常
14、通电，否则，是电冰箱断电不工作。采样比较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。对于比较电路我们才用LM339芯片。下面是LM339的运用简介。LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为1V-18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装，图221为外型及管脚排
15、列图。LM339使用灵活，应用广泛图221LM339外型及管脚排列图LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极
