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
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。
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：
V 上限
比 U1
控制电路
继 负
较
电
V 下限
（555）定时器
载
器
器
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
图 2 电冰箱保护器原理图
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
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=220μ F,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
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
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
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
的强大功能。 另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学 知识，这也是我作本次课程设计的第二大收获。通过查资料，我们对电冰箱保护 器这一器件有了深刻的了解，把理论应用到了实践当中。整个设计我基本上还满 意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。希望答辩时，老师多提 些问题，由此我可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。
六、对本次课程设计的意见及建议 由于只有一周的课程设计时间，我们对很多东西都还没掌握。尤其是对
Multisim 软件的使用之掌握到皮毛，因此我建议加长课程设计的时间，能够让学 生的知识和技能更扎实，稳固。另外，我建议实验室的电脑能够上网，一边学生 在时间的过程中能够随时查找资料。
七、参考资料 1．任国燕.模拟电子技术实验指导书.重庆科技学院.2008 年 11 月. 2．康华光.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社.2006 年 12 月. 3．陈有卿.《 实用 555 时基电路 300 例 》.中国电力出版社. 2005 月. 4．庄俊华,何伟良,张俊红. Multisim 9 入门及应用. 机械工业出版社.2008 年 3 月.
八、附录 附录 1
附录 2：元器件清单
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
编号
名称
变压器
整流桥
D4、D5
二极管
R1、R5、R6
电阻
VT1/VT2 三极管（NPN）
RP2、RP3
可变电阻
C3、C5
电容
7812
稳压器
LIA、LIC
比较器
555
延时器
R2、R4
电阻
C4
电解电容
C5
电解电容
C6、C1
电解电容
R3
电阻
D1
发光二极管
C2
电容
K1
继电器
型号
1N4004 10 K ?
9013 50 K ? 0.1uF
7812 LM339 NE555 4.7 K ? 47uF 0.1uF 220uF 1.2MΩ LED 0.01 uF
数量 1 1 2 3 1 2 2 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1