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1、哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）摘 要本文是在分析了目前国内外电冰箱保护器的研究进展与现状的基础上，设计了一种集过压、欠压、双延时保护及漏电提醒于一体的多功能电冰箱保护器。文中首先探讨了冰箱保护器的价值和发展状况，并提出了设计的主要任务和要求。然后分析了电网过、欠压或突然断电时，压缩机受到的影响，并根据其工作原理，绘制电路原理图，并且进行元器件的选择和计算以及电路的调试。最后进行分析总结，并写出该设计的参考文献。关键词: 电冰箱保护器；过压；欠压；延时Abstract This article is the analysis of the refrigerator at home
2、 and abroad protector of progress and status, based on the design of a set of over voltage, under voltage and delay protection in one integrated intelligent refrigerator protector. In the first part of the refrigerator to protect the value and development of devices and put forward the main tasks of
3、 design and content. Then analyzes the power-off, under voltage, and a sudden power failure, the compressor will be affected by their work in accordance with the principle of drawing circuit schematics, for the choice of components and calculation of the corresponding PCB design. Finally, analyzed a
4、nd summarized, and write the reference design.Keywords: Refrigerator；Protector；power-off voltage; under voltage；Simulati-34-目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外保护器的发展状况21.3 设计任务与要求21.3.1 设计任务21.3.2 本课题研究的技术要求3本章小结3第2章 方案论证42.1 系统基本方案选择和论证42.1.1 整流电路的选择方案和论证42.1.2 滤波电路的选择方案和论证42.1.3 取样电路的选择方案和论证5
5、2.1.4 延时电路的选择方案和论证52.2 电路设计最终方案确定52.2.1 方框原理图5本章小结7第3章 系统单元电路的设计与分析83.1 整流电路83.1.1 单相桥式整流电路83.1.2 主要性能指标93.2 滤波电路93.3 稳压电路103.3.1 稳压二极管103.3.2 7809稳压器113.4 电压取样鉴别电路113.5 驱动电路123.6 延时电路13本章小结14第4章 整机工作原理154.1 过压、欠压、断电运行状态分析154.2 整机工作原理分析164.3 电路各元器件的作用174.4 各元器件的选择与计算18本章小结21第5章 系统的安装与调试225.1 系统的安装22
6、5.1.1 辨认与测量元器件225.1.2 焊接体会225.2 电路的调试225.3 调试中的问题235.4 使用CMOS芯片注意事项23本章小结24结 论25致 谢26参考文献27附录1 中文参考资料28附录2 英文参考资料30附录3 整机原理图33附录4 元器件表34第1章 绪论1.1 课题背景家用电器保护器是发电、供电、用电系统的重要器件。它是跨行业、量大、面广、节能效果显著的节能机电产品。几乎渗透到所有用电领域，是工业、农业和国防建设及人民生活正常生产和安全工作的重要保证，在国民经济和节能事业中有着不可替代的重要地位和作用。 来自中国家电行业协会的数据，目前中国冰箱、冰柜的总产能已经超
7、过3000万台，而这两种家电产品全球总产量不过7000万台左右，中国冰箱业的产能已经占了全球的“半壁江山”。外国巨头在国内市场的不断扩张和国内企业持续不断扩大的产能，使中国冰箱市场的发展日趋成熟。但是，从我国目前的供电情况来看，电网设备还不够完善，供电电压不太稳定，电压波动值可能超出电冰箱的允许范围（我国规定供电电压稳定度应该在正负百分之十），而且局部断电又时有发生，根据以上种种原因就应运而生了电冰箱的自动保护器。电冰箱的驱动电机在一定的电压范围内才能正常工作，供电电压过高或过低很容易导致绕组线圈烧毁；另外，当电冰箱正在工作时突然断电而又立即通电时，电冰箱的压缩机所承受的启动电流要比正常启动电
8、流大好几倍，导致压缩泵内压力很高，使驱动电机负荷过载，也容易烧毁电机。因此，电冰箱需要一个保护器对其进行检测和保护。另外，据不完全统计，全国运行的1KW-320KW低压电动机数量为6000万台，占电网用电量的70%以上，是工农业及商业系统中应用最为广泛的动力设备。全国每年烧毁电动机数量约300万台，容量为10亿千瓦，每年仅电动机在烧毁过程中就耗电为数亿万度，修理费高达数100亿元左右，造成停工停产损失竟达数100亿元。仅上述费用不算，还会造成电机修理后功率下降，耗电量大，性能变差直接影响企业正常生产。并且中华人民共和国节约能源法也颁布了有关规定。综上所述，电动机保护器不仅能保证工农业正常生产，
9、提高生产效率和经济效益，而且在节能事业中也有着重要意义。1.2 国内外保护器的发展状况从时间上划分，电动机保护器的发展大致可划分为三代:第一代是以传统的机电式继电器为主，包括:熔断器、热继电器、电动机保护用自动开关及双金属片式温度继电器等。主要缺点在于只适用于电动机的短路保护，而不能用于电动机的过载保护。第二代是采用电子元件和中小规模集成电路的电子式电动机保护器。它包括电子式电动机综合保护器及电子式温度继电器等等。电子式电动机保护装置是随着电子技术的速发展应运而生。电子式电动机综合保护装置是由电子元器件组成，不存在机械误差和磨损,因此，动作速度快、精度和灵敏度高，寿命较长，耐冲和振动，整定简便
10、。但仍存在着扩展功能不够灵活，保护特性不易改变，灵敏度及电流的整定范围受到硬件的限制和电动机运行状态的监控不够完善等一些缺陷。第三代是采用微处理器的智能型电动机保护器。进入20世纪90年代以来，由于微机通讯技术和网络技术的发展，国外一些公司又提出了兼有监控、保护功能的智能化保护器。它能与中央控制系统进行双向通讯，形成监控、保与信息网络;也能监视电动机各种运行参数，不但能测量当前数据，并能对过去的运参数及故障情况做出统计，帮助操作人员做出决策定以减少线路和设备的停机和维修间。大大提高了整个系统的可靠性。1.3 设计任务与要求1.3.1 设计任务传统人们在用电时会因技术故障、人为故障、设备老化、质
11、量低劣、自然灾害等引起的电压过高过低、停电再来电而烧毁电器，甚至因此发生火灾的问题，造成了人身的危害和资金的浪费。为了避免上述危险的发生，我们应该给电冰箱配备一个冰箱保护器，该保护器能够在电网电压过压或欠压情况下，使电冰箱供电系统停止供电，电网电压恢复正常后自动恢复供电；当电冰箱正在工作时，一旦电源中断立即又恢复供电，要使其在3分钟之后才恢复供电。本保护器的设计需要考虑下面几个方面的问题:(1)合适性 由于保护器的种类繁多，加之不同厂家生产的电机也有差别。因此，能型电动机综合保护器应该有较好的适应性，即通过简单方便的设置就可使保护器不同的保护特性的要求。(2)正确性 为了充分发挥电机自身的过载
12、能力，同时还要对电机进行有效保护。要求保护器的动作要准确。不准确的动作或造成电机的损坏，或不能充分发挥的过载能力，造成不必要的跳闸断电，影响生产。(3)保障性 这一方面要求保护器在无故障时不能产生误动作，而在故障发生不能拒绝动作，特别是在过压、欠压和突然断电时。要在规定的时间内，准确、可靠地完成规定的保护功能，并且，设计的合理性以及制造时的工艺保证是非常重要的。1.3.2 本课题研究的技术要求1、当电网电压高于240V和低于180V时，自动切断电源。2、具有瞬间断电保护,瞬间超压保护，瞬间欠压保护功能。3、具有延时3分钟再通电功能。4、具有箱体漏电显示功能。本章小结本章为绪论，主要介绍电冰箱保
13、护器的课题背景，简介家用电器保护器是发电、供电、用电系统的重要器件以及良好的商业前景。其次介绍国内外发展状况，列举电动机保护器三代的发展，最后介绍本课题的主要任务和需要完成的技术要求。第2章 方案论证2.1 系统基本方案选择和论证2.1.1 整流电路的选择方案和论证方案一采用单向半波整流电路，是利用二极管的单向导电性，使变压器二次交流电压变换成负载两端的单向脉动电压，达到了整流的目的。因为这种电路只有在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，所以成为单向半波整流电路。半波整流电路的优点是结构简单，使用元器件少。但也有明显的缺点：输出波形脉动大；直流成分比较低；变压器有半个周期不导电，利用率低；变
14、压器电流含直流成分，容易饱和。所以只能用在电流较小，要求不高的场合。方案二 针对半波整流的缺点，下面介绍单相桥式整流电路。桥式整流电路在同样的变压器二次电压作用之下，输出的波形所包含的面积是半波整流电路的两倍，因此其平均值也是半波整流电路的两倍，桥式整流电路输出电压的脉动成分也比整流时下降了。所以选择了单相桥式整流电路。2.1.2 滤波电路的选择方案和论证方案一采用电感滤波电路，是由于电感有阻止其电流变化的特点，因此，在负载回路中串联一个电感，将使负载上的电流波形比较平滑。但是由于电感滤波输出电压较低，另外，由于采用电感，会比较笨重，通常用于功率比较大的电源中。方案二采用电容滤波电路，因其适用
15、小电流负载，而且外特性比较软，结构简单，因而常常被采用。所以在本设计种采用电容滤波电路。2.1.3 取样电路的选择方案和论证方案一直接采用非门电容、电阻、电位器和二极管组成的采样电路虽然是最简单的采样电路，但是它所用元器件比较多，电路比较复杂，调节电路也比较麻烦。方案二采用由比较器组成的差分比较电路电路结构简单，方便调试，克服了方案一采样电路的缺点。所以本设计中采用差分比较电路。2.1.4 延时电路的选择方案和论证方案一采用由555定时器构成的施密特触发器，具有很稳定的延时作用，精度也比较高。很适合用做延时器件。但是本设计中由于采用了差分比较电路，而且每部分延时都要用LED灯显示出来，用555
16、定时器会在硬件连接上很有困难。方案二采用最简单的RC延时电路，有很大的灵活性，电路简单，原理容易理解。而且能够克服方案一中所提到的不足。所以本设计中RC延时电路。2.2 电路设计最终方案确定根据上面的分析，我们设计的硬件系统的总体结构框图如图2-1所示。2.2.1 方框原理图稳压电路滤波电路整流电路电源变压器欠压取样滞回比较门限电压基准电压过压取样滞回比较器瞬时断电保护电压比较器反 相 器控 制 门 驱动电路电 冰 箱继电器K控 制 门冰箱电源插座电压比较（2）延时通电保护 漏电显示电路基准电压图2-1 硬件系统的总体结构框图2.2.2 方框图的工作原理1、总体的设计思路保护电路通过对所供电设
17、备电压进行取样检测，如电压出现过压、欠压现象时(过压、欠压值可根据所需设定)，保护电路内部执行继电器延时，释放(保护电路在正常工作时无过压、欠压情况下内部执行继电器呈吸合状态)，从而达到对用电设备的保护。外加功能是能将现象由LED发光管显示出来。用来引起人们的注意。2、电路框图各部分功能与作用(1) 电源电路。主要由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成,功能是把输入电压转化成电路所需要的标准电压。 (2) 漏电显示电路。此部分主要实现当电冰箱外壳带电时，是发光二极管显示报警功能。(3) 采样电路。此部分由滑动变阻器组成，功能是实现过压采样和欠压采样。 (4) 反相器。由非门组成，其功能是是
18、实现电压反相。(5) 滞回比较器。滞回比较器又称施密特触发器，此部分电路采用集成运放和电阻构成,其功能是用来检测电源的过压和欠压，提高抗干扰能力，因此当电网电压在上限电压或下限电压附近波动时，电冰箱的电源不至于频繁的通、断电。(6) 控制门电路。整个电路有主要有两个控制门电路,由与门和非门构成。既可整流又可电平保护。(7) 瞬间断电保护电路。主要是延时电路由电阻和电容并联构成，使电冰箱保护器具有瞬间断电保护，瞬间超压保护，瞬间欠压保护的能力。(8) 电压比较器。主要由运算电路组成，用于比较两端的电压。(9) 驱动电路。主要由二极管、三极管和继电器组成。用于实现电冰箱的通断电。(10) 延时通电
19、保护。此电路主要由电压比较器，延时电路，基准电压构成。其功能是实现3分钟延时。本章小结本章的主要内容是设计方案的选择，把电路分成几部分来分别讨论，已达到简化电路的目的。通过多方面的比较选出合理的方案。在选择中注意方式方法，针对不同的模块选择的标准是不同的。通过方案选择最终确定电路的整体思路，将分立的各个模块综合在一起最后得到整体电路。第3章 系统单元电路的设计与分析3.1 整流电路由于各种电器设备内部均是由不同种类的电子电路组成，电子电路正常工作需要直流电源，而电网供给用户的是50HZ的交流电，所以需要利用具有单向导电特性的半导体器件把交变的电流转化为直流电。提供直流电的设备称为直流稳压电源。
20、直流稳压电源可以交流输入电压变成稳定不变的直流电压。3.1.1 单相桥式整流电路桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二管管连接成“桥”式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。基本原理就是利用二极管的单向导电性，将交流电变换成一个方向流动的电流，让交流电的正半周到来时顺利通过二极管，当交流电的负半周到来时二极管反向截止，则不能通过，如此循环，就形成一个方向电流。如图3-1所示：图3-1 桥式整流电路桥式整流的工作原理如下：整流电路在工作时，电路中的四只二极管都是作为开关运用，根据图所示可知；当正半周时，对加正向电压，二极管导通，在负载电阻上得到
21、正弦波的正半周；当负半周时，二极管加反向电压，管导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。但是无论在正半周还是负半周，流过R1中的电流方向都是一致的，在整个周期内，四只二极管轮流导通和截止，在负载上得到了单一方向的脉动直流电压和电流。3.1.2 主要性能指标整流电路的性能指标常用两个技术指标来衡量：一个是反映转换关系的，用整流输出电压的平均值来表示；另一个是用输出的平均电流来表示。3.2 滤波电路滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C,或是与负载串联电感器L,以及由电容、电感组成的各种复式滤波电路。交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电
22、流强度）还是处在不断变化中。这种脉动直流一般是不能直接用来给集成电路供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波形成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电，使其更接近于直流。本设计采用单相桥式整流电容滤波电路，电路如图3-2所示：图3-2 滤波电路电路工作原理如下：设电容C上初始电压为零。接通电源时U2由零逐渐增大，二极管D1,D3,正偏导通，此时U2经过二极管D1，D3向负载RL提供电流同时向电容C充电，因充电时间常数很小，电容C上电压很快达到U2的峰值，即UC=U2。U2达到最大值以后，按正弦规律下降
23、，当U1UC时，D1，D3的正极点低于负极电位，所以D1，D3截止，电容只能通过负载RLC放电，放电时间常数越大，放电就越慢，U0的波形就越平滑。在U2的负半周，二极管D2 ，D4 正偏导通,U2通过D2，D4向电容C充电，使电容C上电压很快达到 的峰值，过了该时刻以后,D2，D4因正极电位低于负极电位而截止，电容又通过负载RL放电，如此周而复始，就可以在负载上得到的脉动直流成分大大减小的直流电压。电容滤波具有几个特点：输出电压提高，脉动成分减小，二极管导通时间大大减小。3.3 稳压电路3.3.1 稳压二极管稳压二极管又叫齐纳二极管，此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器
24、件。在这个临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管时根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用，稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳压电路。如图3-3所示：图3-3 稳压管稳压电路根据稳压二极管的特性可以在U端得到稳定的电压，既是稳压二极管的反向击穿电压。3.3.2 7809稳压器7809系列为3端正稳压电路,TO-220封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电
25、压和电流。7809的引脚图如图3-4所示：图3-4 7809引脚图3.4 电压取样鉴别电路该电路主要由比较器、与非门、滑动变阻器、电容和二极管组成。该部分电路的主要功能是当接通电源时，电网电压在正常工作状态，正常的电网电压经取样电阻分压后，触发器保持初始“1”状态，继电器k仍不吸合，其常闭触点仍闭合，电冰箱得以继续工作。当电网电压240V或180V时，由于电网电压升高或降低，使直流取样电压也相应升高或降低，因而使向比较器提供驱动信号，通过比较器比较，把信号输送给后面的电路，最后使继电器触点动作，电冰箱断电；当电网恢复供电时，为延时电路输入一个负脉冲，以便延时电路工作，使冰箱经3分钟才能通电。差
26、分取样电路如图3-5所示：图3-5 差分取样电路图3.5 驱动电路电路中R1、T1、D1、J组成驱动电路。电路如图3-6所示：图3-6 晶体管驱动电路工作原理：NPN晶体管驱动时：当晶体管T1基极被输入高电平时，晶体管饱和，集电极变为低电平，因此继电器线圈通电，触点RL1吸合。当晶体管T1基极被输入低电平时，晶体管截止，继电器线圈断电，触点RL1断开。电路中元器件作用：晶体管T1可视为控制开关，电阻R1主要起限流作用，降低晶体管T1功耗，电阻R2使晶体管T1可靠截止，二极管D1反向续流，抑制浪涌。继电器是指当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。可分为
27、电气量(如电流、电压、频率、功率等)继电器及非电气量(如温度、压力、速度等)继电器两大类。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。继电器如图3-7所示，它能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感测机构（输入部分）；又能对被控电路实现“通”、“段”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。感测机构把感测到的参量传递给中间机构，并和整定值相比较，当满足预定要求时，执行机构便工作，从而接通或断开电
28、路。本设计采用的是JZC-22F2,它的优点是超小型、重量轻、线圈损耗功能低。图3-7 继电器原理图作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：1. 扩大控制范围。例如，多触点继电器控制信号达到某一值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开段、接通多路电路。2. 放大。例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。3. 综合信号。例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电时，经过比较综合，达到预定的控制效果。4. 自动、遥控、监测。例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运动。3.6 延时电路为防止因断电后又立即通电而
29、烧毁电机，因此要用延时电路。该延时电路由电阻和电容组成最简单的RC延时电路。延时时间由R与C数值决定。电路如图3-8所示： 图3-8 延时电路另外，本设计采用单稳态触发器作为3分钟延时电路。如图3-9所示，电阻R1、R2组成分压电路，为运放A1负输入端提供偏置电压U1，作为比较电压基准。静态时，电容C1充电完毕，运放A1正输入端电压U2等于电源电压V+，故A1输出高电平。当输入电压Ui变为低电平时，二极管D1导通，电容C1通过D1迅速放电，使U2突然 降至地电平，此时因为U1U2，故运放A1输出低电平。当输入电压变高时，二极管D1截止，电源电压R3给电容C1充电，当C1上充电电压大于 U1时，
30、既U2U1，A1输出又变为高电平，从而结束了一次单稳触发。显然，提高U1或增大R2、C1的数值，都会使单稳延时时间增长，反之则缩短。图3-9 单稳态延时电路本章小结本章主要介绍了单元电路的设计，整流电路及其单相整流电路，滤波电路及其电容滤波电路，稳压电路及其稳压管稳压电路和7809稳压器的应用，电压取样鉴别电路及其局部电路图，驱动电路及其继电器工作原理的介绍，延时电路及其工作原理。第4章 整机工作原理4.1 过压、欠压、断电运行状态分析电冰箱是一种间歇工作的家庭电器，在接通电源后，其压缩电动机处于启动、运行、终止的反复循环过程。根据我国家用电冰箱技术标准的规定，电冰箱的电源电压应在175235
31、V范围内才能保证电冰箱的正常启动和运行。为什么要对电冰箱的电源条件做出规定呢？这是由于电冰箱的压缩机作为电动制冷器具的核心部件,其工作的安全性不仅关系到用户的财产安全,而且关系到用户的人身安全，并且压缩机都是在负载条件下启动的。启动时要求电动机启动转矩较大，启动电流常可达到额定工作电流的三至七倍。在供电紧张地区或用电高峰时间里，电网电压会变得很低，但有时候，电网电压又会变得很高。如果在电源电压低于允许的下限值的情况下启动，会因启动转矩不足，造成电动机启动困难，势必迫使电动机的启动电流成倍增长，超过设计的允许的限度。电冰箱内设的热保护装置对这种瞬间大电流的反应较差，因而极易造成压缩机绕组的烧毁。
32、当电源电压高于允许的上限值的情况下启动时，电动机绕组因电流过载也同样会出现发热而破坏绝缘的现象，对压缩机的寿命都是有害的，严重时也会烧毁电动机。过压、欠压保护器就是应运而生的一种辅助性电器。当电网出现欠压或过压时，应用敏感于电网电压的基本特性，过压欠压保护器及时将电冰箱的电源切断，以保护电冰箱免受非常规电压的破坏。在电冰箱的压缩机处于工作状态时，不允许在电源突然中断后的短时间内重新接通电源。因为压缩机工作时，压缩泵一侧自蒸发器将低压制冷剂蒸发抽出，经过压缩成为高温高压蒸汽，自另一侧送往冷凝器，实现向空间排热。两侧压力差最大时可达到十一个大气压，压缩机中断运行后，须经一定的时间才能恢复两侧的平衡
33、，最好保持在五分钟左右，确保了压缩机在轻载状态下起动；倘若压缩机运行中出现断电后又很快接通的情况，由于两侧存在很大的压力差，电动机启动时的负载很大，启动电流较正常值成倍增加，从而带来烧毁电动机的危险。电冰箱在出售时，生产厂家一般都不配备断电保护器，市场上销售的断电保护器，一般也都不具备智能延迟作用。一般的断电保护器，在电冰箱停电后复电，不管停电时间多久，它都要延迟3分钟左右才能接通电源，显得非常机械，人们希望在刚刚断电的最近3分钟之内能对电冰箱进行保护，不允许通电，而3分钟之后，则要求一旦来电压缩机能马上通电起动运转，以便在电冰箱室内的温度下降的最短时间内恢复制冷，既能保证食物不至于变质，又可
34、节约电能。4.2 整机工作原理分析1. 未接通电源之前 因瞬间，V6未导通时，J失电，J-1常闭，J-2、J-3常开，冰箱尚未起动。C5、C7也尚未充电。2. 若网电压正常范围（180240）V时接通电源 由于调试时要保证：电压U240V和U180V时，U1:A的A电为高电平。U1:B的B电为低电平,U2:A的C点为低电平，因此过压指示LED1和欠压指示LED2均不亮。这时U2:A输出“0”，U2:B输出“1”，很快对C5充电至高点平，U1:C输出“1”，U2:C输出“0”，由于刚合闸时J-1闭合，且D1:D输出未“0”，故U3:B输出“0”，延时灯LED3不亮。U2:D输出“1”，一方面V6
35、导通，工作指示灯LED4亮（用绿色），J得电，J-1断开，J-2、J-3闭合，电冰箱正常工作。另一方面V7导通，通过R13对C7充电至高电平,但因J-1断开仍由R5保证U3:B输入为“0”。3若电网电压240V或180V这时U1:A的A点由“1”跳为“0”（过压）或U1:B的B点由“0”跳为“1”（欠压），这时都会使U3:A输出为“1”，且LED1亮（过压，用红灯）或LED2亮（欠压用黄灯），U2:B输出为“0”，电容C5通过R8,R9及U2:B的输出电阻放电，当放到一定程度时，运放U1:C的输出为“0”,U3:B输出为“1”，延时指示灯LED3亮（用蓝色），且V6截止，工作灯LED4灭，J失
36、电，使J-1闭合，J-2、J-3断开，电冰箱停止工作。4断电后恢复正常供电时的延时保护电路中设有两处延时保护电路，一处R8、C5是组成的瞬时断电保护，一处R14、C7是组成的延时通电3分钟保护。其过程如下：不论是因过欠压还是停电，这时V6截止,J-1闭合，J-2、J-3断开，C5、C7均处于放电，C7放电时间常数约200s。如果停电时间很短（小于20ms），尽管V6载止，J失电,但因常闭头有延时闭合功能(1520ms)，这时J-1尚未闭合(J-2、J-3可以断开)，U3:B一个输入端仍为“0”，又因C5电压不能突变，（即使稍微降一点，只要不低于U1:C的U-即可）这时Uc5仍大于U-，U1:C
37、输出仍维持“1”状态。在20ms之内若又恢复正常供电，U3:B输出“0”，U2:D输出为“1”，V6导通，J-2、J-3闭合，冰箱立即供电。因此，在20ms之内，即使冰箱正常工作瞬间不会停（电动机有惯性），防止瞬间频繁启动损坏压缩机。若停电超过20ms，虽然C5很快充电至饱和，U1:C输出为“1”，但因C7放电很慢，虽然只有3分钟之后，U1:D同相端电压才能低于V4管压降0.7V，这时U1:C的输出才变为“0”,使输出“0”，LED3灭，V6导通。20ms后若不来电，C5放电,使U1:C输出为“0”，V6是截止的，J-1断开，J-2、J-3闭合，电冰箱才恢复正常工作状态。从而起到延时通电保护作
38、用，使压缩机不损坏。（整机工作原理图见附录4）4.3 电路各元器件的作用1. 电源变压器T二极管V1、V2组成全波整流电路，C为电容滤波。W7809是三端稳压器，输出+9V电压。C2、C3为7809的输入、输出电容。C2是防止因输入线过长产生电感效应而产生自激震荡，C3为改善瞬态响应，C4电容滤波，使电压平滑。2. U1:A、U1:B分别组成反相器、滞回比较器。主要是提高抗干扰能力。当电网电压在上限240V左右或180V左右波动时，C点和B点的电平不会频繁的在高、低电平间改变而引起冰箱频繁地通、断电。R1、R2为电压取样电阻，通过调R1、R2保证两个比较器对应240V和180V,A点和B点发生
39、转换。R3和VZ组成稳压电路，由VZ提供两个比较器同相端的基准电压作为与反相端电压比较的基准。3. U1:C组成电压比较器。R21为反相端基准电压，U2:B输出的电压与从R21取出的电压比较，决定了U1:C输出的电平高低。调R21使冰箱正常工作时，反相端电压刚刚稍小于同相端电压即可。U3:A、U2:B为控制门，既可整形又可电平转换。4. R6、V6、V5、J组成驱动电路。V6工作在开关状态，控制J的得电和失电。V5为整流二极管，当V6由导通变截止时，为J中电流提供通路，防止J线圈产生高自感电势损坏三极管。5. U2:C、U3:B、U2:D组成门控制电路，起控制和电平转换作用。V7是电子开关，控
40、制C7的充放电，R13为限流电阻。同时又阻止C7通过R13放电。因为当V6截止，到J-2断开有15ms间隔，C7会通过R13、R15放电。6. UD:D为电压比较器。+9V、R18、V4组成反相端基准电压电路，以便与同相端电压比较。7. R8、R9、C5组成瞬间断电保护电路；C7、R14组成延时通电保护电路。调R21可适当改变延时长短。例如，调R21，改变U1:C的反相端电压U-大小，要保证当瞬间停电时，C5放电时间在（1520ms）内，U1:D不小于U-，那么输出就能维持“1”状态，一旦通电V6即可导通，冰箱又正常工作。8. R22、R19、V3、C6、R20、LED5组成冰箱漏电指示电路。
41、当冰箱外壳带电时，交流电流通过R22、R19到地，R19上分的电压，经V3整流，C6滤波，由显示电路LED5显示。 4.4 各元器件的选择与计算1. LM324是四运放集成电路，内部结构如图4-1，它采用14脚双列直插塑料封装，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位
42、相同。LM324的引脚排列见图4-2。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。图4-1 LM324内部结构图图4-2 LM324引脚图U2选用CD4069六反相器，采用14脚双列直插塑料封装，它的内部包含六组形式完全相同的反相器，除电源共用外，六组反相器相互独立。引脚图如图4-3所示：图4-3 CD4069引脚图U3选用CD4071二输入四或门，同样采用14脚双列直插塑料封装，它的内部包含四组形式完全相同的或门，除电源共用外，四组或门相互独立工作。引脚图如图4-4所示： 图4-4 CD4071引脚图CD4071真值表如下
43、：Y=A+B表4-1 CD4071真值表ABY0000111001112. V6选用9013或3DG6,80，NPN管；V1V7选用IN4004；LED1LED5选用3mm。LED1红色,LED2黄色,LED3蓝色,LED4绿色,LED5橙色。3. 继电器J选用3A/9V的直流继电器，一个常闭，两个常开触点。4. 电源变压器选用220V/12V-3W。5. 稳压器VZ选用2CW105（7V）。6. 电解电容：C1一般选用2200UF/25V；C4为220UF/25V；C5、C6、C7选用100UF/25V。非电解电容：C2选用0.33UF；C3选用0.1UF。7. 电位器：R1、R2、R21选
44、用15K/2W电位器。8. LED的限流电阻R6、R7、R12、R15、R20算法如下：设发光管UD=2V,ID=5mA，CMOS门输出高电平UH=9V,R=(UH-UD)/ID=(9-2)V/5V=1.4K/0.25WR3=(9-7)K/10K=0.2K,选用200/0.25W。9. VZ的限流电阻R3：取Iz=10mA, R3=(9-7)K/10K=0.2K,选用200/0.25W。10. R4、R10选用200/0.25W；R5、R11选用200/0.25W。11. R18:设二极管V4中电流ID=1mA,R18=(9-0.7)/1=8.3K/0.25W。12. R13/R14的选用：R
45、13主要是为VD提供充电通路，当C7充到饱和时即使V7截止也无妨。设电流为1mA，当为初始值0V时，R13=UH/ID=9V/1取10K/0.25W。R14要求C7放电200S，即35分钟。R14C7=200S,取4倍则R14C7=50S,由于C7选100UF,故R14=500K。13. R16的选择：设V6基极电流IB=0.8mA,R16=(UH-UBE)/IB=(9-0.7)/0.810K故选10K/0.25W。14. R8、R9的选择：R8是的放电电阻（C5通过R8、R9输出电阻放电），R8只要能维持C5时，在20ms之内，Uc5不小于U1:C反相端电压U-即可。可选R8=1K/0.25
46、W。R9的作用是停电时，U2:B截止，也为C5提供放电通路，使恢复初始状态。R9可选10K/0.25W。15. 漏电显示电路中的电路R9、R22:为了使LED显示电路统一起见，R20与LED5两端电压也按高电平9V设计，由于V3为半波整流，C6滤波，为此V3的输入交流电压有效值即R19两端电压应近似为9V。选R22=10K/0.25W，根据220V(R19/R22+R19)，从而可选R19为1K/0.25W。本章小结本章小结主要介绍了整机原理图，整机工作原理的说明，电路中各元器件的作用，最后分析了如何选择该电路原件，例如：与非门、电阻、电容等等。根据本设计的要求和元器件的特性对各元件进行计算，
47、选择它们的数值。 第5章 系统的安装与调试5.1 系统的安装5.1.1 辨认与测量元器件学会了怎样利用色环来读电阻，然后用万用表来验证读数和实际情况是否一致，再将电阻别在纸上，标上数据，以提高下一步的焊接速度。学会了怎样测量二极管及怎样辨认二极管的“+”，“-”极。学会了怎样利用万用表测量三极管的放大倍数，怎样辨认三极管的“b”,“e”,“c”的三个管脚。学会了电容的辨认及读数，“”表示瓷片电容，不分“+”、“-”极；“+”表示电解电容（注意：电解电容的长脚为“+”，短脚为“-”）。5.1.2 焊接体会焊接最需要注意的是焊接的温度和时间，焊接时要使电烙铁的温度高于焊锡，但是不能太高，以烙铁接头的松香刚刚冒烟为好
