USB接口供電的迷你電冰箱電路設計畢業(yè)論文(答辨稿)

1、畢 業(yè) 設 計 (論 文) 題 目 基于USB接口供電的迷你 冰箱電路系統(tǒng)的研究與設計 承 諾 書我謹此鄭重承諾：本畢業(yè)設計（論文）是本人在指導老師指導下獨立撰寫完成的。凡涉及他人觀點和材料，均依據(jù)著作規(guī)范作了注釋。如有抄襲或其它違反知識產(chǎn)權的情況，本人愿接受學校處分。 承諾人（簽名）： 年 月 日基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)的研究與設計摘要：基于USB接口供電的迷你冰箱是一個小型的冷熱器，它沒有家用冰箱復雜的電路，它靠半導體致冷片將熱量從片的一面?zhèn)鲗У搅硪幻娴姆椒ǎ_到制冷的效果，再利用直流電源極性倒過來能使熱傳導方向改變的原理，達到半導體加熱的效果。該USB小冰箱無噪音，無壓縮機，

2、綠色環(huán)保，小巧玲瓏，節(jié)能輕便，制造工藝精美細致，能在5分鐘內(nèi)制冷到8.5攝氏度（或47華氏度），而且只需5伏電壓只要有USB接口（1.1或者2.0接口）即可。 它不需要外加驅(qū)動程序，隨意插入USB接口即可！幾分鐘后就可以使用了。它適用于在辦公室，學?；虺鋈ヂ糜危且粋€隨身攜帶的冷熱器，但該小冰箱的電源部分不穩(wěn)定，不能知道冰箱的溫度是否加熱適宜，針對以上小冰箱的特點和不足，我們從以下三個方面對小冰箱作了改進：電源部分，過熱檢測部分，溫度告知部分。首先對小冰箱的電源部分進行了改進，利用二極管的特性，采用了雙電源，一條可以采用USB電源，另一根可以用家用電源。在兩條線相連部分利用二極管的單向?qū)ㄐ裕?/p>

3、把兩條電源線相連，并用仿真軟件對設計的開關穩(wěn)壓電源進行仿真，利用該電源，可以減少電源的損耗，提高效率。其次對小冰箱的溫控部分進行了改進，在冰箱的溫控部分裝上過熱檢測系統(tǒng)，并設置適當?shù)臏囟冗M行檢測，方便提醒用戶。尤其達到60的時候，那時熱敏電阻閃爍頻率為零。并通過仿真把冰箱溫度的變化對LED1閃爍頻率的改變和熱敏電阻的阻值變化進行分析與總結(jié)。再次增加溫度告知功能，在電路中連接溫度告知電路，方便用戶及時知道冰箱溫度。查看溫度的時候，利用二極管發(fā)光的個數(shù)來確定電路的溫度。在詳細分析USB供電小冰箱的工作原理后，針對上述技術改進，采用Multisim作了仿真，仿真結(jié)果證實了這些技術改進收到了良好的效果

4、。關鍵詞：冷熱器；半導體；開關穩(wěn)壓電源；過熱檢測系統(tǒng)；溫度告知電路Study and Design of Mini-refrigerator Circuit System Based on the USB Power SupplyHu KankanCommunication Engineering, Information & Technology School, Zhejiang Shuren UniversityAbstract: The mini refrigerator supplying power on the basis of USB interface is a sma

5、ll-scale cold and hot device, it does not have complicated circuit of a domestic refrigerator, it depend on semiconductor refrigeration slice heat from the conducting to the method of another side of one, get the result of refrigeration, and then utilize polarity of direct current source to turn the

6、 principle that can make the heat-conduction direction change around, reach the result that the semiconductor is heated. This USB mini-bar has no noise, without compressor, green environmental protection, pretty and cleverly-made, energy-conservation is light, manufacturing process is exquisite and

7、careful, can refrigerate within 5 minutes to 8.5 (or 47 degrees Fahrenheit), and only takes voltage of 5 volts -So long as there is USB interface (1.1 or 2.0 interface). It does not need any driver at all, inserts USB interface at will! Can use several minutes later. It is suitable for in the office

8、, the school or going out to travel is a carry-on cold and hot device, but the power part of this mini-bar is unstable, can't know whether the temperature of the refrigerator is heated suitably, to characteristic and deficiency of the above-mentioned mini-bars, we have improved the mini-bar from

9、 three following respects: For example: Power part, measure the part overheatedly, tell some in temperatureImprove the power part of the mini-bar at first, utilize the characteristic of the diode, having adopted a pair of power, one can adopt USB power, another one can use the home power. What linke

10、d up and utilized the diode partly was linked to two cables to the conduction only on two lines, and carry on emulation to the switch steady voltage plug that is designed with the artificial software, utilize this power, can reduce the loss of the power, raise the efficiency. Secondly has improved t

11、he temperature-controled part of the mini-bar, has loaded in the temperature-controled part of the refrigerator onto the overheated detection system, set up appropriate temperature to measure, it is convenient to remind users. While especially reaching 60 , frequency glimmers as zero in the thermal

12、resistor at that time. And change of temperature glimmer change of frequency to LED1 and person who hinder of thermal resistor change analyzes and summarizes refrigerator through emulation. Increase temperature to tell the function again, connect temperature to tell the circuit in the circuit, help

13、users know the refrigerator temperature in time. While looking over temperature, make use of number that the diode gives out light to confirm the temperature of the circuit. After the operation principle of the mini-bar that USB supplies power in detailed analysis, improve to technology described ab

14、ove, use Multisim as emulation, the artificial result has verified these technological improvement has achieved the good result.Keywords: Cold and hot device; Semiconductor; Steady voltage plug of switch; Overheated detection system; Tell the circuit in temperature目 錄1 緒 論11.1 本課題的研究背景和意義11.2 家用普通冰箱

15、電路系統(tǒng)簡介21.2.1 家用普通冰箱的組成21.2.2 家用冰箱的工作原理41.2.3 家用冰箱內(nèi)部電路的原理圖51.3 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)簡介61.3.1 USB設備的接入61.3.2 基于USB接口供電的迷你冰箱內(nèi)部電路62 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)工作機理及技術改進72.1 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)工作機理72.1.1 USB電源供電系統(tǒng)工作機理72.1.2迷你小冰箱半導體制冷系統(tǒng)工作機理92.2 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)技術改進112.2.1 電源部分的改進112.2.2 過熱檢測電路的技術改進132.2.3 冰箱溫度告知電路的改

16、進143 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)的仿真及分析163.1 Multisim仿真軟件163.1.1 Multisim仿真軟件的介紹163.1.2 Multisim的特點163.1.3 Multisim在電子技術實驗中的應用173.2 迷你小冰箱電源部分的仿真模型與分析183.3 熱檢測電路的仿真模型與分析203.4 冰箱溫度告知電路的改進仿真模型的建立與分析244 本文總結(jié)和未來展望274.1 本文總結(jié)274.2 未來展望27致 謝29參考文獻301 緒 論USB是英文Universal Serial BUS的縮寫，中文含義是“通用串行總線”。它不是一種新的總線標準，而是應用在PC領

17、域的接口技術?；赨SB接口供電的迷你冰箱采用了這個技術，用5V的USB電源冷卻飲料 ，內(nèi)置LED燈，不需要壓縮機。它沒有家用冰箱復雜的電路，它靠半導體致冷片將熱量從片的一面?zhèn)鲗У搅硪幻娴姆椒?，如果把直流電源極性倒過來的話，熱傳導方向也會改變，這就是半導體致冷片的原理。當然不需要壓縮機了，而且也不需要加致冷劑。 半導體致冷片是整個冰箱內(nèi)外冷熱交換的唯一部位。雖然簡單，它也能把溫度下降到0-5(最低溫度，環(huán)境溫度20-25). 在加熱的過程中，也能把溫度加到60左右，打破了冰箱以往的作用，實現(xiàn)了冰箱的致冷和加熱雙重作用。目前，冰箱應用的層面極廣，除了家用以外，還應用到車上和其他領域。它不單單只是

18、運用我們的生活中，還運用到我們的科研和學習方面，為了解決一些常見問題，譬如攜帶方便，輕巧等問題，越來越多的科學家進行了研究和改造，一些功能更好的冰箱已經(jīng)上市，我們?nèi)缦陆榻B的也是其中一款很實用的冰箱：基于USB接口供電的迷你小冰箱。1.1 本課題的研究背景和意義家電產(chǎn)品是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷奈锲?，它們已?jīng)融入到我們的生活中，我們每天都在自覺或不自覺地使用著它們。隨著科技的發(fā)展和社會的進步，家用電器產(chǎn)品的形式正在日益變得豐富多彩，產(chǎn)品的品種也正隨著技術的進步而不斷增加1?？上攵褐袊浣?jīng)過引進、吸收和消化的20年,有了高速的發(fā)展,但是國內(nèi)目前對電冰箱的本土化概念研究尚未具體展開,大多數(shù)只是停

19、留在外觀造型上的創(chuàng)新及新技術上的應用。由于冰箱產(chǎn)業(yè)的日益成熟,產(chǎn)品市場也開始進入成熟期,競爭開始出現(xiàn)白熱化狀態(tài),生產(chǎn)商無不在積極采用各種方式和手段,來爭得產(chǎn)品市場的一席之地。而市場競爭的另一個結(jié)果就是直接導致了冰箱產(chǎn)品同質(zhì)化的現(xiàn)象,也就是說冰箱產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、功能、服務、外觀、價格、使用、技術基礎等等各個方面有很大的相似性,同級別產(chǎn)品相互之間具有很強的可替代性。 最早的冰箱屬于“舶來品”的一種,不管是功能、結(jié)構(gòu)、界面還是技術都是直接從國外引進。在一段時期內(nèi),外來的優(yōu)勢使使用者暫時忽略了自己根本無法揮去的生活方式,但是由于不同的民族與國家,在生活狀態(tài)、生活方式、生活習慣與生活水平上都有一定的差異,有

20、的甚至相差較遠,當使用者的消費意識日益成熟時,會逐漸意識到自己的真正需要,什么才是適合于自己生活的產(chǎn)品,這時候由于中西文化差異所產(chǎn)生的矛盾便出現(xiàn)了。2近幾年，我國小家電市場正呈現(xiàn)出方興未艾的旺銷態(tài)勢。從某種程度上說，品種繁多的小家電已成為消費者生活的必需品，使用小家電的數(shù)量及選購其品質(zhì)已是老百姓生活水平高低的標志之一。市場的旺盛需求帶動了生產(chǎn)的高速增長，近期，為適應消費需求的快速增長，不少大家電廠家紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)小家電產(chǎn)品，使小家電產(chǎn)品生產(chǎn)量急劇增加。例如冰箱就是我們在生活中不可少的家電。它和我們的生活息息相關3。 目前，人們對冰箱要求日見增高，尤其在它的容量、功能、保鮮效果方面特高。這就要求我們設

21、計的電冰箱容量大、功能全、保鮮好、自動化程度高，并且能攜帶更便利、舒適而且安全，能根據(jù)用戶的要求和需要進行運用，尤其在上班期間更方便。為了解決市場上冰箱體積大，供電不方便等問題，并且提高人們在夏天工作的效率，適應市場需要，因而我們設計了用USB接口供電的迷你小冰箱。該USB小冰箱無噪音，無壓縮機，綠色環(huán)保，小巧玲瓏，節(jié)能輕便，制造工藝精美細致，能放在辦公桌上。你只要把一聽易拉罐放在里面，然后把它插入一個開啟的電腦USB接口，幾分鐘后就能喝到冷飲料了。它能在5分鐘內(nèi)制冷到8.5攝氏度（或47華氏度），而且只需5伏電壓只要有USB接口（1.1或者2.0接口）即可。不需要任何驅(qū)動程序，隨意插入USB

22、接口即可！該設計包含的技術有：數(shù)字和模擬技術、單片機控制技術、USB供電系統(tǒng)、電路設計與電路仿真技術等4。1.2 家用普通冰箱電路系統(tǒng)簡介冰箱是一種使食物或其他物品保持冷態(tài)的小柜或小室內(nèi)有制冰機用以結(jié)冰的柜或箱帶有制冷裝置的儲藏箱。家用電冰箱的容積通常為20500升。1910 年世界上第一臺壓縮式制冷的家用冰箱在美國問世到如今生活中有了超低溫冰箱(低至-100度左右)冰箱為止,大部分是用來做實驗等,真正用于生活中的還不多。1.2.1 家用普通冰箱的組成電冰箱主要由箱體、門體、制冷系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及附件五部分組成。1.2.1.1 箱體和門體箱體、門體根據(jù)不同的溫度要求組成若干間室，與外界空氣隔絕并

23、分別保持一定低溫。箱體、門體由箱殼、箱膽、門殼、門膽等結(jié)構(gòu)件和絕熱材料組成。 1.2.1.2制冷系統(tǒng)電冰箱的制冷系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、干燥過濾器、毛細管、和蒸發(fā)器組成，制冷系統(tǒng)利用制冷劑的循環(huán)進行熱交換，將冰箱內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到冰箱外的空氣中去，達到使冰箱內(nèi)降溫的目的。5（1）壓縮機家用電冰箱用壓縮機一般為全封閉壓縮機。它的全稱為“電冰箱用全封閉型電動機-壓縮機”，它實際是將壓縮機與電動機全部密封在機殼內(nèi)。6 壓縮機是制冷循環(huán)系統(tǒng)的“心臟”，它的作用是在電動機的帶動下，輸送和壓縮制冷劑蒸氣，使制冷劑在系統(tǒng)中進行制冷循環(huán)。當壓縮機電動機帶動曲軸作旋轉(zhuǎn)運動時，連桿將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為活塞的往復式運動?；钊?/p>

24、在氣缸中所作的往復運動，可分為吸氣、壓縮、排氣和膨脹四個工作過程。 壓縮機冷凍油的作用 a、潤滑作用 減小機器運動部件的磨損，延長機器的使用壽命。 b、降溫作用 c、密封作用 冷凍油在壓縮機運動部位起著密封作用，防止制冷劑的泄漏。冷凍油的性能和質(zhì)量直接影響著制冷壓縮機的工作和運行。因此，了解冷凍油的性能和牌號，以便正確選用冷凍油就顯得十分必要。國產(chǎn)的冷凍油按其50時的運動粘度分為13、18、25、30、40、等5個牌號。不同牌號的冷凍油不能混合使用，但可以代用，其原則是高牌號可以代替低牌號冷凍油。7（2）冷凝器冷凝器又稱為散熱器，是電冰箱制冷系統(tǒng)中主要的熱交換設備。冷凝器的作用是將壓縮機排出的

25、高溫、高壓制冷劑蒸汽，在冷凝器里經(jīng)過熱量的傳遞，向周圍空氣散熱，使制冷劑蒸氣冷卻然后液化成液體。 防露管既起到了冷凝器的作用，又使冷凍室門口周圍溫度升高，防止冷凍室門口周圍凝露。 8（3）毛細管 毛細管有兩個作用：a.保持冷凝器制冷劑和蒸發(fā)器制冷劑之間有一定的壓力差，以保證制冷劑蒸汽在冷凝器內(nèi)有較高的壓力，從而使制冷劑蒸汽在冷凝器內(nèi)散熱冷凝成液體；保證制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)有較低的壓力，從而使制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱蒸發(fā)成氣體。b.控制制冷劑流量。如果毛細管阻力大，制冷劑流量小，制冷量少，蒸發(fā)溫度低；如果毛細管阻力小，制冷劑流量大，制冷量大，蒸發(fā)溫度高。它是一根細而長的紫銅管。內(nèi)徑一般為0.51

26、mm，長度為24m不等。銅管的導熱性能良好。10（4）蒸發(fā)器 蒸發(fā)器是冰箱制冷系統(tǒng)中的產(chǎn)生冷的部件，俗稱冷源。蒸發(fā)器的作用：從毛細管降壓后的制冷劑氣液混合體（氣液比例約為1：9）進入蒸發(fā)器，在低壓下蒸發(fā)由液體變成氣體，經(jīng)蒸發(fā)器吸收箱內(nèi)的熱量，達到制冷的目的。蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的蒸發(fā)溫度越低，冷卻周圍物體的能力越大，而它的蒸發(fā)面積是由壓縮機產(chǎn)生冷量決定的。11（5）干燥過濾器 干燥過濾器的構(gòu)成：干燥過濾器外殼為銅管，直徑為16左右，長100-150mm，銅管兩端縮口，銅管里面兩端裝有銅絲過濾網(wǎng)，中間裝有分子篩。干燥過濾器的作用：干燥過濾器安裝于冷凝器與毛細管之間，用以吸附制冷系統(tǒng)中的水分，以防止發(fā)生

27、冰堵，同時還起到過濾作用，防止雜質(zhì)、碎物等進入毛細管引起臟堵。（6）制冷劑 制冷劑是指在制冷系統(tǒng)中實現(xiàn)制冷循環(huán)的工作介質(zhì)。在壓縮式制冷循環(huán)中，利用制冷劑的相變傳遞熱量，即制冷劑在蒸發(fā)過程吸熱，在冷凝過程放熱。冰箱所用制冷劑主要有四類：R12、混合工質(zhì)（R152a/R22）、R134a、R600a1.2.1.3電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)的主要作用是將箱內(nèi)的溫度控制在一定的范圍內(nèi)，以保證冷藏冷凍的需要。（1）機械式溫控冰箱電氣系統(tǒng)零部件 溫控器 過載保護繼電器（2）電腦溫控冰箱電氣系統(tǒng) 雙溫雙控冰箱控制原理 四點感溫電腦控制冰箱 1.2.1.4附件 （1）對上置冷凍室，冷凍室擱架為鋼絲擱架，冷藏室擱架和果

28、菜盒為平面鋼化玻璃，門擱架為PS塑料擱架。 （2）對下置冷凍室，冷凍室抽屜為ABS不透明抽屜或為AS（也有PS）透明抽屜，冷藏室擱架和果菜盒為平面鋼化玻璃，門擱架為PS塑料擱架。1.2.2 家用冰箱的工作原理現(xiàn)今，在這么多的冰箱中，他們的工作原理也有所不同，如下就列舉了幾種常見的冰箱工作原理。1.2.2.1 壓縮式電冰箱該種電冰箱由電動機提供機械能，通過壓縮機對制冷系統(tǒng)作功。制冷系統(tǒng)利用低沸點的制冷劑，蒸發(fā)時，吸收汽化熱的原理制成的。其優(yōu)點是壽命長，使用方便，目前世界上9195的電冰箱屬于這一類。1.2.2.2 吸收式電冰箱該種電冰箱可以利用熱源（如煤氣、煤油、電等）作為動力。利用氨水氫混合溶

29、液在連續(xù)吸收擴散過程中達到制冷的目的。其缺點是效率低，降溫慢，現(xiàn)已逐漸被淘汰。1.2.2.3 半導體電冰箱它是利用對PN型半導體，通以直流電，在結(jié)點上產(chǎn)生珀爾帖效應的原理來實現(xiàn)制冷的電冰箱。1.2.2.4 化學冰箱它是利用某些化學物質(zhì)溶解于水時強烈吸熱而獲得制冷效果的冰箱。1.2.2.5 電磁振動式冰箱它是用電磁振動機作本動力來驅(qū)動壓縮機的冰箱。其原理、結(jié)構(gòu)與壓縮式電冰箱基本相同。1.2.2.6 太陽能電冰箱它是利用太陽能作為制冷能源的電冰箱。1.2.2.7 絕熱去磁制冷電冰箱。1.2.2.8 輻射制冷電冰箱。1.2.2.9 固體制冷電冰箱。1.2.3 家用冰箱內(nèi)部電路的原理圖如圖1所示，我們

30、看到了冰箱的各個組成和連接情況，從這里不難看出，在冰箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，溫控電路起著心臟的作用，在整個冰箱中控制溫度的高低來達到制冷的目的。圖1 冰箱內(nèi)部電路原理圖1.3 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)簡介1.3.1 USB設備的接入 USB接口中的5V電源不但可以為外接設置提供小電流供應，并且還起著檢測功能。當USB設置插入USB接口后，主機的5V電源就會通過USB邊線與USB設備相通。USB外設的控制芯片會通過兩只10K的電阻來檢查USB設備是否接入了主機的USB端口。如果這兩個引腳一個為高電平，一個為低電平時就表示USB外設已經(jīng)正常確連入USB接口，這時外設的控制芯片開始工作，并通過D

31、ATA，DATA向外送出數(shù)據(jù)。這時主機接收數(shù)據(jù)后，就會提示發(fā)現(xiàn)新硬件，并開始安裝新硬件驅(qū)動。 1.3.2 基于USB接口供電的迷你冰箱內(nèi)部電路 USB迷你小冰箱并不像家用冰箱有那么復雜的電路系統(tǒng)，它是根據(jù)熱電制冷原理(Peltier Effect) ，運用先進的半導體制冷技術，采用特殊的制冷散熱系統(tǒng)制造的，是具有制冷效果佳、無壓縮機、 無氟利昂、無振動，低1噪音(<30dB)、超低耗能、使用壽命長、環(huán)保等優(yōu)點的實用新型產(chǎn)品。本產(chǎn)品特別適合賓館客房、酒樓貴賓房、娛樂室、單身公寓、學生宿舍、辦公室、家庭臥室、醫(yī)院病房等場所。用于冷藏食品、飲料、水果、酒水等，也可

32、以冷藏化妝品、藥品，或茶葉等，十分方便實用。尤其是在賓館上星級、上等級， 樹立綠色環(huán)保健康形象的首選必備產(chǎn)品。該冰箱有以下部分組成：1.箱體 2.門軸蓋 3.箱門 4.磁性密封條 5.內(nèi)門板 6.后茹7.散冷風扇 8.風扇罩 9.擱物層架 10.排水 11.腳墊步 12.接水盤。該迷你小冰箱用USB 5V供電.，內(nèi)部LED電源指示，在電源線有個開關，兩個擋，一個是加熱開關，另一個是致冷開關。使用制冷時,5分鐘內(nèi)溫度降至最低8.5度；使用加熱時,5分鐘內(nèi)溫度加到最高60度。不需要電池，在

33、內(nèi)部電路，最主要就是靠半導體來達到制冷加熱的效果。在工作，最大的功率消耗為10W。12以下就是在使用該小冰箱要注意的問題：(1)不可用本機加熱碳酸飲料及其他類似液體.(2)切勿把液體直接倒入本機內(nèi)膽內(nèi)(3)本機應該遠離潮濕放置(4)不要用濕手觸摸本機(5)停用時請拔掉電源插頭(6)保持通風口干凈無雜物阻塞(7)減少本機在太陽下暴曬的機會(8)高溫或潮濕環(huán)境下機器工作時有些須水珠出現(xiàn)屬于正?，F(xiàn)象,這時只需用干布或者毛巾弄干即可。2 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)工作機理及技術改進2.1 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)工作機理2.1.1 USB電源供電系統(tǒng)工作機理2.1.1.1 電源的

34、概述電源power supply 向電子設備提供功率的裝置。把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。發(fā)電機能把機械能轉(zhuǎn)換成電能，干電池能把化學能轉(zhuǎn)換成電能.發(fā)電機.電池本身并不帶電,它的兩極分別有正負電荷,由正負電荷產(chǎn)生電壓(電流是電荷在電壓的作用下定向移動而形成的),電荷導體里本來就有,要產(chǎn)生電流只需要加上電壓即可,當電池兩極接上導體時為了產(chǎn)生電流而把正負電荷釋放出去,當電荷散盡時,也就荷盡流(壓)消了.干電池等叫做電源。通過變壓器和整流器，把交流電變成直流電的裝置叫做整流電源。能提供信號的電子設備叫做信號源。晶體三極管能把前面送來的信號加以放大，又把放大了的信號傳送到后面的電路中去。晶體三

35、極管對后面的電路來說，也可以看做是信號源。整流電源、信號源有時也叫做電源。電源是向電子設備提供功率的裝置，也稱電源供應器，它提供家電所有部件所需要的電能。電源功率的大小，電流和電壓是否穩(wěn)定，將直接影響冰箱的工作性能和使用壽命。電源產(chǎn)品廣泛應用于工業(yè)自動化控制、軍工設備、科研設備、工控設備、計算機和電腦、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫(yī)療設備、半導體制冷制熱等領域。2.1.1.2 USB電源的概述通用串行總線 Universal Serial Bus 使 PC 機與外部設備的連接變得簡單而迅速 ,隨著計算機以及與 USB 相關便攜式設備的發(fā)展 ,USB 必將獲得更廣泛的應用。由于 USB 具有即

36、插即用的特點。它不需要任何驅(qū)動，可以馬上使用。如圖2就是USB的結(jié)構(gòu)框架：_ root hub _|_ | | hub hub _|_ _|_ | | | | | | | | d1 d2 d3 h1 h2 d4 d5 d6 d* 外設 h* hub圖2 USB的結(jié)構(gòu)框架PC主板上的那兩個插口，就是root hub。root hub是一個USB系統(tǒng)的總控制端口。它既可以直接接外設，也可以通過hub控制更多的外設。USB hub結(jié)構(gòu)類似通常的網(wǎng)絡集線器，有一個upper link和很多子端口，每個子端口可以接一個外設，也可以再通過一個hub接入更多外設，直到所有外設加起來到127為止?，F(xiàn)在設計的

37、USB 電源開關采用自舉電荷泵 ,為N 型功率管提供 2 倍于電源的柵驅(qū)動電壓。在負載出現(xiàn)異常時 ,過流保護電路能迅速限制功率管電流 ,以避免熱插拔對電路造成損壞。一種結(jié)構(gòu)簡單的自舉電荷泵為 N 型功率管提供柵驅(qū)動電壓 ,以降低開關的導通損耗。精確的限流電路針對過載和短路故障 ,對輸入電源提供保護。仿真結(jié)果表明 ,在負載短路瞬間 ,限流電路能夠有效地減小過沖電流 ,并能把電流限制在 0.3 A ,達到保護USB 端口的目的132.1.1.3 USB的工作原理一根USB線由四條數(shù)據(jù)線組成，其中兩條是數(shù)據(jù)，另外兩條是電源。這四條線的接線金手指都在連接埠的里面。向里看時，您就會發(fā)現(xiàn)它們其中外側(cè)的兩條

38、比較長，那是數(shù)據(jù)線；而里面兩條相對短一些的為電源線，這就是USB的工作原理。USB設備往機器上插時，首先接觸的是信號線，然后才是電源線。而向外拔時剛好相反，由于電源線較短，所以首先被切斷，而后才是數(shù)據(jù)線。這樣操作對整個系統(tǒng)及USB設備都沒有影響，所以可以熱插拔。 2.1.2迷你小冰箱半導體制冷系統(tǒng)工作機理2.1.2.1半導體簡介顧名思義：導電性能介于導體(conductor)與絕緣體(insulator)之間的材料，叫做半導體（semiconductor）電阻率介于金屬和絕緣體之間并有負的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。半導體室溫時電阻率約在10E-510E7歐·米之間，溫度升高時電阻率指數(shù)則減

39、小。半導體材料很多，按化學成分可分為元素半導體和化合物半導體兩大類。物質(zhì)存在的形式多種多樣，固體、液體、氣體、等離子體等等。我們通常把導電性和導電導熱性差或不好的材料，如金剛石、人工晶體、琥珀、陶瓷等等，稱為絕緣體。而把導電、導熱都比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為導體?？梢院唵蔚陌呀橛趯w和絕緣體之間的材料稱為半導體。與導體和絕緣體相比，半導體材料的發(fā)現(xiàn)是最晚的，直到20世紀30年代，當材料的提純技術改進以后，半導體的存在才真正被學術界認可。2.1.2.2 半導體特點半導體五大特性電阻率特性，導電特性，光電特性，負的電阻率溫度特性，整流特性。2.1.2.3 半導體伏安特性曲線伏安特性

40、曲線：加在PN結(jié)兩端的電壓和流過二極管的電流之間的關系曲線稱為伏安特性曲線。如圖3所示： 圖3 伏安特性曲線正向特性：u>0的部分稱為正向特性。反向特性：u<0的部分稱為反向特性。反向擊穿：當反向電壓超過一定數(shù)值U（BR）后，反向電流急劇增加，稱之反向擊穿。勢壘電容：耗盡層寬窄變化所等效的電容稱為勢壘電容Cb。變?nèi)荻O管：當PN結(jié)加反向電壓時，Cb明顯隨u的變化而變化，而制成各種變?nèi)荻O管。如圖4所示。 圖4 PN結(jié)的勢壘電容 平衡少子：PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時的少子稱為平衡少子。 非平衡少子：PN結(jié)處于正向偏置時，從P區(qū)擴散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴散到P區(qū)的自由電子均稱為非平衡少子。擴

41、散電容：擴散區(qū)內(nèi)電荷的積累和釋放過程與電容器充、放電過程相同，這種電容效應稱為Cd。結(jié)電容：勢壘電容與擴散電容之和為PN結(jié)的結(jié)電容Cj。2.1.2.4半導體制冷器件的工作原理：半導體制冷器件的工作原理是基于帕爾帖原理，該效應是在1834年由J.A.C帕爾帖首先發(fā)現(xiàn)的，即利用當兩種不同的導體A和B組成的電路且通有直流電時，在接頭處除焦耳熱以外還會釋放出某種其它的熱量，而另一個接頭處則吸收熱量，且帕爾帖效應所引起的這種現(xiàn)象是可逆的，改變電流方向時，放熱和吸熱的接頭也隨之改變，吸收和放出的熱量與電流強度IA成正比，且與兩種導體的性質(zhì)及熱端的溫度有關，即： Qab=Iab ，ab稱做導體A和B之間的相

42、對帕爾帖系數(shù) ，單位為V, ab為正值時，表示吸熱，反之為放熱，由于吸放熱是可逆的，所以ab=ab ，帕爾帖系數(shù)的大小取決于構(gòu)成閉合回路的材料的性質(zhì)和接點溫度，其數(shù)值可以由賽貝克系數(shù)abV.K-1和接頭處的絕對溫度TK得出ab=abT與塞貝克效應相，帕爾帖系也具有加和性，即：Qac=Qab+Qbc=(ab+bc)I 因此絕對帕爾帖系數(shù)有ab=a b金屬材料的帕爾帖效應比較微弱，而半導體材料則要強得多，因而得到實際應用的溫差電制冷器件都是由半導體材料制成的。142.1.2.5半導體應用：在積極尋找提高半導體材料熱電性能的同時，人們又從優(yōu)化半導體制冷器的結(jié)構(gòu)和工作狀況出發(fā)，得到了很多提高制冷器制冷

43、性能和穩(wěn)定性的有益結(jié)論，從而使得半導體制冷技術的應用范圍進一步擴大，現(xiàn)在半導體制冷在電子技術、醫(yī)療器械、家用冰箱和工業(yè)的發(fā)展。最早的實用“半導體”是電晶體（Transistor）/ 二極體（Diode）。一、在無電收音機（Radio）及 電視機（Television）中，作為“訊號放大器 /整流器”用。 二、近來發(fā)展太陽能（Solar Power），也用在光電池（Solar Cell）中。三、半導體可以用來測量溫度，測溫范圍可以達到生產(chǎn)、生活、醫(yī)療衛(wèi)生、科研教學等應用的70%的領域，有較高的準確度和穩(wěn)定性，分辨率可達0.1攝氏度，甚至達到0.01度也不是不可能，線性度0.2%，測溫范圍-100

44、+300攝氏度，是性價比極高的一種測溫元件。所以在我們的設計中，我們就采用了半導體制冷的原理，制作了迷你小冰箱。152.2 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)技術改進2.2.1 電源部分的改進我們知道，用USB接口供電也有不方便的時候，如果在我們的身邊沒有PC機的情況，那我們不是不能使用這款冰箱了，雖然它使用很方便，但有時候遇到客觀問題的時候我們還是要靈活運用，我們這款冰箱在市場上已經(jīng)有了，但是它只能用USB接口。如今，為了滿足更多顧客的需求和要求，我們在設計中就利用所學知識，對該冰箱的電源部分進行了創(chuàng)新。為了解決USB供電不足或是沒有PC的情況下，我們經(jīng)過分析，為解決此問題做出了改進，就是

45、采用雙電源，一條線可以大家在有電腦的情況下使用該冰箱。在沒有PC機的情況下，我們就用另一條線直接插上家用電源即可。在電源電路中，為了能讓USB和家用電源插座能在不同環(huán)境下靈活應用，我們在外接電源的部分連接了兩條線，但是如何能讓我們實現(xiàn)兩條線都可以使用呢，尤其在你需要的時候就成用哪條？下面就介紹了方法：在我們市場上買來的USB迷你小冰箱有一根電源線，我們在創(chuàng)新的時候就把那個電源線分成兩個線頭，一個接USB接口，另一個接市場上很普通的家用插座。在線分段電路的時候接個二極管，這樣電路就能達到我們的要求。為什么我們要在電源部分裝上二極管呢？開關二極管的開關作用是利用二極管的單向?qū)щ娞匦詠硗瓿傻?，在給二

46、極管加正向偏壓時，處于導通狀態(tài)，在加反向偏壓時處于截止狀態(tài)，在電路中起到接通電流、關斷電流的作用。即開關作用。為能使二極管的開關特性更好，可通過制作工藝，使其正向電阻特小，反向電阻特大，以提高其開關速度。開關二極管有一個很重要的參數(shù)反向恢復時間。它是指開關二極管從導通到截止所需要的時間。此時間越短越好。另外，開關二極管從截止到導通所需的時間稱為開通時間。開通時間與反向恢復時間的和稱為開關時間，由于反向恢復時間遠大于開通時間，所以一般的參數(shù)手冊中只給出反向恢復時間。由于開關二極管具有開關速度快、壽命長、無觸點、體積小、可靠性高等特點，所以被廣泛用于各種自控電路、通信電路、儀器儀表電路、家用電腦電

47、路和電視機、影碟機、錄像機等電路中。16開關二極管的伏安特性曲線如圖5所示 圖5 開關二極管的伏安特性曲線有了二極管的作用，我們設計的雙電源也能實現(xiàn)了，我們在控制冷熱的開關后把電線減斷，裝上二極管，然后一端是USB接口，另一端是家用電源插座。為了能讓電源損耗減小，我們還設計了開關穩(wěn)壓電路，使得它的電源利用率增加。2.2.2 過熱檢測電路的技術改進我們接觸到的冰箱大都沒有過熱檢測系統(tǒng),因為我們生活中的家用冰箱它們只能制冷,而我們的迷你小冰箱利用半導體還能加熱,這個冰箱它的加熱溫度可達到60,所以在我們在運用這個冰箱的時候，為了避免人們在不注意冰箱加熱而影響的一些問題,譬如電壓過大，電流過大,所以

48、我們就在冰箱中安裝一個過熱檢測電路，能讓冰箱在達到某個加熱最大溫度時能提醒用戶溫度已經(jīng)加熱到最大值.17我們在冰箱中采用的過熱檢測系統(tǒng)就是圍繞我們冰箱加熱溫度只能達到60為止的一個限制溫度著手。過熱檢測電路采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻作熱量傳感器。熱敏電阻R1與IC1（NE555）定時器芯片，VR1，C1一起接成多諧振蕩器。C1是定時電容，它在1/3Vcc和2/3Vcc之間充電和放電。振蕩頻率主要取決于R1，VR1和C1的值，R1的阻值隨溫度而變化。在正常室溫條件下，LED1以1Hz（可用VR1調(diào)節(jié)）頻率閃爍，表示電路處于電源接通狀態(tài)。當熱敏電阻附近的溫度由于設備工作上升時，熱敏電阻的阻值變小，L

49、ED1的閃爍頻率也降低，當溫度達到50度的時候，閃爍頻率也要進一步降低，在溫度達到60度的時候，由于熱敏電阻的阻值降低劇烈，LED1就停止閃爍，并一直保持發(fā)光狀態(tài)，這表示設備已經(jīng)過熱了，LED1的亮度可以通過調(diào)節(jié)VR2來調(diào)節(jié)。熱敏電阻應貼裝在需要進行溫度檢測的部件上，LED1裝在面板上作為加電和測穩(wěn)指示器。在連接熱敏電阻之前，最好先測一下它在室溫下的阻值，正常值應該是400到500歐姆之間。過熱檢測系統(tǒng)電路用5V12V直流電壓供電。電路圖如6所示: 圖6: 過熱檢測電路2.2.3 冰箱溫度告知電路的改進在冰箱中的溫控部分，不少冰箱都會增加溫度告知電路，在冰箱使用過程中，能讓用戶知道冰箱的溫度，

50、達到這個范圍的時候，提醒用戶完成了。市場上購買的迷你冰箱沒有溫度告知系統(tǒng)，所以我們在原來冰箱的基礎上進行改造，原本小冰箱靠半導體的特殊性能來使溫度達到某個范圍，到時就可以使用該飲料，在這里，就是缺乏了告知溫度的功能，如果人們在忙于工作或是不在PC機旁邊而忘記了飲料加熱或是在制冷，對人們有點不方便，而由于如果長期任憑冰箱這么使用下去，也會使得冰箱電流過大或是電壓過大，影響冰箱的功效和使用時間，如果裝上溫度告知器，那么效果將會更好。當溫度達到加熱或制冷溫度時候，我們可以及時知道了。如圖7所示為電冰箱溫摩告知電路。該電路由降壓整流電路、溫度檢測元件Rt、集成運算放大器LM324、電平顯示集成電路SL

51、322等組成。其中降壓整流電路為整個電路提供直流電壓，Rt為熱敏電阻，SL322用于驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光。 當電冰箱內(nèi)溫度升高時，Rt的阻值下降，相應Vi1下降，它通過LM324放大后，使電壓Vo上升，Vo被直接送入SL322，以驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光，且因SL322的輸入電壓上升，被點亮的發(fā)光二極管數(shù)目增多。反之，當電冰箱內(nèi)的溫度降低時，被點亮的發(fā)光二極管數(shù)目減少。確定好1只發(fā)光二極管表示的溫度后，則由發(fā)光二極管被點亮的數(shù)目即可知電冰箱內(nèi)的溫度。圖示電路在0時只有1只發(fā)光二極管點亮，18有10只發(fā)光二極管點亮，則平均每隔2的變化將引起l只發(fā)光二極管的亮或滅。 如果想使電冰箱內(nèi)的溫度越低時被點亮的發(fā)

52、光二極管越多，則可將R3與R4的位置對調(diào)一下即可。 熱敏電阻Rt選用MF51型，使用范圍為-55+125，靈敏度高。使用時對其進行定標的方法是：先把Rt與溫度計綁在一起，兩個測溫頭盡量靠攏，以減小誤差，然后將Rt的兩根引線與萬用表的表筆連好，并把量程開關放在R×1k擋，最后把兩個測溫頭放入冷藏室或冷凍室內(nèi)，即可測出Rt在所要求的低溫時或高溫時顯示的阻值。一般測兩次取平均值較好。通常冷藏室內(nèi)溫度為28，取顯示溫度范圍為018即可滿足要求。 調(diào)試時，先取R3的阻值等于Rt最低顯示溫度對應的值，然后將Rt換成電位器，并將它調(diào)至最高溫度Rt對應的值，再調(diào)整Rt，使發(fā)光二極管全部點亮。最后調(diào)電

53、位器，使阻值等于最低顯示溫度Rt對應的值，調(diào)整R3使1個發(fā)光二極管點亮即可。 本電路可通過發(fā)光二極管的顯示從冰箱外部得知電冰箱內(nèi)的溫度。不過電路接入中需注意的是：Rt應放在溫度較均勻且能代表整個箱內(nèi)的平均溫度的冷藏室內(nèi)側(cè)壁中點。 圖7冰箱溫度告知電路3 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)的仿真及分析3.1 Multisim仿真軟件3.1.1 Multisim仿真軟件的介紹Multisim是加拿大圖像交互技術公司（Interactive Image Technoligics簡稱IIT公司)推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸

54、入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。18我們用Multisim仿真軟件對我們電源電路進行仿真后，發(fā)現(xiàn)冰箱可以利用兩級管控制開關控制，設置了兩極，要哪邊導通就開下哪邊，給我們的冰箱解決了供電問題。3.1.2 Multisim的特點Multisim是加拿大 IIT Interactive Image Technologies公司在 EWB Electronics Workbench 基礎上推出的電子電路仿真設計軟件 , 它具有這樣一些特點:3.1.2.1 直觀的圖形界面整個操作界面就像一個電子實驗工作臺 , 繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上 , 輕點鼠標可用導線將它們連接起來 ,軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似 ,測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的一樣。3.1.2.2 豐富的元器件庫Multisim大大擴充了 EWB 的元器件庫 , 包括基本元件、半導體器件、運算放大器、TTL和 CMOS數(shù)字 IC、DAC、ADC及其他各種部件 , 且用戶可通過元件編輯器自行創(chuàng)建或修