電冰箱集成電路控制器的製作方法
2023-06-06 09:09:11
專利名稱：電冰箱集成電路控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種家用電冰箱溫度控制裝置。
目前市售家用電冰箱多數採用機械式溫控器，功能簡單。日本東芝牌GR－204E型及國產黃河牌BCD－170型冰箱採用了電子溫控技術，用電位器來實施對冰箱溫度的調節，並增加了半自動化霜功能。中國專利89216427.1提出的電子溫控器還可以實現斷電延時保護，過欠壓保護，速凍，溫度顯示等多種附加功能。但上述電子溫控器所設定的冰箱啟點溫度都是固定的，使冰箱的溫度調節範圍受到了限制。
本實用新型的目的是應用集成電路技術，提供一種新穎的具有斷電延時保護，過欠壓保護，半自動化霜，速凍定時，冷凍室溫度顯示等多種功能的電冰箱集成電路控制器，並使其具有溫度調節範圍寬，能提供節電工作區，工作電壓範圍寬，抗幹擾性能好，動作可靠，功耗小，操作簡便，以及線路內無調節元件，成本低，適於批量生產等特點。
電冰箱集成電路控制器有六部分組成，它們是①溫度控制電路，②過欠壓保護電路，③斷電延時保護電路，④鍵鎖存及互鎖電路，⑤速凍定時電路，⑥化霜控制／冷凍室溫度顯示電路。其特徵在於，所說的溫度控制電路由溫控採樣電路，H型溫控預置電阻網絡，比較器U4、U5及二極體D8組成。所說的過欠壓保護電路由市電電壓採樣電路，上下限設定電路，比較器U1、U2及負載補償電路組成。所說的斷電延時保護電路由電阻R9，電容C4，比較器U3及二極體D5組成。所說的鍵鎖存及互鎖電路採用了CD4013雙D觸發器，觸發器的輸出信號通過二極體反饋到另一觸發器的復位端，構成互鎖電路。所說的速凍定時電路採用了CD4060振蕩／分頻器。所說的化霜控制／冷凍室溫度顯示電路中，冷凍室測溫信號同時輸出到化霜比較器U6及4運算放大器LM324的4個正輸入端，放大器的輸出端依次連接5個串有限流電阻的發光二極體，並只使其中一個發光。各部分電路之間通過二極體D6，D7，D10，D11及電阻R35等互相連接，構成完整的控制器。
溫度控制電路採用負溫度係數熱敏電阻Rt1作為傳感元件。該電路的特徵在於，它是由溫控採樣電路，H型溫控預置電阻網絡、比較器U4、U5及反饋二級管D8等組成的。所說的H型溫控預置電阻網絡包括預置電位器W1及電阻R11～R15。該網絡中的A點及B點電壓分別輸入到U5、U4的正輸入端，確定冰箱壓縮機的停點及啟點溫度。溫控採樣電壓同時輸入到U4、U5的負輸入端。二級管D8使比較器U4構成正反饋。溫度控制電路的獨特設計使得當預置電位器W1處於不同的位置時，壓縮機的停點及啟點溫度都將同時作相應變化，從而加寬了冰箱的溫度調節範圍。特別是當W1處於暖端位置時，能在滿足合理的工作周期前提下有效地降低壓縮機的工作比，具有明顯的節能效果。而東芝GR－204E型及黃河BCD－170型冰箱的電子線路設計中，壓縮機的啟點溫度是固定的，限制了暖端溫控範圍的擴展。
過欠壓保護電路中，電源電壓經整流濾波後，由穩壓塊7812得到12v電壓。該電路的特徵是，它是由市電電壓採樣電路、上下限設定電路、比較電路及補償電路四部分組成的。市電採樣電壓由整流濾波電壓經電阻R1、R2分壓及C2濾波後得到，上下限設定電路由串聯電阻R4，R5，R6組成。比較電路由比較器U1及U2組成，採用輸出級為集電極開路的比較器LM339，兩個比較器的輸出端可直接相連。當市電電壓採樣值超出由R4～R6設定的上下限範圍時，輸出將變為低電平。負載補償電路由R7，R8及D7組成。考慮到當繼電器J1從釋放狀態轉為吸合狀態時，電路的總電流增加，由於變壓器內阻，導致市電電壓採樣值下降，補償電路的作用是，當J1吸合時，使D7導通，從而使上下限設定電壓也相應下降。
斷電延時保護電路的特徵是，它由電阻R9，電容C4，比較器U3及二極體D5組成，U3的正輸入端直接與過欠壓保護電路中U1及U2的輸出端相連接。當電源接通或從過欠壓狀態恢復到正常工作範圍時，C4通過R9充電。6分鐘後，U3的輸出從低電平轉為開路狀態，溫控電路才能開始正常工作。D5提供瞬間斷電時C4的放電迴路。
鍵鎖存及互鎖電路包括鍵脈衝整形防顫電路，觸發電路及互鎖電路。由於本控制器具有速凍及化霜兩個鍵，因此有兩個相類似的鍵鎖存電路。其特徵在於，採用CD4013雙D型觸發器構成觸發電路，觸發器的輸出信號由二極體D12或D13反饋到另一個觸發器的復位端構成互鎖電路，使電路具有速凍與化霜不能同時進行的互鎖功能。
速凍定時電路的特徵在於，它由CD4060及外接RC電路組成。進入速凍狀態時，速凍觸發器的Q2端為低電平，CD4060內部的振蕩電路起振，經14級分頻後由Q14端輸出，通過電阻R35連到速凍觸發器的R2端。定時時間到，Q14端為高電平，使速凍觸發器復位，自動解除速凍狀態。
化霜控制／冷凍室溫度顯示電路包括由置於冷凍室的熱敏電阻Rt2和電阻R18～R20組成的冷凍室測溫橋路、化霜控制比較器U6，四運算放大器LM324、串聯電阻R22～R26及5個發光二極體等。其特徵在於，冷凍室測溫橋路的測溫信號同時輸出到化霜比較器U6的負輸入端及4個運算放大器的同相輸入端，以實現化霜自動停止及冷凍室溫度分段顯示。分段顯示範圍取決於串聯電阻各節點之間的電壓，它們分別輸入到4個運算放大器的反相輸入端，放大器的輸出端之間依次連接5個串有限流電阻的發光二極體，並只使其中一個發光。
本實用新型的優點在於，由於溫度控制電路中採用了H型溫控預置電阻網絡，加寬了冰箱的溫度調節範圍，提供了節能工作區。控制壓縮機及化霜加熱器的繼電器採用穩壓電源供電，當電源電壓大幅度波動時，仍能保證可靠工作。由於設置了鍵鎖存電路，化霜及速凍都實現了單鍵操作，使用特別方便。當控制器處於化霜狀態時，電晶體T4導通，在二極體D6的作用下，壓縮機一直處於延時保護狀態，待化霜結束後仍有6分鐘左右的延時，可用作重新開機的準備。速凍定時電路中，採用了CD4060，易於保證批量生產時的定時精度。
附圖
是電冰箱集成電路控制器的電原理圖。圖中的虛線把整個電路分為6部份，它們分別是①溫度控制電路，②過欠壓保護電路，③斷電延時保護電路，④鍵鎖存及互鎖電路，⑤速凍定時電路，⑥化霜控制／冷凍室溫度顯示電路。
下面根據附圖詳細說明本實用新型的一個實施例。
溫度控制電路①中，繼電器J1控制壓縮機運行，R16，R17，T1為J1的驅動電路，D9為續流二極體。溫控傳感器為熱敏電阻Rt1，與R1串聯後C點電壓隨溫度的降低而升高。W1為10K歐直滑電位器，其中一個端點與滑動端直接連接，它與R11～R15組成H型溫控預置電阻網絡。A點電壓的設計對應於壓縮機停點溫度下C點的電壓。隨著W1的滑動，壓縮機停點溫度就會變化。同時，由於電阻R13，B點電壓亦將隨之變化，該電壓應對應於壓縮機啟點溫度下C點的電壓。二極體D8使U4輸出為高電平時構成正反饋，保持壓縮機開機狀態，當C點電壓高於A點時，U5輸出低電平，U4也隨之輸出低電平，T1截止，壓縮機停止工作。U4的正輸入端還受到U3輸出端的影響。當U3處於延時保護狀態而輸出低電平時，U4也輸出低電平，T1截止，壓縮機停止工作。C5，C6為濾波電容。
附圖所示過欠壓保護電路②中，設定壓縮機允許工作電壓範圍為176v～242v，由此可以得到市電採樣電壓的相應波動範圍。由R4～R6構成的上下限電壓應與此範圍相對應。負載補償電路中，電阻R7，R8的選擇應滿足當T1及D7導通時，R5兩端的上下限電壓應與這時市電採樣電壓相應的上下限值相對應，起到補償作用。C3為延時電容，使電路在D7導通和截止轉換過程中可靠工作。
斷電延時保護電路③中，R9與C4的時間常數為360秒左右。C4的放電迴路有3條，分別通過D5，D6及U1或U2的輸出端。因此，當遇到斷電、化霜或處於過欠壓狀態時，由於C4放電，U3及U4輸出低電平，壓縮機將停止啟動，並在上述三種狀態消除後6分鐘才能進入正常工作。
附圖中④為鍵鎖存及互鎖電路。雙D觸發器CD4013中，觸發器1為化霜觸發器，觸發器2為速凍觸發器。由於採用了觸發器實現了鍵信號的鎖存，因此化霜及速凍都由單鍵操作。T2，R38，及T3，R37用來驅動化霜及速凍指示燈L1及L2，並且把觸發器的輸出信號通過D12或D13反饋到另一觸發器的復位端，實現兩個觸發器輸出不能同時置位的互鎖功能。化霜觸發器的復位端還通過D10與化霜控制電路連接，速凍觸發器的復位端還通過R35與速凍定時電路連接。R39，T4用來驅動化霜繼電器，D14為續流二極體。U7，R40～R43，C9及U8，R44～R47，C10分別構成速凍及化霜觸發器的防顫整形電路。
速凍定時電路由CD4060等構成。設定定時為2小時，由外接R34，C8所構成振蕩器的脈衝周期為0.88秒。當速凍開始時，CD4060的RES端為低電平，計時開始。2小時到時，Q14端輸出由低變高，使速凍觸發器復位，同時RES端即變為高電平，計時停止。
附圖中⑥為化霜控制／冷凍室溫度顯示電路。冷凍室測溫橋路由熱敏電阻Rt2及電阻R18～R20組成。化霜終止的溫度為5℃。比較器U6正輸入端的電壓應與Rt2達到化霜終止溫度時負輸入端的電壓相一致。當冷凍室溫度達到或高於5℃時，U6輸出為開路狀態，D10導通，從而使化霜觸發器復位，化霜停止。四運算放大器LM324的負輸入端分別與R22～R26的節點依次相連接，而正輸入端同時連到測溫橋路的輸出端。溫度指示燈L3～L7為5個發光二極體。當冷凍室溫度變化時，根據運算放大器的輸出狀態，L3～L7將有一個點亮，顯示出目前冷凍室所處的溫度範圍。溫度段的分界點可設置在－10℃，－15℃，－20℃及－25℃。圖中R27～R31為限流電阻，R32為下拉電阻。
權利要求1.一種電冰箱集成電路控制器，它由溫度控制電路，過欠壓保護電路，斷電延時保護電路，鍵鎖存及互鎖電路，速凍定時電路以及化霜控制/冷凍室溫度顯示電路構成，其特徵在於，所說的溫度控制電路由溫控採樣電路，H型溫控預置電阻網絡，比較器U4、U5及二極體D8組成，所說的過欠壓保護電路由市電電壓採樣電路，上下限設定電路，比較器U1、U2及負載補償電路組成，所說的斷電延時保護電路由電阻R9，電容C4，比較器U3及二極體D5組成，所說的鍵鎖存及互鎖電路採用了CD4013雙D觸發器，觸發器的輸出信號通過二極體反饋到另一觸發器的復位端，構成互鎖電路，所說的速凍定時電路採用了CD4060振蕩/分頻器，所說的化霜控制/冷凍室溫度顯示電路中，冷凍室測溫信號同時輸出到化霜比較器U6及4運算放大器LM324的4個正輸入端，放大器的輸出端依次連接5個串有限流電阻的發光二極體，並只使其中一個發光。
2.根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於所說的H型溫控預置電阻網絡由電位器W1及電阻R11～R15組成，W1的滑動臂直接與其中一個端點相連。
3.根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於所說的過欠壓保護電路中的負載補償電路由R7，R8及D7組成。
4.根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於所說的斷電延時保護電路中U3的正輸入端直接與過欠壓保護電路中U1及U2的輸出端相連接。
專利摘要本實用新型是一種冰箱溫度控制裝置，同時具有斷電延時保護、過欠壓保護、半自動化霜、速凍定時及冷凍室溫度顯示等功能。溫度控制電路由溫控採樣電路，H型預置電阻網絡及比較器等構成，斷電延時保護、過欠壓保護電路及化霜控制電路由比較器組成，速凍鍵及化霜鍵的鎖存採用了雙D觸發器，速凍定時電路採用了振蕩/分頻器，並用運算放大器實現冷凍室溫度的發光二極體分段顯示。冰箱的工作溫度由電位器預置，調節範圍寬。當冰箱預置在暖端工作時，具有明顯的節能效果。本控制器適合與雙門及三門電冰箱配套使用。
文檔編號F25D29/00GK2085940SQ9021809
公開日1991年10月2日 申請日期1990年8月21日 優先權日1990年8月21日
發明者樂宏良, 廖振桂 申請人:中國人民解放軍軍事醫學科學院實驗儀器廠