【正文】 冰 箱復(fù)雜的電路 ， 它靠 半導(dǎo)體致冷片將熱量從片的一面?zhèn)鲗?dǎo)到另一面的 方法 ，如果把直流電源極性倒過來的話，熱傳導(dǎo)方向也會改變，這就是半導(dǎo)體致冷片的原理。當(dāng)然不需要壓縮機了，而且也不需要加致冷劑。 半導(dǎo)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 05℃ (最低溫度，環(huán)境溫度 2025℃ ). 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(yīng)用的層面極廣，除了家用以外，還應(yīng)用到車上和其他領(lǐng)域。 它不單單只是運用我們的生活中，還運用到我們的 科研和學(xué)習(xí)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(xué)家進(jìn)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。 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(jìn)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(shù)的進(jìn)步而不斷增加 [1]。可想而知： 中國冰箱經(jīng)過引進(jìn)、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)只是停留在外觀造型上的創(chuàng)新及新技術(shù)上的應(yīng)用。由于冰箱產(chǎn)業(yè)的日益成熟 ,產(chǎn)品市場也開始進(jìn)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(dǎo)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(wù)、外觀、價格、使用、技術(shù)基礎(chǔ)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(shù)都是直接從國外引進(jìn)。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(xí)慣與生活水平上都有一定的差異 ,有的甚至相差較遠(yuǎn) ,當(dāng)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3 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(biāo)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(yīng)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(guān) [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(shè)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(jìn)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(yīng)市場需要，因而我們設(shè)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(xì)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 （或 47華氏度），而且只需5 伏電壓 —— 只要有 USB接口（ 接口）即可。不需要任何驅(qū)動程序，隨意插入USB 接口即可！該設(shè)計包含的技術(shù)有：數(shù)字和模擬技術(shù)、單片機控制技術(shù)、 USB 供電系統(tǒng)、電路設(shè)計與電路仿真 技術(shù)等 [4]。 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 20～ 500 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。 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。 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。 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(xì)管、和蒸發(fā)器組成，制冷系統(tǒng)4 利用制冷劑的循環(huán)進(jìn)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(dá)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(jìn)行制冷循環(huán)。當(dāng)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(fù)式運動?；钊跉飧字兴鞯耐鶑?fù)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 1 1 2 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(shè)備。冷凝器的作用是將壓縮機排出的高溫、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(xì)管 毛細(xì)管有兩個作用： ，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。 。如果毛細(xì)管阻力大，制冷劑流量小，制冷量少，蒸發(fā)溫度低；如果毛細(xì)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(xì)而長的紫銅管。內(nèi)徑一般為 ～ 1mm，長度為 2～ 4m不等。銅管的導(dǎo)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(xì)管降壓后的制冷劑氣液混合體（氣液比例約為 1： 9）進(jìn)入蒸發(fā)器，在低壓下蒸發(fā)由液體變成氣體，5 經(jīng)蒸發(fā)器吸收箱內(nèi)的熱量，達(dá)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 Φ16 左右，長 100150mm，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(xì)管之間，用以吸附制冷系統(tǒng)中的水分，以防止發(fā)生冰堵，同時還起到過濾作用，防止雜質(zhì)、碎物等進(jìn)入毛細(xì)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：R1混合工質(zhì)（ R152a/R22）、 R134a、 R600a 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 ① 溫控器 ② 過載保護(hù)繼電器 （ 2） 電腦溫控冰箱電氣系統(tǒng) ① 雙溫雙控冰箱控制原理 ② 四點感溫電腦控制冰箱 （ 1） 對上置冷凍室，冷凍室擱架為鋼絲擱架，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。 （ 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。 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。 壓縮式電冰箱 6 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 91～ 95％的電冰箱屬于這一類。 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－氫混合溶液在連續(xù)吸收－擴散過程中達(dá)到制冷的目的。其缺點是效率低，降溫慢，現(xiàn)已逐漸被淘汰。 半導(dǎo)體電冰箱 它是利用對 PN 型半導(dǎo)體，通以直流電，在結(jié)點上產(chǎn)生珀爾帖效應(yīng)的原理來實現(xiàn)制冷的電冰箱。 化學(xué)冰箱 它是利用某些化學(xué)物質(zhì)溶解于水時強烈吸熱而獲得制冷效果的冰箱。 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。 太陽能 電冰箱 它是利用太陽能作為制冷能源的電冰箱。 絕熱去磁制冷電冰箱。 輻射制冷電冰箱。 固體制冷電冰箱。 家用冰箱內(nèi)部電路的原理圖 如 圖 1 所示， 我們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(dá)到制冷的目的。 7 化 霜 溫 控 加 熱 器電 源 插 頭啟 動 電 容啟 動 繼 電 器過 載 繼 電 器壓 縮 機 電 機門 開 關(guān)燈化 霜 溫 控 器 溫 控 器S P 加 熱 器P L 加 熱 器溫 度 熔 絲化 霜 加 熱器 圖 1 冰箱內(nèi)部電路原理 圖 基于 USB 接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)簡介 USB 設(shè)備的接入 USB接口中的＋ 5V電源不但可以為外接設(shè)置提供小電流供應(yīng)，并且還起著檢測功能。當(dāng)USB設(shè)置插入 USB接口后，主機的＋ 5V電源就會通過 USB邊線與 USB設(shè)備相通。 USB外設(shè)的控制芯片會通過兩只 10K的電阻來檢查 USB設(shè)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(shè)已經(jīng)正常確連入 USB接口，這時外設(shè)的控制芯片開始工作，并通過 DATA＋， 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。 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(fù)雜的電路系統(tǒng)， 它 是根據(jù)熱電制冷原理(Peltier Effect) ，運用先進(jìn)的半導(dǎo)體制冷技術(shù)，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(xué)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： 8 門 水 。 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(guān)，兩個擋，一個是加熱開關(guān)，另一個是致冷開關(guān)。 使用制冷時 ,5分鐘內(nèi)溫度降至最低 度 ； 使用加熱時 ,5分鐘內(nèi)溫度加到最高 60 度 。不需要電池，在內(nèi)部電路，最主要就是靠半導(dǎo)體來達(dá)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(yīng)該遠(yuǎn)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(fēng)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(shù)改進(jìn) 基于 USB 接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)工作機理 USB 電源供電系統(tǒng)工作機理 電源的概述 電源 [power supply] 向電子設(shè)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(xué)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(fù)電荷 ,由正負(fù)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(dǎo)體里本來就有 ,要產(chǎn)生電流只需要加上電壓即可 ,當(dāng)電池兩極接上導(dǎo)體時為了產(chǎn)生電流而把正負(fù)電荷釋放出去 ,當(dāng)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9 裝置叫做整流電源。能提供信 號的電子設(shè)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