課程設計日光燈調光

1、課程 設計題 目 日光燈亮度調節(jié)電路設計 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 1102 姓 名 日 期 2015年3月17日 一、設計題目分析 亮度可調節(jié)臺燈作為一種成熟的產品已經走進千家萬戶以及各個寢室之中，使用者可以根據需求自主選擇當前臺燈亮度，起到保護視力，節(jié)約能源的目的。但是對于目前仍然應用廣泛的日光燈在亮度可調方面確還很少見。對一些照明時間較長、照明設備較多的場所(如學校教室、商場等)，其照明系統(tǒng)的使用浪費現(xiàn)象屢見不鮮。由于缺乏科學管理和管理人員的責任心不強，有時在借助外界環(huán)境能正常工作和夜晚室內空無一人時，整個房間內也是燈火通明。這樣下來，無形中所浪費的電能是非常驚人的。如果可以借

2、鑒臺燈的模式，當客人臨門，歡度節(jié)日，教室上課等時間，可以認為提高照明亮度；而當我們在休息，看電視，照料嬰兒，教室人少的時候，則適當調低日光燈的照明亮度，使之能滿足正常的照明功能即可。基于此種需求，我發(fā)現(xiàn)可采用晶閘管相控調光的方法對日光燈的亮度進行調節(jié)。晶閘管相控調光是采用相位控制的方法來改變晶閘管導通時間實現(xiàn)調光。對普通反向阻斷型的可控硅，其閘流特性表現(xiàn)為當可控硅加上正向陽極電壓的同時，又加上適當?shù)恼蜷T極控制電壓時，晶閘管就導通，這一導通即使在撤去門極控制電壓后仍將維持，一直到加上反向陽極電壓或晶閘管陽極電流小于晶閘管自身的維持電流后才會關斷。晶閘管相控調光對照明系統(tǒng)的電壓調節(jié)速度快，調光明

3、顯且精度高。由于調光電路主要是電力電子元件組成，相對來說體積小、設備質量輕、性價比高。調壓電路由單向晶閘管、三極管及阻容移相電路組成。通過調節(jié)電位器RP，即可改變晶閘管的導通角，使加到日光燈管兩端的工頻交流電壓發(fā)生改變，從而達到改變日光燈發(fā)光亮度的調光目的。因此，我們采用單向晶閘管配合三極管組成的觸發(fā)電路來進行燈光亮度調節(jié)。二、選擇方案如圖1所示是一個適合日光燈使用的單向晶閘管調光燈電路，即用普通三極管觸發(fā)的單向晶閘管調光燈電路，VT2、VT3組成互補型放大器以構成晶閘管VT1的觸發(fā)電路。 220V交流電通過燈泡E經VD1VD4橋式整流，輸出全波脈動電壓，此電壓經R1、R5、RP向電容C充電，

4、使VT3發(fā)射極電位不斷升高。當高于其基極電壓時，VT3、VT2即導通，晶閘管VT1門極即獲得觸發(fā)脈沖，VT1導通。此時，電容C通過VT3、VT2及R3放電，正電源又重新通過R1、R5與RP向其充電。所以，通過調節(jié)電位器RP的阻值可以改變VT2發(fā)射極輸出脈沖時間的前移或滯后，即改變晶閘管VT1的導通角，亦即可調節(jié)燈E的亮度。圖1日光燈調光電路原理圖三、電路設計3.1單相橋式整流電路與原理圖單相橋式整流電路是有四個二極管和耗電器件組成。二極管具有單相導電性是不可控器件。四只整流二極管D1D4接成電橋的形式，所以稱橋式整流電路之稱。單相橋式整流電路工作原理：如圖2將電源電壓轉換成電路所需要的電壓，提

5、供給耗電元件。當電源電壓為正半周期時，電流由二極管D1再過R再經過D3回到負端。D2、D4反向截止，對于R的兩邊上邊為正下邊為副的電壓。當電源電壓為負半周期時，電流由二極管D2再過R再經過D4回到正端。D1、D3反向截止，對于R的兩邊上邊為正下邊為負的電壓。由上邊分析可得：單相橋式電路巧妙地利用二極管的單相導電性，無論電源兩端的極性如何，正極性端與電阻R的上端相連，負極性端與電阻R的下端相連。圖2單向整流橋電路設計原理圖如下：3.2仿真波形3.2.1燈E兩端某電壓值及波形：圖3燈E兩端電壓波形3.2.2晶閘管陽極電壓波形圖4晶閘管陽極電壓波形3.3基本器件介紹3.3.1晶閘管晶閘管是晶體閘流管

6、的簡稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅；1957年美國通用電器公司開發(fā)出世界上第一款晶閘管產品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導體結構，它有三個極：陽極，陰極和門極； 晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。晶閘管工作條件為：加正向電壓且門極有觸發(fā)電流；其派生器件有：快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開關型半導體器件，在電路中用文字符號為“V”、“VT”表示（舊標準中用字母“SCR”表示）。晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰

7、極K與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。 晶閘管的工作條件： （1）晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于關斷狀態(tài)。 （2）晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導通。 （3）晶閘管在導通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導通，即晶閘管導通后，門極失去作用。 （4）晶閘管在導通情況下，當主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，晶閘管關斷。 （a）電氣圖形符號 (b)外形圖6 晶閘管電氣圖形符號及晶閘管外形3.3.2三極管三極管的基本結構是兩個反向連的PN

8、結面，有PNP和NPN 兩種組合。本設計中9012為PNP,9013為NPN，如圖所示。三個接出來的端點依序稱為發(fā)射極（emitter, E）、基極（base, B）和集電極（collector, C），名稱來源和它們在三極管操作時的功能有關。圖中也顯示出PNP和NPN三極管的電路符號，發(fā)射極特別被標出，箭號所指的極為N型半導體，和二極體的符號一致。在沒接外加偏壓時，兩個PN結面都會形成耗盡區(qū)，將中性的P型區(qū)和N型區(qū)隔開。三極管的電特性和兩個PN結面的偏壓有關，工作區(qū)間也依偏壓方式來分類，這里我們討論最常用的所謂”正向活性區(qū)”(forward active)，在此區(qū)E，B極間的PN結維持在正向偏壓，而B，C極間的PN結面則在反向偏壓，通常用作放大器的三極管都以此方式偏壓。圖7三極管90124、 總結 這個設計的靈感來自桌子上每天都會用到的臺燈，可以手動調節(jié)亮度的設計很有用，所以想把這個功能加到同樣每天都會使用的日光燈上，但是實際上卻沒那么簡單。臺燈是利用了可變電阻改變了電流從而起到改變亮度的功能。但是想改變日光燈管的亮度就沒那么