日光燈調(diào)光電路設(shè)計

摘要：電力電子技術(shù)是二十世紀后半葉誕生和發(fā)展的一門嶄新技術(shù)?？梢灶A(yù)計，在21世紀電力電子技術(shù)仍將以迅猛的速度發(fā)展。以計算機為核心的信息科學(xué)將是21世紀起主導(dǎo)作用的科學(xué)技術(shù)之一，這是毫無異議的，電力電子技術(shù)和運動控制一起，將和計算機技術(shù)共同成為未來科學(xué)技術(shù)的兩大支柱。電力電子技術(shù)是21世紀中將會起著十分重要的作用，有著十分光明的未來。本設(shè)計中，設(shè)計了一種帶整流橋的可控硅調(diào)光電路，由于可控硅相控調(diào)光具有體積小、價格合理和調(diào)光功率控制范圍寬的優(yōu)點，所以可控硅相控調(diào)光法是目前使用最為廣泛的調(diào)光方法。關(guān)鍵詞：單向晶閘管；相控；調(diào)光一、設(shè)計題目分析可控硅相控調(diào)光是采用相位控制的方法來改變晶閘管導(dǎo)通時間實現(xiàn)調(diào)光。對普通反向阻斷型的可控硅，其閘流特性表現(xiàn)為當(dāng)可控硅加上正向陽極電壓的同時，又加上適當(dāng)?shù)恼蜷T極控制電壓時，可控硅就導(dǎo)通，這一導(dǎo)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可控硅陽極電流小于可控硅自身的維持電流后才會關(guān)斷?？煽毓柘嗫卣{(diào)光對照明系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)速度快，調(diào)光明顯且精度高。由于調(diào)光電路主要是電力電子元件組成，相對來說體積小、設(shè)備質(zhì)量輕、性價比高。調(diào)壓電路由單向晶閘管、三極管及阻容移相電路組成。通過調(diào)節(jié)電位器RP，即可改變晶閘管的導(dǎo)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?nèi)展鉄舭l(fā)光亮度的調(diào)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(diào)節(jié)。二、選擇方案如圖所示是一個適合日光燈使用的單向晶閘管調(diào)光燈電路，即用普通三極管觸發(fā)的單向晶閘管調(diào)光燈電路，VT2、VT3組成互補型放大器以構(gòu)成晶閘管VT1的觸發(fā)電路。220V交流電通過燈泡E經(jīng)VD1～VD4橋式整流，輸出全波脈動電壓，此電壓經(jīng)R1、R5、RP向電容C充電，使VT3發(fā)射極電位不斷升高。當(dāng)高于其基極電壓時，VT3、VT2即導(dǎo)通，晶閘管VT1門極即獲得觸發(fā)脈沖，VT1導(dǎo)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(diào)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(dǎo)通角，亦即可調(diào)節(jié)燈E的亮度。圖1日光燈調(diào)光電路原理圖三、硬件電路設(shè)計3.1單相橋式整流電路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(dǎo)電性是不可控器件。四只整流二極管D1～D4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1將電源電壓轉(zhuǎn)換成電路所需要的電壓，提供給耗電元件。當(dāng)電源電壓為正半周期時，電流由二極管D1再過R再經(jīng)過D3回到負端。D2、D3反向截止，對于R的兩邊上邊為正下邊為副的電壓。當(dāng)電源電壓為負半周期時，電流由二極管D2再過R再經(jīng)過D4回到正端。D1、D4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(dǎo)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。3.2仿真波形3.2.1燈E兩端某電壓值及波形：圖2燈E兩端電壓波形3.2.2晶閘管陽極電壓波形圖3晶閘管陽極電壓波形3.2.3晶閘管門極電壓波形圖4晶閘管門極電壓波形3.3基本器件介紹3.3.1晶閘管晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，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(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，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(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關(guān)、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(dǎo)晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)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(guān)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(dǎo)通。（3）晶閘管在導(dǎo)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(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。（4）晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，晶閘管關(guān)斷。（a）電氣圖形符號(b)外形圖5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(jié)構(gòu)是兩個反向連的PN結(jié)面，有PNP和NPN兩種組合。本設(shè)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(guān)。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(dǎo)體，和二極體的符號一致。在沒接外加偏壓時，兩個PN結(jié)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(jié)面的偏壓有關(guān)，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)”(forwardactive)，在此區(qū)E，B極間的PN結(jié)維持在正向偏壓，而B，C極間的PN結(jié)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6三極管9012四、總結(jié)在剛開始設(shè)計時子非常困惑和迷茫，還好有老師的指導(dǎo)和鼓勵讓我有了自信，決定努力做好課程設(shè)計，遇到不會的地方積極與老師請教，老師一直都細心耐心教我如何去做，怎么樣去思維。在課程設(shè)計過程中，收獲知識，提高能力的同時，我也學(xué)到了很多人生的哲理，懂得怎么樣去制定計劃，怎么樣去實現(xiàn)這個計劃，并掌握了在執(zhí)行過程中怎么樣去克服心理上的不良情緒。因此在以后的生活和學(xué)習(xí)的過程中，我一定會把課程設(shè)計的精神帶到生活中，不畏艱難，勇往直前！完課程設(shè)計后,我們發(fā)現(xiàn)我們還有許多不足,所學(xué)到的知識還遠遠不夠,以至于還有一些功能不能被完成。但通過這次實踐,增強了我們的動手能力,提高和鞏固了各方面的知識，從中增強了我們的團隊合作精神,并讓我們認識到把理論應(yīng)用到實踐中去是多么重要。