太阳能楼道感应照明系统研究

江 西 理 工 大 学 南 昌 校 区 毕 业 设 计（论文） 题 目： 太阳能楼道感应照明系统研究 系 ： 专 业： 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 职称： 讲 师 目 录 第一章 引言 1 1.1 课题的背景与目的 . 1 1.2 太阳能楼道感应照明系统简述 . 错误 !未定义书签。 第二章 照明系统总体设计 . 3 2.1 照明系统的构成 . 3 2.2 太阳能楼道感应 照明系统电路 . 3 第三章 太阳能楼道感应开关的组成 . 5 3.1 传感器 . 5 3.1.1 太阳能 传感器 . 5 3.2集成控制电路 . 8 3.2.1 概述 . 8 3.2.2 运算放大器 . 9 3.2.3 振荡器 . 10 3.2.4 电压比较器 . 11 3.3 可控硅 . 错误 !未定义书签。 3.3.1 单向可控硅简介 . 14 3.3.2 双向可控硅 . 15 第四章 电路制作 . 16 4.1 整体电路制作问题 . 16 4.1.1 元件的散热问题 . 16 4.1.2 电子电路的静电保护 . 16 结 论 . 18 参考文献 . 20 江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 1 第一章 引言 1.1 课题的背景与目的 目前，国内的楼宇楼道照明都是采用传统的 220V 的白炽灯 或节能灯，每层楼道装上手控或声控等控制开关，加上时间控制器。论文参考网。这种楼道照明系统使用已经几十年了，现在还在被广泛采用。但这种楼道照明系统存在着其与生俱来的缺点：1、电费分摊难，一个楼道有好多住户，楼道灯的电源接在哪一户都不合理。 2、白炽灯或节能灯使用寿命短，尤其是楼道灯需要经常启闭的情况下，灯的使用寿命更短。3、损坏了没人修，因为是公共使用，修理的责任不明确；这样，有些楼道灯随着时间的延长，损坏了没人修，成了盲道，没有起到楼道灯的作用，给住户带来很大的不便。 节能与环 保已经成为当代产品开发的首要考虑因 素 。由于我国在新能源研发方面处于落后局面，目前市场上的普通船型开关 、 拉线开关 占据着灯具开关市场 的主要位置 。然而由于许多不可控因素的出现 及人们日常习惯所限，造成了大量的电能的浪费。这种现象在我们的生活中随处可见。空无一人的教室十多盏日关灯依然亮着，非常安静的楼道内灯火通明，卫生间无人使用却不熄灭灯光全国每年因此而损耗的电能可以以亿度计量，同时因灯具使用时间的过长，也缩短了灯具的使用寿命，频繁的更换灯具也造成了人力，财力的大量浪费。所以通过这种直接和间接的损耗，每年电能的损失就达数亿元。近十年以来，我国建筑 体系的不断发展，也对照明系统提出了更高的要求。 随着大量采用电子技术的家用电器面市 , 住宅电子化出现 。近几年楼宇智能化（ 智能家居是以家为平台，兼备建筑、网络通讯、信息家电、网络家电、自动化和智能化，集系统、结构、服务、管理、控制于一体的高效、舒适、安全、便利、节能、健康、环保的家居环境。 ）又飞速发展起来，其中实现自动照明系统可以减少电能浪费成为实现现代化住宅的重要一笔。本课题从实际出发，准备对红外线楼道自动照明系统进行探索 ， 随着现代化的发展 ,工业 ,农业 ,商业 ,教育等等行业的用电量都大幅度增加 ,在这种情况下电能 的浪费成为人们普遍关注的问题 . 由此观之，如何有效的减少 照明用电的浪费和更好的管理照明系统已成为一个不可忽视问题。 江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 2 1.2 太阳能楼道照明感应系统的简介 太阳能楼道感应 照明系统是由太阳能电池板供电。整栋住宅楼道照明采用整体布局、安装集中供电方式。白天屋顶太阳能电池把光能转换为电能，储入大容量可充放的免维护的蓄电池。通过光的亮度和声音震动开关控制着楼道照明灯的开关。晚上光线亮度不足时，声、光感应系统自动开启，有声音时启动亮灯装置，当在设定的时间过后，自动关闭装置。江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 3 第二章 明系 照 统总体设 计 2.1 照明系统的构成 传 统照明控 制系统是以照明配电箱通过手动开关来控制照明灯具的通断，或通过回路中串入接触器，实现远距离控制。 传统的照明电路只是为灯提供一定的电压使其发光 ,这种灯只是人为控制 ,具有很大弊端 ,特别是在一些集体工作地 ,比如说 ,工厂 ,公司 ,学校等 .而今出现的建筑物自控 (BA)系统，是以电气触点来实现区域控制、定时通断、中央监控等功能。 本课题研究的 太阳能楼道感应 照明系统是由太阳能电池板供电。整栋住宅楼道照明采用整体布局、安装集中供电方式。白天屋顶太阳能电池把光能转换为电能，储入大容量可充放 的免维护的蓄电池。通过光的亮度和声音震动开关控制着楼道照明灯的开关。晚上 光线亮度不足时，声、光感应系统自动开启，有声音时启动亮灯装置，当在设定的时间过后，自动关闭装置。 太阳能楼宇楼道照明系统，不仅可应用在普通的住宅，也可应用在学校、机关、工厂、商厦等所有的楼道照明上；它不仅仅能解决传统楼宇照明系统中存在的普遍问题，使所有楼道灯真正起到楼道照明的作用，还能节约大量的人力、物力；尤其是提倡低碳经济的现在，它还是真正意义上的节能环保、安全可靠的照明系统；一旦市电系统出现故障，它也能保证楼道照明的正常。这种照明系 统如果在全国推广，它的经济价值是无法估量的，它的社会价值是不可低估的。 2.2 太阳能楼道感应 照明系统电路 太阳能电池板将光能转换成电能 供给蓄电池进行存储，并控制太阳能电池向蓄电池的过充电，达到保护的目的。在灯具照明时向其提供低压的直流电力，为了避免灯具的过度用电，控制电路又能实施对蓄电池的欠匿保护，以防止蓄电池的过放电，以延长蓄电池的使用寿命。声、光控制并延时照明的开关电路 。 电路在白天由光电传感器控制灯不工作，当夜晚来临时才启动电路，由声音控制灯的开启并延时一段时间后关闭。电源控制电路由双电压比较放大器 LM393 组成上限电压和下限电压双迟滞电压比较器，上限电压。比较器是由 A1、 R1、 R2、 R6 和 c1 组成蓄电池的高电压检测和比较，经三极管 VT1、 VT3，电阻 R8、 R10 和继电器； Kl来控制太阳能电池对蓄电池的电源；输入，以实现蓄电池过充电的保护；下限电压比较器是由 A2、 R3、 R4、 R7和：C2 组成蓄电池的低电压检测和比较，再由三极管 VT2、 VT4 和电阻 R9、 R1 1 与继电器K2 来控制蓄电池对照明负载；的电源输出，也使其达到蓄电池过放电 i 保护的目的。为了使电压比对电路能够 i 有一个基准的比较电压，由三端稳压电： 路 7809 提供稳定的电源电压，并由电阻 R5 和稳压管 VD2 在两个比较放大器的反相输入端提供基准江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 4 电压，使上、下限的电压值与之比较，而反馈电阻 R6 和 R7 适当的调整就可以改变电压振荡的条件，并限制其比较振荡器的振荡。为了达到上、下限电压调整的目的，调整；电阻 R2 的值可设定蓄电池的充电电压值，而调整电阻 R4的值可设定蓄电池的放电电压值，本文所设置的蓄电池的：充电终止电压值为 15 2V 左右，放电的终止电压值为 J0 8v 左右。 外围电路元件说明： PIR 感应信号经 滤波进入芯片 内部 进行 放 大，与基准电压比较 ,如果判断有触发 ，运放输出高电平。这时候计时检测电路开始计时，计满一定内部时钟周期，跳变为高（可避免误触发）。 ，运算放大器 OP1 将 声音震动 输出信号作第一级放大，然后由 C3耦合给运算放大器 OP2 进行第二级放大，再经由电压比较器 COP1 和 COP2 构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号 Vs 去启动延迟时间定时器 。 根据不同高度、大小的楼道需要的照明灯数量不一样，为此根据数据的分析有以下关系。以南京的“昌升”太阳能为例 列出配置表 江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 5 第三章 太阳能楼道 感应开关 的组成 3.1 传感器 传感器是将感受的物理量、化学量 等信息，按一定规律转换成便于测量 和传输的电 信号的装置。电信号易于传 输和处理，所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信号输出的 。 3.1.1 太阳能 传感器 低温薄膜硅太阳能传感器 1、结构和制备方法 低温薄膜硅太阳能传感器的整个制备过程是在 550 C 的温度下进行。首先在玻璃基片上形成背反射器，然后用等离子体化学蒸镀法在其上依次淀积一层 n 型硅膜和一层本征（ i）多晶硅膜，后者的作用类似于激活层。然后，通过淀积 p 型硅膜形成PN 结，透明电极是淀积的 ITO，在传感器的顶端形成 Ag栅电极。应当指出 “ 本征（ i） ”的含意是 i层 Si不含任何杂质，也是用等离子体化学蒸镀法淀积的，而且 i层也是 n型的，多晶硅 i 层的杂质为氧。用二次离子质谱仪研究 4 m 厚多晶硅中磷原子的深度分布，约为 2 1015/cm3，以上述方法制造的太阳能传感器的结构，称为具有背反射器增强吸收型自然表面纹理结构。 2、多晶硅太阳能传感器的特性 （ 1）特征参数 具有上述结构的多晶硅太阳能传感器的重要性质之一，是其自然表面纹理结构，实验测得的表面粗度级约为 0.12 m。用 X 射线衍射法测量的多晶硅结构是柱状的，最优取向为（ 110）。有关实验结果表明，对于 2.0 m 厚的传感器，当光窗为 10.10.5% 时，固有效率为 10.7 0.5%，开路电压 Voc=0.539 0.005V，短路电流密度Jsc=25.8 0.5mA/cm2。当元件厚度为 1.2 m时，对于具有较大填充因子的多晶硅元件， Voc 可获得最大值为 0.549V。 （ 2）对长波长光的收集 多晶硅太阳能传感器设计中的一个关键问题是，如何增加对光的吸收率来获得最大的能量转换效率，使元件即使只有几微米也能获得足够大的短路电流密度。实验表明，使元件表面纹理最佳化及增加元件厚度可以有效地提高量子效率，并使长波 长光也获得较大的量子效率。图 1 是元件厚度为 2.1 m 时的量子效率曲线。由图 1 中的曲线所计算的元件短路电流密度分别为：光滑表面 Jsc=18.5mA/cm2，粗糙表面Jsc=22.1mA/cm2，表面纹理最佳化 Jsc=17.2 mA/cm2。由图看出，背反射器表面纹理最佳化后的元件没有界面效应，且 800nm 波长的光的量子效率大于 60%。 江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 6 （ 3）温度依赖性 对于地面应用的太阳能传感器，温度系数非常重要。元件温度是将热电偶直接固定在元件上测量的。 在 I-V曲线扫描过程中 ,环境温度的变化基本保持不变 (10cm2）的多晶硅层淀积：有实验表明，用等离子体化学蒸镀技术可在 300 400mm2 的面积上淀积，其淀积层的均匀性很好，厚度偏差约为 5%。 3 如何进行单片相互串联：对于 50 50mm2 的元件面积， 10个单片相互串联的a-Si/多晶硅模块的效率为 11.3%， Voc 为 13.5V，短路电流为 30.4mA，填充因子为68.8%。 （ 6） a-Si/多晶硅混合型太阳能传感器的应用 利用多晶硅太阳能传感器 Jsc 较大的优点，可制作 a-Si/多晶硅混合型元件。对于这种传感器应当注意的是效率的稳定化问题，因为 a-Si 存在着光子损伤问题，而多晶硅是稳定的。对于 a-Si/多晶硅 /多 晶硅三重结构， a-Si 层较薄可减少光子损伤。这种三重结构的太阳能传感器的光威化效率在 600 小时内为 12%，低电阻率硅太阳能传感器 高压金属 -绝缘体 -N-P 太阳能传感器是一种低电阻率硅太阳能传感器，它在技术上是一次突破。由于这种元件发射的表面复合速度可以控制，使暗饱和电流的发射分量 Ioe 显著减少，电压可高达 700mV。表 1给出了不同结构的高压、低电阻率硅太阳能传感器元件的暗饱和电流分量的值。饱和电流的基区分量 Iob 差异较大的原因是元件基区少子迁移率高低不同造成的。 目前，少子迁移率的主要测量技术是交流移相 技术。调制激光束的调制频率范围江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 7 为 0.13.5MHz，用于元件后表面欧姆接触层内产生载流子，实验用太阳能传感器是用0.1 cm 的材料制造的。 扩散长度可用贯穿辐射（ X 射线）技术测量，其变化对扩散率（或迁移率）的影响较小。例如当元件扩散长度由 250 m 变为 125 m 时，迁移率仅改变 2%。 扩散率与基区宽度的关系曲线见图 5。可以看出 D 随位置变化而变化，接近 PN结时 D 增加较快，这种变化是由于扩散点阵应力引起的，这种应力效应可穿越 PN 结传递到基区。因为 Si 是一种压阻材料，它对机械应力的响应表现为扩散率的变化，因此可得出这样的结论：起源于发射区的扩散感应应力引起靠近 PN 结的基区中的少子扩散率的局域扰动。 这些数据有利于制备具有最佳基区的低电阻率硅太阳能传感器。利用低温低掺杂浓度扩散过程，可以避免发射区的扩散感应应力，获得高压低电阻率太阳能传感器。 1、结构和制备方法 多晶硅薄膜是以 SiF4 和 H2作为混合气体源，利用电容耦合并联电极反应器，通过极高频（ 100MHz）化学蒸镀生产的。为了增加多晶硅的生产率，可将少量的 SiH4加入到混合气体中，反应器压力和高频功率密度分别为 200mTorr 和 0.5W/cm2，电极间距离约为 2cm。 n/i/Pt 肖特基二极管在制备过程中，其 n层和 i层淀积气流比 SiF4/H2/SiH4 是相同的（即 30/90/1.0sccm），生长率为 0.15nm/s，与生长温度无关。在 300 C温度下将掺 Pt 的 n 层淀积在掺 Ga 的 ZnO 或涂有 NiCr 的耐热玻璃基片上。 i 层的生长温度范围是 100300 C，半透明 Pt顶部电极用电子束蒸镀法淀积在 i层表面。 利用 X射线衍射、扫描电子显微镜和二次离子质谱仪对元件结构和淀积薄膜进行研究，用 Raman 光谱分析法确定晶体体积百分比。输运性质是由测量的电流 -电压 特性曲线计算的，光生电压特性是在功率密度为 100mW/cm2 的白光照射下由 IV 特性曲线确定的。实验测量了太阳能传感器的光谱响应。开路电压 Voc 的无规误差为 3%，短路电流 Jsc 的随机误差为 3%，填充因子 FF误差为 5%，这些误差对应于能量转换效率的误差为 11%。 扫描电子束显微镜的扫描图像包括淀积膜颗粒大小随生长温度的变化。当 i层生长温度为 100C时观察到颗粒大小约为 60nm；而当 i 层的生长温度为 200C时，颗粒大小约为 200nm。当 i 层的生长温度大于 280 C 时观察到（ 220）取向颗粒的三角形表面特征 。 当 i 层的生长温度 150C 时，暗 I-V 反向饱和电流约为 10-6A/cm2。当 i 层的生长温度为 100C 时，反向饱和电流和结晶体增加一个量级，这是由 i 层中较大的缺陷密度引起的。 Voc 随 i层生长温度的增加而增加；基片温度范围为 100250C时，用等效电路分析法确定的 i 层串联电阻 RS 随 i 层生长温度的增加而减小，当温度为 250C 时，RS=1.1 /cm2，而当温度高于 250C 时， RS有随温度的增加而增加的趋势。在所有的江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 8 温度下， FF 都大于 45%，但当温度高于 250C时， FF 有随温度增加而减小的趋势 。 n/i/P 太阳能传感器与 n/i/Pt 太阳能传感器区别在于基片的纹理结构不同，最佳化的 n/i/P 太阳能传感器的基片是具有纹理结构的 ZnO/Ag/SUS 基片，更加有助于光的吸收，其 n 层和 i层与 n/i/Pt 的相同， P 层是在空气中淀积的。表 4 给出了 n/i/P太阳能传感器的相关特性 1、结构和制备方法 栅型硅太阳能传感器前表面由细栅覆盖，如果栅线间距小于基区材料的一个少子迁移率，栅线间产生的大多数载流子的存在时间足以被收集。特别地，如果栅线间基片表面的表面复合速度较低，光谱响应将优于传统的扩散结构。栅型传感器 最重要的设计参数是栅线宽、栅线间隔以及栅线间表面的载流子复合速度。 栅型硅太阳能传感器的制造采用离子注入技术，元件的光生电压效率随 PN 结的深度而增加，硼离子注入系统的结深极限值为 0.8 m。 2、结深效应 结深为 0.3 m到 0.5 m 时，硅栅型太阳能传感器的表面层和基区的吸收效率。可以看出，基区对光的吸收是产生光电压的主要因素。表面层对短波长光的吸收随结深的减少而增加，类似于浅结硅太阳能传感器，而基区则正相反。因为短波长光子产生的载流子接近于表面，当结深增加时吸收面积增大，导致对光生载流子较高的吸收率 ；而对于长波长光子，光生载流子位于样品的深处，所以结越深，吸收率越高。然而同时，当结深增加时，通过表面层穿透到基区的光子数相应也减少了。这两种相对应的效应使得传感器对长波光子的吸收率随结深增加先增加到峰值，然后再减少。 对于给定的光谱输入，光谱响应可用来计算短路电流 对于给定的传感器结构， JSC 随结深的增加而增加，结深为 8 m 时的峰值为52mA/cm2，理论极限值约为 54mA/cm2。 3、结深效应的数值分析法 3.2 集成控制电路 3.2.1 概述 虽然被动式热释电红外探头有些缺点，但是利用特殊信 号处理方法后，仍然使它在某些领域具有广阔的应用前景。因此，有很多生产商根据 PIR 传感器的特性设计了专用信号处理器，比如 HOLTEK HT761X、 PTI PT8A26XXP、 WELTREND WT8072,BISS0001。图 3.2.1 阴影部分是 PIR 信号处理部分，有两个运算放大器、一个窗口比较器、一个稳压器、一个系统振荡器和一个逻辑控制器。其它是依赖处理结果的控制部分，这里重点介绍 PIR 信号处理部分，控制部分就简单略过。 由于 PIR 信号变化缓慢、幅值小，针对该特点，专用信号处理器一般分为三步处江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 9 理，具 体处理步骤如下： a） 滤波放大 普通 PIR 传感器输出信号幅值一般都很小，大约几百微伏到几毫伏，为了后续电路能作有效的处理，考虑到传感器的信噪比，通常取增益 72.5dB，通带 0.3Hz7Hz。同时，由于是处理模拟小信号，所以为了保证放大器的工作稳定可靠，电路中特别集成了一个稳压器用于给传感器、放大器和比较器供电。 b） 窗口比较器 经过放大后的信号通过窗口比较器后检出满足幅值要求的信号后，再转换成一系列数字脉冲信号。 c） 噪声抑制数字信号处理 根据对人体运动特点以及传感器的特性的长期研究，用固定时间内 计脉冲个数和测脉冲宽度的方法来甄别有效的人体信号，这里由系统振荡器提供时钟源（ 16kHz）。 3.2.2 运算放大器 集成运算放大器（简称运放）是一种高电压放大倍数的直接耦合放大器。它工作在放大区时，输入和输出呈线性关系，所以它又被称为线性集成电路 集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路 3.2.2.1 集成运放的性能指标 1） 开环差模电压放大倍数 Aod 它是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。 2） 最大输出电压 Uop-p 它是指一定电压下，集成运放的 最大不失真输出电压的峰 -峰值。 3） 差模输入电阻 rid 它的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号源索取电流的大小。要求它愈大愈好。 4） 输出电阻 rO 它的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。 5） 共模抑制比 CMRR 它放映了集成运放对共模输入信号的抑制能力，其定义同差动放大电路。 CMRR 越大越好 3.2.2.2 集成运放的组成 它有四部分组成： 1） 偏置电路 :偏置电路是提供各级静态工作电流的 ; 2） 输入级： 其作用是提供与输出端成同相关系和反相关系的两个输入端 ,为了抑制零漂，采用差动放大电路 江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 10 3） 中间级： 其作用是提供较高的电压放大倍数 ;为了提高放大倍数，一般采用有源负载的共射放大电路。 4） 输出级： 其作用是提供一定的电压变化和电流变化 ;为了提高电路驱动负载的能力，一般采用互补对称输出级电路 3.2.3 振荡器 振荡电路在测量 ,自动控制 ,通信 ,无线电广播和遥控等许多领域中有着广泛的应用 ,甚至在收音机 电视机 和电子表等日常生活用品中也离不开它 .振荡电路包括正弦波振荡电路和非正弦波振荡电路 ,它们不需要输入信号便能产生各种周期性的波形 ,如 :正弦波 ,方波 ,三角波和锯齿波等 .因为本课题涉及到系统时钟和定 时电路 ,所以现介绍一下非正弦波振荡电路 :矩形波振荡电路 矩形波有两种 ,一种是输出电压处于高电平时时间 TH和输出电压处于低电平的时间 TL 不相等 ,另一种是二者相等 .人们常把 TH= TL 的矩形波称为方波 .下面介绍方波发生电路 . 方波发生电路的构成 我们可选择滞回比较器作为开关，用电阻与电容相串联的 RC 电路作为具有延迟作用的反馈网络。 它的右边是滞回比较器，起开关作用；他的左边是 RC 电路，起反馈和延时作用。 滞回比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定的状态。设接通电源时刻电容两端的电压 UC=0，滞回比较器的输出电压 U0=+UZ，则集成运放同相输入端此时的电位为 U+ =R2/R2+R3（ +UZ）而 U0=+UZ 时电容充电，使集成运放反向输入端的电位 U-（它等于 UC）由零逐渐上升。在 U-低于 U+以前， U0=+UZ 不变。当 U-上升到略高于 U+时，U0 从高电平跳变为低电平，即变为 -UZ。 当 U0=-UZ 时， U+=R2/R2+R3（ -UZ），同时电容经 R1 放电，使 U-逐渐下降。在U-高于 U+以前， U0=-UZ 不变，当 U-下降到略低于 U+时， U0 从 -UZ 跳变为 +UZ，又回到初始状态。如此周而复始，产生振荡，输出方波。 振荡周期 UC 的值从 T1 时刻的 R2/R2+R3（ UZ）下降到 T2 时刻的 -R2/R2+R3（ UZ）所需要的时间就是振荡周期的一半，即而 UC的变化规律就是简单的 RC充放电规律。不难看出这里 RC 充放电的三要素是： 1）时间常数 =R1C 2）在 T1 时刻 UC 的初始值是 R2/R2+R3（ UZ） 3）若 T= ， UC的终了值是 -UZ。 根据一阶 RC电路的三要素法可得 江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 11 UC=（ -UZ-R2/R2+R3（ UZ）（ 1-e（ - t/R1C） +R2/R2+R3（ UZ） 其中 T=T-T1，且 T1 T T2。 当 T=T/2 时， UC=-R2/R2+R3（ UZ），将这些条件代如上面的式，得 -R2/R2+R3（ UZ=（ -UZ-R2/R2+R3（ UZ）（ 1-e（ - t/R1C） +R2/R2+R3（ UZ）解之可得： T=2R1Cln(1+2R2/R3) 通常将矩形波为高电平的时间与周期时间之比称为占空比。方波的占空比为 50%。如果需要产生占空比小于或大于 50%的矩形波，可以利用电容充电的时间常数与放电的时间常数不相等。利用二极管的单向导电性可以使电容充电与放电回路不同，因而可使电容充电与放电的时间常数不同。 内部振荡器外接振荡 电阻器引脚，个别需外接 RC 振荡元件，此时外接的电阻器或电容器便可作为 时间的 调整元件。也有的集成电路将振荡元件全部集成在芯片内部，不需要外接元器件，这时振荡频率就无法外调节。 3.2.4 电压比较器 电压比较器的功能：比较两个电压的大小 (用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系 )。 电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。 注：电压比较器中的集成运放通常工作在非线性区。及满足如下关系： U-U+ 时 UO=UOL U- 需要高峰值 IG。 2） 由 IG 触发到负载电流开始流动，两者之间迟后时间较长 要求 IG 维持较长时间。 3） 低得多的 dIT/dt 承受能力 若控制负载具有高 dI/dt 值（例如白炽灯的冷灯丝），门极可能发生强烈退化。 4） 高 IL 值（ 1-工况亦如此） 对于很小的负载，若在电源半周起始点导通，可能需要较长时间的 IG，才能让负 载电流达到较高的 IL。在标准的 AC 相位控制电路中，如灯具调光器和家用电器转速控制，门极和 MT2 的极性始终不变。这表明，工况总是在 1+和 3-象限，这里双向可控硅的切换参数相同。这导致对称的双向可控硅切换，门极此时最灵敏。 正的 MT2 相应正电流进入 MT2，相反也是实际 上。 上标 +和 -分别表示门极输入或输出电流。 江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 16 第四章 电路制作 4.1 整体电路制作问题 4.1.1 元件的散热问题 热阻 Rth 是限制热流自结散出的热阻。热阻和电阻是相似的概念。如同电阻公式 R=V/I，有相应的热阻公式 Rth =T/P， 这里 T 是温升，以 K（ Kelvin）为单位；P 是功率耗散，以 W 为单位；因此 Rth 的单位为 K/W。对于垂直安装在大气中的器件，热阻决定于结至环境热阻 Rth j-a 。 散热器尺寸计算 对给定的双向可控硅和负载电流，要计算需要的散热器热阻，首先要根据下列公式确定双向可控硅的功率耗散： P=Vo IT(AVE) + RS IT(RMS)2 拐点电压 Vo 和斜率电阻 RS 可从 SC03 手册的 VT 图取得。若数据没有直接列出，可通过作图取得。对最大 VT 曲线作一切线，切线和 VT 轴线的交点给出 Vo 值，切线 斜率（ VT/IT）给出 RS。应用前面的热阻公式： Rth j-a=T/P 在最高环境温度下，结温 Tj 升至最高允许结温 Tjmax，由此得出结温最大允许提升值。这提供温升 T。根据选定的安装方法，SC03 手册提供 Rth j-mb 和 Rth mb-h 数据。应用前面的热阻公式 Rth j-a= Rth j-mb + Rthmb-h+ Rth h-a ，可最后求得散热器热阻 Rth h-a 。 热阻抗 前面的热阻计算只适用于稳定状态，即过程时间大于 1 秒。这条件下，热量才有足够的时间从结传送到散热器。对持续时间短于 1 秒的电流脉冲或瞬间过程，散热器的效果大为减弱。热量只在器件内部扩散，很少传到散热器。对于这种瞬间过程，结的温升决定于结至安装基面的热阻抗 Zth j-mb 。随着电流脉冲持续时间减小， Zth j-mb 下降，因为芯片加热减少。假如持续时间增大，接近 1 秒， Zth j-mb 增大至稳定状态的热阻值 Rth j-mb。手册 SC03 提供每种器件的 Zth j-mb 曲线，适用于持续时间低至 10 s 的双向或单向的电流。 4.1.2 电子电路的静电保护 静电放电 (ESD)是大家熟知的电磁兼容问题 ,它可引起电子设备失灵或 使其损坏 .当半导体器件单独放置或装入电路模块时 ,即使没有加电 ,也可能找成这些器件的永久性损坏 .对静电放电敏感的元件被称为静电放电敏感元件 (ESDS). 如果一个元件的两个针脚或更多针脚之间的电压超过元件介质的击穿强度 ,就会对元件造成损坏 .这是 MOS 器件出现故障的最主要的原因 .氧化层越薄 ,则元件对静电放电的敏感性也越大 .故障通常表现为元件本身对电源有一定阻值的短路现象 .对双江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 17 极性元件 ,损坏一般发生在薄氧化层隔开的已进行金属喷镀的有源半导体区域 ,因此会产生泄露严重的路径 . 另一种故障是由于节点的温度超过半导体硅的 熔点 (1415 度 )时所引起的 .静电放电脉冲的能量可以产生局部地方发热 ,因此出现这种机理的故障 .即使电压低于介质的击穿电压 ,也会发生这种故障 .一个典型的例子是 ,NPN 型三极管发射极与基级间的击穿会使电流增益急剧降低 . 电荷也可以通过感应产生 ,这是带电体使其附近的另一物体上的电荷发生分离的结果。器件受到静电放电的影响后 ,也可能不立即出现功能性的损坏 .这些受到潜在损坏的元件通常被称为 ” 跛脚 ” ,一旦加以使用 ,将会对以后发生的静电放电或传导性瞬态表现出更大的敏感性。 要密切注意元件在不易察觉的放电电压下发生的损坏 ,这 一点非常重要 .人体有感觉的静电放电电压在 3000 - 5000V 之间 ,然而 ,元件发生损坏时的电压仅几百伏 .本设计中用到 IC器件所以焊接时需用防静电手套。 江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 18 结 论 现代化的生活离不开电能的使用 ,但目前电能的浪费已成为人们普遍关注的问题 ,随着电子技术和自动化水平的不断提高 ,以及各种高准确度 ,高性能传感器的应用 ,自动节能灯具成为人们理想的选择 . 太阳能楼道感应 感应灯与其他自动控制灯 (如 ,声控 ,光控等 )相比 ,具有许多显著的优点 :可以避免自然界的声音引起误操作 ,也可避免白天亮灯造成的浪费 .所以 太阳能楼道感应 自动控制灯必将成为自动照明系统的主流 . 我这次毕业设计的电路以集成电路芯片 BISS0001 为中心控制器件对检测的信号处理和放大以控制电灯的亮灭 ,又有 CDS 传感器白天抑制输出 . 本课题还涉及到许多模拟 ,数字电路和电子线路的知识 ,成为我大学几年的一次总复习 . 通过本次毕业设计，我学到了许多课本上学不到的知识，将自己学到的理论知识与实际相结合。 但由于是初次自己设计电路 ,在整个过程中也存不少问题 ,碰到问题是件麻烦的事 ,但解决问题本身又是充满乐趣的 . 江西理工大学 2011 届本 科毕业设计（论文） 19 致 谢 感谢学 校 给我们提供了一个展现自己的舞台，给我们一次难得煅炼的机会，使得我们的动手能力和专业技能都有了很大的提高。 大学四 年生活即将结束，回顾这几年历程， 老师们给了我们很多指导和帮助。他们严谨的治学，优良的作风和敬业的态度，为我们树立了为人师表的典范。在此，我对所有 教过我的 老师表示感谢，你们传授的专业知识是我不断成长