500-1500W软开关型舞台调光灯交流调压系统毕业设计.doc

2014届毕业设计任务书一、课题名称：500-1500W软开关型舞台调光灯交流调压系统二、指导老师: 三、设计内容与要求1、课题概述毕业设计是实践教学的重要组成部分之一，是大学生在校理论学习过渡到即将走向社会从事本专业工作不可缺少的一个重要环节。通过设计可以培养学生综合运用所学理论知识和生产实践的知识去分析问题、解决实际问题的能力，熟悉工程设计的一般步骤和方法。目前，我国文化演艺行业得到了巨大的发展，文化演艺行业离不开大功率舞台调光灯，舞台灯光系统中大量使用了5001500W卤素灯及弧光灯作为舞台背景光源，根据舞台布景不同，需要利用交流调压器选择舞台灯光的照度，以达到提高舞台演艺氛围、延长大型舞台照明灯具寿命的目的。目前虽然国产的舞台调光灯控制系统能够满足大功率调光灯调光的要求，但其可靠性一直不高，且几乎所有舞台调光系统的控制方式为晶闸管前角切波方式交流调压，这种调压方式最大的缺陷在于其功率因数随着移相角的增大而变得很低，多个舞台灯同时使用时，线路损耗会急剧增加，导致舞台灯供电线路过热甚至烧毁，而软开关型调光灯交流调压系统可以克服前角切波型调光灯交流调压系统的主要缺点，属于后切角交流调压系统 。现利用数量尽可能少、市场上易于采购的元器件搭建出可靠性较高的软开关型大功率舞台调光灯控制系统，研究解决大功率软开关型舞台调光灯交流调压系统制作的问题。2、设计内容与要求本设计要求学生能够通过互联网、图书馆及现场咨询查询相关资料，并设计软开关型舞台灯交流调压电路，通过设计：1）掌握利用555时基电路和大功率VMOS管搭建后切角型软开关舞台灯交流调光电路，掌握如何合理选用电子元器件组建电路，了解选用的各种元器件价格。2）了解5001500W软开关型舞台灯交流调压电路的基本工作原理，并结合系统要求给出详细参数指标。3）掌握电力电子技术与模拟电子技术相结合的控制方式和掌握计算各元器件选取值。3主要性能指标及参数1）用于对5001500W软开关型舞台灯交流调压电路，手动设定舞台灯照度参数值；2）常温下调压比为1:30，温度漂移为5%/040；3）控制核心为555时基电路，可采用任意公司的555时基电路构成，主电路要求为VMOS管软开关型单相交流调压电路。4）元器件数量不得多于50个。6）外部电位器进行电压给定，电位器使用单圈电位器，并带有照度刻度指示。四、设计参考书1、教材模拟电子技术、电力电子技术2、555时基电路应用800例3、ST公司的应用笔记AN-524.pdf4、ST公司的应用笔记AN-518.pdf五、设计说明书内容1、封面2、目录3、内容摘要（200字左右，中英文）4、引言5、正文（设计课题、内容与要求，设计方案，原理分析、设计过程及特点）6、设计图纸7、结束语8、附录（图表、材料清单、参考资料）六、设计进程安排第1周： 资料准备与借阅，了解课题思路。第2-3周：设计要求说明及课题内容辅导，完成图纸初稿。第4-6周：进行毕业设计，完成说明书初稿，并搭建自己设计的硬件电路。第7-8周：第一次检查，了解设计完成情况并带模拟负载试验电路是否合理。第9周： 第二次检查设计完成情况，修改硬件电路，用示波器实测电路波形，带500W模拟负载，并作好毕业答辩准备。第10周： 毕业答辩与综合成绩评定。七、毕业设计答辩及论文要求1、毕业设计答辩要求答辩前一周，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告、硬件电路等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组咨询课题的关键问题，咨询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2毕业设计论文要求文字要求：说明书要求按指定格式打印，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字，图纸必须打印。 曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。硬件要求：硬件布线合理简洁，电路设计简洁合理，材料成本控制在要求的范围之内，性能可达到或基本达到设计提出的要求。未制作电路实物的学生不得参与答辩，不予评定毕业设计成绩。湖南铁道职业技术学院学生毕业设计摘 要随着高新技术的发展，一些大型场所所对舞台调光灯的实用性以及质量要求越来越高，尽管进步明显，但是由于国内生产厂家面大量多，生产和研发水平参差不齐尚存在多方面的问题，大部分存在着消耗过高，耐用性低的缺陷。目前，我国文化演艺行业得到了巨大的发展，文化演艺行业离不开大功率舞台调光灯，舞台灯光系统中大量使用了5001500W卤素灯及弧光灯作为舞台背景光源，根据舞台布景不同，需要利用交流调压器选择舞台灯光的照度，以达到提高舞台演艺氛围、延长大型舞台照明灯具寿命的目的。目前虽然国产的舞台调光灯控制系统能够满足大功率调光灯调光的要求，但其可靠性一直不高，且几乎所有舞台调光系统的控制方式为晶闸管前角切波方式交流调压，这种调压方式最大的缺陷在于其功率因数随着移相角的增大而变得很低，多个舞台灯同时使用时，线路损耗会急剧增加，导致舞台灯供电线路过热甚至烧毁。针对于这个问题，出现了以软开关型的舞台调光灯交流调压系统，软开关型调光灯交流调压系统相对于以前的舞台灯光系统是用软开关启动的方式来控制调压系统，在各方面上有更大的优势。软开关是电器回路中用于连通和切断负载的一种方式和装置，这种方式系指负载的切断和接通不是瞬间突然地完成，而是逐渐地由小到大完成接通过程，逐渐地由大到小完成切断过程，对于一盏灯开启时由不亮到微亮再到全亮逐渐地缓慢地完成，关闭过程则相反。软开关的引入可以避免灯光突然变化给人眼造成的刺激，特别在全黑暗的情况下更为重要。软开关型调光灯交流调压系统可以克服前角切波型调光灯交流调压系统的主要缺点，属于后切角交流调压系统 。现利用数量尽可能少、市场上易于采购的元器件搭建出可靠性较高的软开关型大功率舞台调光灯控制系统，研究解决大功率软开关型舞台调光灯交流调压系统制作的问题。关键词：软开关，舞台调光灯，交流调压系统 ，后角切波。IVAbstractAlong with the development of high and new technology, some big sites are dimming lights on the stage of practical as well as the quality requirements more and more high, although progress is apparent, but due to domestic manufacturers face a lot more, several aspects of production and research and development level is uneven, most has the high consumption, low durability of defects.At present, Chinas cultural industry obtained great development, the cultural industry is dependent on the high power stage light, stage lighting system, heavy use of 500-1500 w halogen lamp and arc lamp as the stage background light source, depending on the stage, the need to use ac voltage regulator selection stage lighting illumination, in order to improve the stage performing arts atmosphere and extend the service life of large stage lighting lamps and lanterns. At present although domestic stage dimmer lamp control system can meet the requirements of high power dimmer lamp dimming, but their reliability has been is not high, and almost all stage dimmer system control mode for the Angle of thyristor before cutting wave ac voltage regulator, this way of regulating the biggest drawback is that the power factor and with the increase of phase-shifting Angle becomes very low, multiple stage light when used at the same time, the line loss will increase sharply, leading to overheating or even burning stage lamp power supply line.For this problem, appeared to soft switch type ac voltage regulation system as the stage adjustable light, dimmer lamp ac regulating system of soft switch mode relative to the previous stage lighting system is to use soft switches on the way to control the pressure regulating system, have greater advantage in the aspect of the parties. Soft switch is used to connect and cut off the load in electrical circuit and device a way, this way refers to the load on the cut and not suddenly to complete, but gradually, from small to large complete through process, gradually, from big to small complete cutting process, by when to open a lamp not bright to dim the light gradually complete, slowly closing process, on the other hand. The introduction of soft switch can avoid light stimulation caused by sudden changes to human eyes, especially under the condition of all the darkness of the more important.Soft switch type dimming lights ac voltage regulation system can overcome the anterior horn cut wave type dimming lights the main drawback of ac voltage regulation system, belong to the cutting Angle of ac voltage regulation system. Now use the number as low as possible, build high reliability, easy to purchase the components on the market of soft switch mode power stage dimmer lamp control system, on the high power soft switching stage dimmer lamp made of ac voltage regulation system.Key words: Soft switch，Stage dimmer lamp，Ac voltage regulation system，Posterior horn of the wave.目 录摘 要IAbstractIII第1章 概序11.1 课题研究的背景11.2 软开关技术的介绍1第二章 电路的设计42.1交流调压系统的工作原理：42.2主要性能指标及参数82.3主电路的分析92.4控制电路的分析11第三章电路的原理分析143.1 555定时器原理143.2 单稳态电路波形的产生153.3晶闸管的过电压保护183.4 晶闸管的过电流保护193.5 全桥整流电路193.6 RC微分电路23第四章 调光电路的数据分析264.1 焊接的注意事项264.2 实验及数据分析284.2.1各点波形测量及分析28总 结32致 谢33参考文献34附录一 电路图35附录二36附录三材料表38附录四元件对比分析39湖南铁道职业技术学院学生毕业设计第1章 概序1.1 课题研究的背景用一个自耦调压器串接在交流回路中，通过调节电刷的位置来改变供给白炽灯的电压幅值，从而改变灯光亮度。虽然自耦调压器体大笨重，还有工频噪音，但由于系统效率较高，增减负载也不影响调光等级，在早期曾经大量用于舞台调光，现在虽然应用较少了，近几年我国文化演艺行业得到了巨大的发展，文化演艺行业离不开大功率舞台调光灯。我国舞台灯光系统中大量使用了5001500W卤素灯及弧光灯作为舞台背景光源，根据舞台布景不同，需要利用交流调压器选择舞台灯光的照度，以达到提高舞台演艺氛围、延长大型舞台照明灯具寿命的目的。但是大部分的交流调压系统的控制方都是以为晶闸管前角切波方式交流调压，这种以前脚切波的调压方式会导致供电线路电压过高而使得线路发热损坏。这种方式存在严重缺陷以及不安全因素，需要更进。目前，相对于前角切波的调压方式出现了一种更加有优势的调压方式，就是软启动型舞台调光灯交流调压系统，软启动型则是将晶闸管前切波调光灯交流调压系统改为后切波调光灯交流调压，很好的克服了前角切波的缺陷，较少线路的损耗，节能，能更好的工作这样的调压系统目前在我国及亚洲地区都是用前角切波的交流调压方式来进行调压，对于软启动型舞台调光灯交流调压系统的技术还教不成熟，在欧洲地区这样的调压方式则比较常见。现利用数量尽可能少、市场上易于采购的元器件搭建出可靠性较高的软开关型大功率舞台调光灯控制系统，研究解决大功率软开关型舞台调光灯交流调压系统制作的问题。1.2 软开关技术的介绍软开关的提出是基于电力电子装置的发展趋势，新型的电力电子设备要求小型，轻量高效和良好的电磁兼容性，而决定设备体积，质量，效率的因素通常又取决于滤波电路，电容和变压器设备的体积和质量。解决这一问题的主要途径就是提高电路的工作频率，这样可以减少滤波电感，变压器的匝数和铁心尺寸，同时较小的电容容量也可以使得电容的体积减小，但是，提高电路工作频率会引起开关损耗和电磁干扰的增加，开关的转换效率也会下降。因此，不能仅仅简单的提高开关工作频率，软开关技术就是针对以上问题二提出的，是以谐振辅助换流手段，解决电路中的开关损耗和开关噪声问题，使电路的开关工作频率提高。1、软开关的基本概念（1）硬开关与软开关硬开关的在开关转换过程中，由于电压电流均不为零，出现了电压，电流的重叠，导致开关转换损耗的产生。同时由于电压和电流的变化过快，也会使波形出现明显的过而产生开关噪声。具有这样的开关过程的开关被称为硬开关。开关转换损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降，最终阻碍开关频率的进一步提高。如果在原有硬开关的基础上增加一个很小的电感，电容等谐振原件，构成辅助网络，在开关过程后引入谐振过程，使开关开通前电压先降为零，这样就可以消除开关过程中电压电流重叠的现象，降低，甚至消除开关损耗和开关噪声，这种电路称为软开关电路。具有这样开关过程的开关称为软开关。（2）零电压开关盒零电流开关根据上述原理可以采用两种方法，即在开关管段前使其电流为零，则开关关断时就不会产生损耗和噪声，这种关断方式称为零电流关断。或在开关开通前使其电压为零，则开关开通时也不会产生损耗和噪声，这种开通方式称为零电压开通。在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电流开关和零电压开关。零电流关断或零电压开通要靠电路中的辅助谐振电路来实现，所以也称为谐振软开关。2、软开关电路简介软开关技术问世以来，经历了不断的发展和完善，前后出现了许多种软开关电路，直到目前为止，新型的软开关拓扑扔不断出现。由于存在众多的软开关电路，而且各自有不同的特点和适应场合，因此对这些电路进行分类是很必要的。格局电路中主要的开关软件是零电压开通还是零电流关断，可以将软开关电路分成零电压和零电流两大类。通常，一种软开关电路要么舒服零电压电路，要么属于零电流电路。根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。（1）准谐振电路这是最早出现的软开关电路，其中有些电路现在还在大量使用。准谐振电路可以分为：1、零电压开关准谐振电路2、零电流开关准谐振电路3、零电压开关多谐振电路4、用于逆变器的谐振直流环节电路准谐振电路中电压或电路的波形为正弦波，因此成为准谐振。谐振的引入使得电路的开关损耗和揩干的噪声大大的下降，但也带来一些负面问题，谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高，谐振电流的有效值很大，单路中存在大量的无功功率的交换，造成电路导通损耗加大，谐振周期随输出电压，负载变化而改变，因此电路只能采用脉冲频率调制（PFM）方式来控制，变频的开关频率给电路设计带来困难。（2）零开关PWM电路这类电路中引入了福州开关来控制谐振的开始时刻，使谐振进发生于开关过零前后。零开关PWM电路可以分为：1、零电压开关PWM电路2、零电流开关PWM电路同准谐振电路相比，这类电路有很多明显的优势；电压和电流基本上是方波，只是上升沿和下降沿比较缓，开关承受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式。（3）零转换PWM电路这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，因此输入电压和负载电流的谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压范围内从零负载到满载都能工作在软开关状态。而且电路中无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率有了进一步提高。零转换PWM的电路可以分为：1、零电压转换PWM电路2、零电流转换PWM电路第二章 电路的设计2.1交流调压系统的工作原理：单相交流调压电路带组感性负载时的电路以及工作波形如下图所示。之所产生的滞后是由于阻感性负载时电流滞后电压一定角度，再加上移相控制所产生的滞后，使得交流调压电路在阻感性负载时的情况比较复杂，其输出电压，电流与触发角，负载阻抗角都有关系。当两只反并联的晶闸管中的任何一个导通后，其通态压降就成为另一只的反向电压，因此只有当导通的晶闸管关断以后，另一只晶闸管才有可能承受正向电压被触发导通。由于感性负载本身滞后于电压一定角度，再加上相位控制产生的滞后，使得交流调压电路在感性负载下大的工作情况更为复杂，其输出电压、电流波形与控制角、负载阻抗角都有关系。其中负载阻抗角,相当于在电阻电感负载上加上纯正弦交流电压时，其电流滞后于电压的角度为。为了更好的分析单相交流调压电路在感性负载下的工作情况，此处分三种工况分别进行讨论。（1）情况图2-1电路图图2-2工作波形图（工况）上图所示为单相反并联交流调压电路带感性负载时的电路图，以及在控制角触发导通时的输出波形图，同电阻负载一样，在的正半周角时，触发导通，输出电压等于电源电压，电流波形从0开始上升。由于是感性负载，电流滞后于电压，当电压达到过零点时电流不为0，之后继续下降，输出电压出现负值，直到电流下降到0时，自然关断，输出电压等于0，正半周结束，期间电流从0开始上升到再次下降到0这段区间称为导通角。由后面的分析可知，在工况下，因此在脉冲到来之前已关断，正负电流不连续。在电源的负半周导通，工作原理与正半周相同，在断续期间，晶闸管两端电压波形如图所示。为了分析负载电流的表达式及导通角与、之间的关系，假设电压坐标原点如图所示，在时刻晶闸管T导通，负载电流应满足方程：L=sin其初始条件为： 解该方程，可以得出负载电流在区间内的表达式为： 当时，代入上式得，可求出与、之间的关系为利用上式，可以把与、之间的关系用下图的一簇曲线来表示。图2-3与、之间的关系曲线图中以为参变量，当时代表电阻性负载，此时；若为某一特定角度，则当时，当时，随着的增加而减小。上述电路在控制角为时，交流输出电压有效值、负载电流有效值、晶闸管电流有效值分别为式中，为当时，负载电流的最大有效值，其值为为晶闸管有效值的标玄值，其值为=由上式可以看出，是及的函数下图给出了以负载阻抗角为参变量时，晶闸管电流标幺值与控制角的关系曲线。2-4 晶闸管电流标幺值与控制角的关系曲线当、已知时，可由该曲线查出晶闸管电流标幺值，进而求出负载电流有效值I及晶闸管电流有效值I。（2）情况当控制角时，负载电流的表达式中的第二项为零，相当于滞后电源电压角的纯正弦电流，此时导通角，即当正半周晶闸管关断时，恰好触发导通，负载电流连续，该工况下两个晶闸管相当于两个二极管，或输入输出直接相连，输出电压及电流连续，无调压作用。图2-5情况下的输出波形(3) 情况在工况下，阻抗角相对较大，相当于负载的电感作用较强，使得负载电流严重滞后于电压，晶闸管的导通时间较长，此时式仍然适用，由于，公式右端小于0，只有当时左端才能小于0，因此，如图所示，如果用窄脉冲触发晶闸管，在时刻被触发导通，由于其导通角大于180，在负半周时刻为发出出发脉冲时，还未关断，因受反压不能导通,继续导通直到在时刻因电流过零关断时，的窄脉冲已撤除，仍然不能导通，直到下一周期再次被触发导通。这样就形成只有一个晶闸管反复通断的不正常情况，始终为单一方向，在电路中产生较大的直流分量；因此为了避免这种情况发生，应采用宽脉冲或脉冲列触发方式。图2-6窄脉冲触发方式2.2主要性能指标及参数1）用于对5001500W软开关型舞台灯交流调压电路，手动设定舞台灯照度参数值；2）常温下调压比为1:30，温度漂移为5%/040；3）控制核心为555时基电路，可采用任意公司的555时基电路构成，主电路要求为VMOS管软开关型单相交流调压电路。4）元器件数量不得多于50个。5）外部电位器进行电压给定，电位器使用单圈电位器，并带有照度刻度指示。图2-7 2.3主电路的分析桥式整流电路：桥式整流电路如图1所示，图（a）、（b）、（c）是桥式整流电路的三种不同画法。由电源变压器、四只整流二极管D14 和负载电阻RL组成。四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。图3-1 桥式整流电路图桥式整流电路的工作原理如图2所示。图2 桥式整流电路在u2的正半周，D1、D3导通，D2、D4截止，电流由TR次级上端经D1 RL D3回到TR 次级下端，在负载RL上得到一半波整流电压在u2的负半周，D1、D3截止，D2、D4导通，电流由Tr次级的下端经D2 RL D4 回到Tr次级上端，在负载RL 上得到另一半波整流电压。这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电流的计算与全波整流相同，即 UL = 0.9U2 IL = 0.9U2RL 流过每个二极管的平均电流为 ID = IL2 = 0.45 U2RL控制回路：主电路控制回路是从整流电路正端过来通过控制元件IRF840回到整流电路负端，IRF840在电路当中起到了开关控制的作用，直接作用于整个电路的主回路当中2.4控制电路的分析控制电路主要由两大部分组成：单稳态电路，保护电路组成。1、单稳态电路单稳态电路只有一个稳定状态。在外界触发脉冲的作用下，电路从稳态翻转到暂态，在暂态维持一段时间之后，又返回稳态，并在输出端产生一个矩形脉冲。单稳态的电路组成:它是由555定时电路构成，电路图为：如图（1）所示图（1）1、稳定状态接通电源前，为高电平。接通电源后，经R对电容C充电，当电容C上的电压时，由于，555定时器输出为低电平。放电管V导通，电容C经V迅速放电，此时由于，所以555定时器保持为0状态不变。稳态时，、。2、暂稳态在负触发脉冲作用下，低电平触发端得到低于的触发电平，由于此时，因此，、，555定时器输出高电平。同时放电管V截止，电路进入暂稳态，定时开始。暂稳态阶段（-），电容C充电，充电回路为RC地，充电时间常数为，按指数规律上升。3、自动返回稳定状态 当电容电压上升到 时，由于、 ，故555定时器输出由高电平变为低电平 ，放电管V由截止变为饱和，暂稳态结束。电容C经放电管V放电至0V，由于放电管和导通的等效电阻较小，所以放电速度快，在这个阶段输出维持低电平。电路返回稳态后，当下一个触发信号到来时，又重复上述过程。由图可知，输出脉冲宽度为电容C上的电压由0到所需的时间 （1）由（1）中t=,时间常数，可得： (2)而 ，则可得： 由上式可见，脉冲宽度大小与定时元件R、C的大小有关，而与输入脉冲宽度及电源电压大小无关，调节定时元件，可以改为输出脉冲宽度。（2）保护电路TVS-瞬变电压消除器：在该电路当中此器件专门设计用于吸收ESD能量并且保护系统免受ESD损害的固态元件。TVS二级管将限制在被保护器件上的电压刚好高过额定电压，但是却远低于破坏的阀值电压。三极管高压保护电路：电路正常工作时T3处于截止状态，T2处于导通状态，当单稳态电路来一个高电平脉冲信号T3就处于导通状态，电流就从T3的集电极流通到发射极，从发射极流出来的电流直接被短路到地，通过三极管的开关特性构成了对IRF840敏感元件的报护电路。其中晶闸管前面的稳压管事为了牵制晶闸管上的电压的。在这对晶闸管起了一个钳位保护作用。第三章电路的原理分析3.1 555定时器原理555集成电路是有运算放大器组成的单门限电压比较器，基本RS触发器及工作于开关状态的双极型三极管集成一起的电路模块。555定时器内部结构如图所示： 555定时器内部结构图555定时器电路的工作原理：电压比较器C1和C2，基本RS触发器，放电晶体管T，与非门和反相器组成。分压器为两个电压比较器C1，C2提供参考电压。如5脚悬空，则比较器C1的参考电压为2/3*Ucc,加在同相端；C2的参考电压为1/3Ucc,加在反相端。Rd是复位输入端。单Rd=0时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端Uo为低电平。正常工作时，Rd=1。U11和U12分别为6端和2端的输入电压。当U112/3*Ucc,U121/3*Ucc时，C1输出为低电平，C2输出为高电平，即Rd=0,Sd=1,基本RS触发器被置0，晶体管T被导通，输出端Uo为低电平。当U112/3*Ucc,U12 + 的条件，即最小时间间隔 + 。因此，单稳态触发器的最高工作频率为 时，则在 变为低电平后， 没有响应，不能形成前述的正反馈过程，使 的输出边沿变缓。因此，当输入脉冲宽度 很宽时，可在单稳态触发器的输入端加入 、 组成的微分电路。同时为了改善输出波形，可在图6.7中的 输出端再加一级反相器 ，如图3-2所示。 图3-2宽脉冲触发的单稳电路（3）若采用TTL与非门构成如图6.7(a)所示的单稳电路时，由于TTL门存在输入电流，因此，为了保证稳态时 的输入为低电平，电阻R要小于0.7k。如果输入端采用 , 微分电路时， 的数值应大于2k，使得稳态时 大于门 的开门电平( )，而CMOS门由于不存在输入电流，故不受此限制。3.3晶闸管的过电压保护（1）由于晶闸管的击穿电压接近工作电压；线路中产生的过电压容易造成器件电压击穿；正常工作时凡发生超过晶闸管能承受的最高峰值电压的尖脉冲等统称为过电压。产生过电压的外部原因主要是雷击、电网电压激烈波动或干扰，内部原因主要是电路状态发生变化时积累的电磁能量不能及时消散。过电压极易造成模块损坏，因此必须采取必要的限压保护措施，把晶闸管承受的过电压限制在正反向不重复峰值电压VRSM、VDSM值以内。常用的保护措施如下：晶闸管关断过电压（换流过电压）保护当晶闸管关断、正向电流下降到零时，管芯内部会残留许多载流子，在反向电压的作用下会瞬间出现反向电流，使残存的载流子迅速消失，形成极大的di/dt。即使线路中串联的电感很小，由于反向电势V-Ldi/dt，所以也能产生很高的电压尖峰（或毛刺），如果这个尖峰电压超过晶闸管允许的最大峰值电压，就会损坏器件。对于这种尖峰电压一般常用的方法是在器件两端并联阻容吸收回路，利用电容两端电压不能突变的特性吸收尖峰电压。阻容吸收回路要尽可能靠近晶闸管A、K端子，引线要尽可能短，最好采用无感电阻，千万不能借用门极回路的辅助阴极导线（因辅助阴极导线的线径很细，回路中过大的电流会将该线烧断）。阻容元件的参数可按以下的经验值和公式选取：表3-1晶闸管模块阻容吸收元件经验数据表3-1 晶闸管模块阻容吸收元件经验数据表一中电阻的功率由下式确定： PRfCU2m10-6式中： PR电阻功率（W）；f频率（50Hz）；C串联电容（uF），其耐压一般为晶闸管耐压的1.3倍；Um晶闸管模块工作峰值电压（V）；交流侧过电压及其保护交流侧电路在接通、断开时会产生过电压。对于这类过电压保护，目前主要采用压敏电阻和瞬态电压抑制器（Transient Voltage Supperessor简称TVS）。压敏电阻是一种非线性元件，它是以氧化锌为基体的金属氧化物，有两个电极，极间充填有氧化铋等晶粒。正常电压时晶粒呈高阻，漏电流仅有100uA左右，但过电压时发生的电子雪崩使其呈低阻，电流迅速增大从而吸收了过电压。其接法与阻容吸收电路相同，在交、直流侧完全可以取代阻容吸收，但不能用来作为限制dv/dt的保护，故不宜连接在晶闸管的两端。TVS类器件当其两端受到瞬时高压时，能在极短的时间内（10-12S）从高阻变为低阻，吸收高达数千瓦的浪涌能量。TVS的部分型号性能参数如表二：3.4 晶闸管的过电流保护该设计的电路采用的是限流与脉冲移相保护的原理。通过两个三级管组成的级间电流检测电路，得到一个能反映交流电流大小的电压讯号，去触发控制的晶闸管。当整流输出端过载，直流电流增大时，交流电流也同时增大，检测电路输出超过某一电压，使稳压管击穿，控制晶闸管的触发脉冲增大，使输出电压减少。过载直流电流减小，以此来达到限流目的，调节电位器就可以调节负载电流限流值。当出现严重的过电流或短路时，故障电流迅速上升，此时限流装置可能来不及作用，电流就已经超过允许值。在全控整流大电感负载时，为尽快消除故障电流可控制晶闸管的触发脉冲快速增大到整流状态的移相范围之外，输出端瞬时出现负电压，电路进入逆变状态，将故障电流迅速衰减到零。3.5 全桥整流电路下面分两部分介绍其工作原理，即桥式整流电路与滤波电路两部分。首先，介绍桥式整流电路，其工作原理为如下：图3-3 桥式整流电路在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图3-4的电路图可知：当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。图3-4 在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图3-5。图3-5 下面介绍滤波电路的工作原理：（1）滤波的基本概念滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。（2）电容滤波电路现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图3-6所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。图3-6 单相桥式电容滤波整流电路若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦形。当v2到达90时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载L放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过90时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90时二极管仍然导通。在超过90后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。所以，在t1到t2时刻，二极管导电，充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。通过以上分析画出波形图3-7如下：图3-7讨论C和RL的大小对输出电压的影响。决定输出电压的因素比较多，工程上一般采用以下计算方法：，另一种是在RLC=(35)T/ 2的条件下，近似认为。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足wRLC610。）由以上可知，与C对输出电压的影响是同一级别的，只不过一般为了得到更好的滤波效果，C通常较高，一般达到几千，甚至几万微法。当输出正弦波信号时，整流后与滤波后的电压波形如下：蓝色线为整流后波形，绿色线为滤波后波形负载的平均电压VL=1.2V2；平均电流为I=VL/R;单个二极管的平均电流为0.45V2/RL;平均压降为U2(为全波整流的一半)。若其中一支二极管开路时，则变成半波整流电路。若其中一支二极管短路时，当此管在上桥臂，则相邻下桥臂二极管会短路损坏；当此管在下桥臂，则相邻的上桥臂二极管会短路损坏。当然，因短路电流通过PN结，也可能会使其变为开路。若其中一支二极管反接时，则电源会通过与其相邻的另一支二极管形成短路，此两管都因通过短路电流后而损坏。3.6 RC微分电路微分电路可把矩形波转换为尖脉冲，此电路的输出波形只反映输入波形的突变部分，即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。而对恒定部分则没有输出。输出的尖脉冲波形的宽度与RC有关（即电路的时间常数），RC越小，尖脉冲波形越尖，反之则宽。此电路的RC必须远远少于输入波形的宽度，否则就失去了波形变换的作用，变为一般的RC耦合电路了，一般RC少于或等于输入波形宽度的1/10就可以了。使输出电压与输入电压的时间变化率成比例的电路。微分电路主要用于脉冲电路、模拟计算机中。微分电路的工作过程是：如RC的乘积，即时间常数很小，在t=0+即方波跳变时,电容器C 被迅速充电,其端电压，输出电压与输入电压的时间导数成比例关系。实用微分电路的输出波形和理想微分电路的不同。即使输入是理想的方波,在方波正跳变时,其输出电压幅度不可能是无穷大,也不会超过输入方波电压幅度E。在0tT的时间内,也不完全等于零,而是如图1d的窄脉冲波形那样,其幅度随时间t的增加逐渐减到零。同理,在输入方波的后沿附近,输出u0(t)是一个负的窄脉冲。这种RC微分电路的输出电压近似地反映输入方波前后沿的时间变化率，常用来提取蕴含在脉冲前沿和后沿中的信息。1RC电路的矩形脉冲响应若将矩形脉冲序列信号加在电压初值为零的RC串联电路上，电路的瞬变过程就周期性地发生了。显然，RC电路的脉冲响应就是连续的电容充放电过程。如图所示。若矩形脉冲的幅度为U，脉宽为tp。电容上的电压可表示为： 电阻上的电压可表示为： 即当 0到t1时，电容被充电；当t1到t2 时，电容器经电阻R放电。（也可以这样解释：电容两端电压不能突变，电流可以，所以反映在图中就是电阻两端的电压发生了突变。）2RC微分电路取RC串联电路中的电阻两端为输出端，并选择适当的电路参数使时间常数tp（矩形脉冲的脉宽）。由于电容器的充放电进行得很快，因此电容器C上的电压uc(t)接近等于输入电压ui(t)，这时输出电压为：上式说明，输出电压uo(t)近似地与输入电压ui(t)成微分关系，所以这种电路称微分电路。第四章 调光电路的数据分析4.1 焊接的注意事项经过几个星期的努力焊接电路图已基本完工如下（图4.1）图4-1用接线端,这样能防止在频繁的调试中接线对板子造成机械损害。所有的集成芯片都捍接了底座,这样能快速的更换坏掉的集成电路,并对捍接板不造成伤害。在控制电路和主电路中以及直流与供电部分，采用跳线帽连接，这样能在调试中隔离开来独立测试。4.2 实验及数据分析1.测量12V电压是否正常输出断开跳线冒测量稳压管两端电压，发现电压能正常输出。2.测量集成电路的工作电压是否正常先拔下555集成电路（在拔集成电路的时候我用要用小的一字螺丝刀先把一端翘1mm左右,然后再把另一端翘撬开同样高的距离,再重复这一步,直到集成电路能够轻轻的拿下为止,这样才能保证集成电路的引脚不在拔出的过程中弄弯。）当拔下所有的集成电路之后我们就可以测量其工作时所需要的电压是否正常，只有当工作电