SCR夜间光控照明灯电路设计

SCR 夜间光控照明灯电路设计 摘 要 随着光控电路的发展 光能在智能化设计电路中得到了广泛应用 本文 设计了一种既实用又便于制作的光控照明电路 首先为确保电路能正常工作 设计了一个稳压电路 然后利用光敏元件随光照强度的变化而阻抗发生变化 的特点去控制电信号的强弱 再由传感器将变化的电信号传递给触发器 只 要电信号强度达到一定程度就可触发触发器使其导通工作 这样就能实现当 外界光照强度降低到一定程度时 使照明电路导通工作 从而就可实现光对 照明电路的亮与暗的控制 本文首先采用了晶闸管 光敏器件 高亮度 LED 灯 电容降压技术等 设计了 SCR 夜间光控照明灯电路设计 该系统组成的特点如下 本文达到的指标 达到了实用性 经济性 创新性 大大增大了经济效 益 它的特点 电容降压 使得体积重量大大减小 成本显著地降低 从而 效率明显的上升 所需要达到的指标 U 220V 驱动 LED 30W 实现了高效 的切换关灯与熄灯的自动控制 实用性 SCR 夜间光控照明灯可以广泛的应用到广场 街道等等的公共 场所 因此具有很高的实用性与经济性 关键词 稳压电路 光敏元件 光照强度 电信号 传感器 触发器 ABSTRACT With the development of the light controlled circuit the energy of light has widely been applied in the intellectuaectualization designed circuit A kind of light controlled illumination circuit which is both practical and conveniently made is designed in the article At first a voltage estabilizer is desigined to guarantee the electrical made is designed to guarantee the electrical circuit to work changing of the intenth of the the strength o r weakenth of the electrical signal then the sensor transmits the changed electrical signal to the trigger sw itch the intensity o f electrical signal which reaches to a certain ex tent can cause the triggerswitch to breakover So when the intensity of illumination outside reduces to a certain ex tent this can realize the aim that the illumination circuit breakovers and then the bright o r black conditions of the illumination circuit a re controlled by the light At first this paper adopts thyristor photosensor high brightness LED lamp capacitor step down technology design of the SCR electric lighting at night circuit design the system composition is as follows The characteristics of this paper the performance indexes of the practical economy innovation of this article features capacitance step down greatly reduce the volume weight significantly reduce cost Rising efficiency obvious indicators of this article U 30 w 220 v drive LED to realize the efficient automatic control switch to turn off the lights The lights out Practicability SCR electric lighting at night can be widely applied to the square street and so on public place therefore has the very high practicability and economy KEY WORDS voltage stabilizer circuit light activated element intensity of illumination electrical signal sensor triggerswitch 1 目录目录 第 1 章 前言 1 1 目的及意义 1 2 国内外的发展动态 1 3 本文需要研究的内容及论文安排 第 2 章 设计的方案及分析 2 1 方案设计的要求 2 2 设计方案 1 的分析 2 3 设计方案 2 的分析 2 4 设计方案 3 的分析 2 5 设计方案 4 的分析 第 3 章 整体电路及各个单元的电路设计 3 1 设计指示要求 3 2 电路组成框图 3 3 变压器参数设计 3 4 限流降压电路及参数设计 3 5 整流电路参数设计 3 6 SCR 开关管 双向晶闸管的选择 3 7 光控制电路 3 8 LED 灯的选择 第 4 章 样品制作与实验 4 1 电路设计 4 2 PCB 板的制作 4 2 1 布线注意事项 4 2 2 布线思路 4 2 3 PCB 板的制作 4 3 焊接装配以及实物照片 4 4 调试及调试结果 第 5 章 总结 2 5 1 设计要点及知识总结 5 2 心得与收获 致谢 参考文献 3 前 言 1 1 目的意义 照明随人类文明的启蒙同步启蒙 同步发展 同时它也是人类掌握的 最早一种科学技术 众所周知火是人类文明起源的重要标志 也是最早的 人造光源 由于有了篝火 所以人们可以利用夜晚的时间从事更多的劳作 因此加速了文明的发展和生产力的提高 由于人类生产力的不断提高 人 们对照明技术的要求也就不断的提高 从初人的篝火到以后的动物或植物 的油灯 到汉代普遍使用蜂蜡蜡烛以及随现代石油工业的发展而出现的石 蜡蜡烛 煤油灯和汽灯 马灯 等诸多照明装置发展的实例证明 随着人 类文明的发展 照明总是走在前沿 并且将最新科技成果即时应用到照明 领域 随着第二次工业革命的产生 人类社会进入电气时代 首先就是电气 化的照明 1879 年爱迪生发明了人类第一只电气照明工具 碳丝白炽 灯 就此开拓了人类社会的电气照明新时代 同时启动了一项庞大的最为 普及也最为重要的电气照明产业 照明控制也成了新生的电力工业部门的 第一个大客户 支持并带动了整个电力工业的快速发展 电气照明的诞生使得人类活动的时域 空域大为延伸 人类的才华和 潜能得到更大程度的发挥 促进人类文明进程的加速发展 不能想象如果 没有电气照明如今的人类社会将是怎样一种状态 人类的科学技术 工农 业生产 文化艺术 医疗卫生 将会是怎样的水平 照明控制技术是如此重要 人类文明 人类的一切活动已经再也离不 开电气照明控制技术 凡有人类活动的地方必定有照明装置的出现 照明 太普及了 因为他的无处不在以至使得人们身在其中根本感觉不到照明的 4 重要性 正是因为电气照明过分普及 加以人类的过度奢侈 过量的照明不仅 大量消耗了能源 加重了能源的浪费 而且给环境污染雪上加霜 据统计 世界各发达国家照明用电占总发电量的比例已从顶盛时的 14 降低到约 12 目前我国照明用电占总发电量比例也在相似范围 节能环保是当今世界的 一个普遍话题和课题 照明用电在总能耗中占有如此大的份额 自然首当 其冲成为节能减排的重要目标 为了减少过度的商业照明 标志照明和景观照明是减少光污染 降低 照明能耗的一项重要措施 而研发和普及高效照明自控装置及及配套电器 开发可再生能源的利用则是一项更根本 更积极也更有效的节能措施 因 而绿色照明 节能灯 CFL 发光二极管 LED 固态照明 SSL 半导体照明 SCL 光伏照明以及各种时髦名词术语应运而生 其中不 少是值得我们注意并深入研究 努力实施的观念和方向 然而泥沙具下 其中也混入了不少未深入了解就望文生义的决策和更大量的不符科学规律 乘机进行的商业炒作 有些貌似积极的谬论或歪风实际是对绿色照明的误 解甚或破坏 过去 在很多用电的公共场所 常采用由值班人员晚上合阐白天拉阐的 控制方式 其缺点是人工控制较烦锁 操作受人为因素影响 有时天亮着 便开了灯 有时天黑却没有照明 本文介绍一种既实用又便于制作的光控照 明灯电路 首先制作稳压电路 然后利用光电池或者光电二极管的阻抗发 生变化的特点去控制电信号的强弱 再由传感器将变化的电信号传递给触 发器 只要电信号强度达到一定程度就可触发触发器使其导通工作 这样就 能实现当外界光照强度降低到一定程度时 使照明电路导通工作 从而就 可实现光对照明电路的亮与暗的控制 1 2 国内外的发展动态 5 一套优良的照明自控装置是多种不同功能的部件的组合 照明自控装 置对人类太重要了 自从人类文明发展以来尽管过去并未意识 但是人们 一直自发地在寻找新的照明自控技术 寻找照明效果更好 更环保 更方 便 更廉价的照明自控装置 从篝火到电气光源 人类花费了数万年的时 间逐步演进 而在进入电气照明时代以后 在短短 120 年的时间中 电光 源则以无与论比的速度快速发展 人类科技的各种有关的最新成果都会立 即应用到照明领域并将照明科技推向前进 电光源是多学科科技成果的结晶 举如光学 电子学 热力学 材料 科学 半导体物理学 化学和机械等的很多学科的最新成果都很快应用到 光源中以提高其性能 因为照明是人们最基本 最关键的需要之一 作为 一个产业门类 电光源有着最为广阔的持续发展 永不衰退的市场 其本 身孕育着无限的商机 这也是各行各业人们竞相关注的原因 古代我国的照明产业一直领先于世界 至今还留存着大量精美绝伦的 自远古至近代的油灯 烛台或是灯笼等器具 世界进入工业化以后我国的 科学技术落后了 但即使如此我国电光源工业的发展一贯紧跟国际的步伐 其发展历程充分证明了此点 例如 1879 年爱迪生发明了世界上第一只 碳丝白炽灯 随后建立了美国 GE 公司成立了世界上第一间灯泡厂 在 29 年后的 1908 年 GE 就来到煤油灯 汽灯遍布并且大量使用着洋蜡烛的中国 沈阳建立了中国第一家电灯厂 1918 年又在上海建立了灯泡厂 迅速将 这种新型电气光源普及到凡有电力供应的中国城市 5 年以后即 1923 年 中国人也在上海建立了自己的灯泡厂 亚浦尔 1966 年更名亚明灯泡 厂 以满足供不应求的灯泡市场的需要 1939 年 1940 年二次大战期间美国作为全球战场的后方供应基地 全 国均成为日夜开工的工厂 各种物资和电力极度紧张 为节约电力美国采 取了两大措施 即将全国电网换用银缆以减少电路损耗 同时将铜置换出 6 来制造武器 并且在所有工厂中大力推广当时刚刚研发成功的最新照明光 源 荧光灯 当时荧光灯光效为 40lm W 为传统白炽灯 10lm W 的 4 倍 这对缓解当时极度紧张的电力供应产生了巨大作用 抗战胜利后的第二年 即 1946 年重庆电照厂首先制成了中国最早的电工牌荧光灯 以后电照厂 迁南京分为南京电子管厂和南京灯泡厂 后来南京灯泡厂改名为华东电子 管厂 20 世纪前期照明科技人员注意到了钠 Na 原子的谐振辐射波长 为 589 0 和 589 6nm 在人眼视见函数峰值 550nm 附近 利用钠的放 电 理论发光效率可达 250 300lm W 但是由于钠原子很易渗入玻璃或石 英中泄出 灯性能不稳定 寿命很短 另一问题是单靠钠原子发出的 589nm 黄光无法分辨物体的颜色和特征 照明效果极差 因此无实用价值 直到 20 世纪 50 年代后期发明了抗钠侵蚀的多晶半透明氧化铝陶瓷 并解 决了铌管与陶瓷匹配封接的问题 从此研发成功了有实用价值的高光效高 压钠灯 在高压钠灯中陶瓷电弧管壳温度达 700 以上 钠蒸汽分压力达 200Torr 钠原子光谱展宽 覆盖了大部分可见光谱区 使其显色性大有 改进 1965 年出现了高压钠灯的构想 1967 年则出现了最早的高压钠灯 商品 虽然这种灯显色指数较低 但光效高达 120lm W 至今仍是光效最 高的实用灯种 1974 年南京电子管厂和上海亚明灯泡厂开始研发高压钠 灯 1980 年南京电子管厂 上海亚明灯泡厂以及随后沈阳灯泡厂全面引 进高压钠灯及陶瓷管生产线 从此高压钠灯在中国大面积发展 20 世纪 70 年代后期 80 年代前期飞利浦成功研发成功紧凑型荧光灯 光效达 60 80lm W 显色指数约 60 80 与镇流器集成一体后体积小巧 轮廓与白炽灯相近可以方便地取代白炽灯插入灯具中直接使用 极为方便 但这种灯比白炽灯光效高了 6 8 倍 寿命长约 5 倍 当时这种紧凑型荧光 灯被视为用以取代白炽灯 卤素灯的第三代光源 但事实证明这一过程是 曲折而漫长的 紧凑型荧光灯一经问世立即引起中国光源科技工作者的注 意 1981 年江苏 上海立即开始研发 随后浙江 广东以及全国各地均 开始仿制 至今中国生产的紧凑型荧光灯已覆盖全球 7 中国照明自控装置的开发水平目前虽仍落后于大型跨国照明自控装置 公司 但中国照明自控装置产业的发展十分迅速 其进展是惊人的 目前 除智能型和全自动型之外 中国各类照明自控装置的发展在全世界已占主 导地位 中国生产了 2 3 以上各类高质量照明自控装置供应世界各地 并 且中国的开发水平和科技实力也正在向国际最高水平逼近 若干年后将会 处于主导地位 数年后无论是中国的智能型或是全自动型 将与其它照明 自控装置产品一样令世界瞠目 1 3 本文需要研究的内容及论文安排 过去 在很多用电的公共场所 常采用由值班人员晚上合阐白天拉阐的 控制方式 其缺点是人工控制较烦锁 操作受人为因素影响 有时天亮着 便开了灯 有时天黑却没有照明 本文介绍一种既实用又便于制作的光控照 明灯电路 首先制作稳压电路 然后利用光电池或者光电二极管的阻抗发 生变化的特点去控制电信号的强弱 再由传感器将变化的电信号传递给触 发器 只要电信号强度达到一定程度就可触发触发器使其导通工作 这样就 能实现当外界光照强度降低到一定程度时 使照明电路导通工作 从而就 可实现光对照明电路的亮与暗的控制 第 2 章 设计的方案及分析 8 2 1 方案设计的要求 1 控制功率 30W 2 进行整体方案的论证与比较 3 提供完整的电路设计图与原理图 4 对有关原理进行分析 5 对相关器件设备进行分析 6 设计一个光控照明电路 并对此进行焊接并且演示 2 2 设计方案 1 的分析 方案一电路如图 1 所示 它采用电容降压方案 其方案图是 图 1 电容降压方案 其工作原理为 220V 2 0 68u 450v R1 1M 1W LED 0 68 450 C1 C2 220V R2 1M VD1 VD4 1K R3 25V VDC VN2 C4 VD5 VD8 SCR R4R5 R6 R7 VTC3 RL 9 电容降压的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容 抗来限制最大工作电流 这类电路通常用于低成本取得非隔离的小电流电 源 它的输出电压通常在几伏到三十几伏之间 这取决于所使用的稳压管 而电流大小正比于限流电容容量的大小 图中 C1 C2 为降压电容 R1 R2 为限流电阻和电容 C1 C2 为泄放电阻 防止产生残留电压 泄放电阻的作用为 当正弦波在最大峰值时刻被切断 电容 C1 上的 残存电荷无法释放 会长久存在 在维修时候如果人体接触到 C1 的金属 部分 有强烈的触电可能 而 R1 的存在 能将残存的电荷泄放出去 从 而保证人 机的安全 泄放电阻的阻值与电容大小有关 一般来说 电容 的容量越大 残存的电荷越多 泄放电阻的阻值纪要选小点 图中 D1 D4 的作用为整流 其作用为将交流电整流为直流电 C3 C4 的作用为滤波 其作用是将整流后的脉动直流电压滤波成为平稳的直流电 压 压敏电阻的作用是将输入电源中瞬间的脉冲高电压对地泄放掉 从而 保证了 LED 不被击穿 分析 1 有光照时候 RL 白天 封锁单结晶体管工作 SCR 不通 灯灭 2 无光照时候 RL 夜晚 VT 开通 SCR 通 灯亮 方案一总结 该方案采用电容 C1 和 C2 降压 省掉了变压器 它的体 积小 比较经济可靠 2 3 设计方案 2 的分析 方案二如图 2 所示 它采用了电容降压和 555 以及光敏电阻 RL 10 其方案图是 图 2 555 和 RL 继电器 J 作为开关 其工作原理为 555 振荡电路 如图 2 3 就是 555 组成的多谐振荡器 电路很简单只要给它输入一定 的电压就可以工作了 本设计中输入的电压为 8V 555 可输入的电压范围 为 4 5V 至 12V D1 为回流二极管 C2 为滤波电容 各个引脚功能如图 2 2 所示 引脚功能 脚 1 接地 脚 3 输出端 脚 5 控制信号输入 脚 4 8 接电源 脚 2 6 7 信号输入端 图 2 2 引脚功能 220V 0 68uF 450V C1 R1 1M 20 1W 1N4007 4 VW 12V 220u 15V 4 8 6 2 15 3 555 R2 R3 RL R5 R4 C2 320 100K 100u 0 1uF LED J2c 22F 0 5A W J1 C3 1N4148 11 555 振荡器如图 2 3 所示 图 2 3 555 振荡器 RP1 R5 R6 C1 为定时元件 和 555 时基电路共同组成了振荡电路 的振荡频率 电容降压 电容降压的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限 制最大工作电流 这类电路通常用于低成本取得非隔离的小电流电源 它 的输出电压通常在几伏到三十几伏之间 这取决于所使用的稳压管 而电 流大小正比于限流电容容量的大小 555 定时器 555 定时器的功能主要由两个比较器决定 两个比较器的输出电压控制 R5 100 K R6 100 K R7 300 C1 10U 50V C2 0 01U D1 1N 4147 1 2 3 45 6 7 8 IC1 555 RP1 470 K LE D Vi 12 RS 触发器和放电管的状态 在电源与地之间加上电压 当 5 脚悬空时 则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC 3 C2 的反相输入端的 电压为 VCC 3 若触发输入端 TR 的电压小于 VCC 3 则比较器 C2 的 输出为 0 可使 RS 触发器置 1 使输出端 OUT 1 如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC 3 同时 TR 端的电压大于 VCC 3 则 C1 的输出为 0 C2 的输出为 1 可将 RS 触发器置 0 使输出为低电平 光敏电阻 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应 当光敏电阻受到一定波长范围的 光照时 它的阻值 亮电阻 急剧减少 电路中电流迅速增大 一般希望暗 电阻越大越好 亮电阻越小越好 此时光敏电阻的灵敏度高 实际光敏电 阻的暗电阻值一般在兆欧级 亮电阻在几千欧以下 分析 1 白天 RL 呈低阻 555 的 2 6 脚为高电平 处于复合状态 3 脚输出低电平 继电器 J 不动作 灯 LED 不亮 2 晚上 无光照 RL RL 呈高阻 2 6 为较低电平 大于 2 3VDD 555 的 3 脚输出为高电平 继电器 J 得电 JH 闭合 灯 LED 亮 方案二总结 该方案采用了电阻 RL 为光控开关 光控开关作用于 继电器 J 继电器 J 进一步控住 LED 的点亮与熄灭 它的成本低 可靠 但是有触点 2 4 设计方案 3 的分析 方案三如图 3 所示 它采用了 BA2101 专用集成电路光调 IC 和双向 SCR 光敏电阻 RL 组成光控开关 其方案图是 13 图 3 BA211 专用集成电路控制电路 其工作原理为 双向 SCR 晶闸管 硅控制整流器件 具有 NPNP 的 4 层结构 可以通过栅极信号控 制正向电流通电时间的开关用半导体器件 光敏电阻 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应 当光敏电阻受到一定波长范围的 光照时 它的阻值 亮电阻 急剧减少 电路中电流迅速增大 一般希望暗 电阻越大越好 亮电阻越小越好 此时光敏电阻的灵敏度高 实际光敏电 阻的暗电阻值一般在兆欧级 亮电阻在几千欧以下 分析 1 RL 光敏二极管进行日晚限亮 白天 RL 被光照 将触发脉冲 短路 VTS 不能触发 灯 LED 灭 2 晚上 DL 不触发 电阻很大 触发 脉冲可通过 VTS 的极 触发 VTS 灯 LED 亮 方案三总结 该方案采用了 BA2101 专用光调 IC 和双向 SCR 光敏 电阻 RL 组成光控开关 其特点为调光性能好 稳定性强 2 5 设计方案 4 的分析 方案四如图 4 所示 它采用了光电二极管或者光电池控制夜光灯 它 的方案图是 R1 1K 1N4184 C1 560pF M 1N4184 R2 470 R3R4 2M 680K BA2101 1 2 3 45 6 7 8 R5 C2 C3 0 033 RD 12V C4 12VR6 39K G R7 R8 150 10A LED VTS MAC 94A4 1N4007 R9 1M C5 2 0 68 450V 220V 14 图 4 光电二极管或者光电池控制夜光灯 其工作原理为 变压器把 220V 降压为 24V 再利用电阻与电容并联进行降压限流处理到合 适的电压电流供给 LED 灯组 再利用光控器件对它进行处理 分析 1 夜晚 光电池电阻大 端电压高 使得触发二极管 VDT 导通 触发主晶闸管 Vscr 导通 灯点亮 2 白天光电池导通 电压低 VDT 不通 Vscr 不通 灯熄灭 方案四总结 该方案采用了光电二极管或者光电池控制夜光灯的方法 利用 R1 和 C1 为降压环节 Cs 和 Rs 为 Vscr 的阻容保护 防止损坏 因 此该方案的稳定性最好 材料最省 经济性能最好 220V24V R1 1M C1 2uF LED C2 VDT S1 2 光电池 0 5uFmA 0 1uF CE B425 5A 400V Vscr C3 0 01uF RS 30 15 第 3 章 整体电路及各个单元的电路设计 3 1 设计指示要求 1 照明电路系统中的参数选择 C1 VD1 VD3 C2 VT VTH VD1 R2 C3 参数的选择 2 LED 的参数及参考个数的选择 要求 LED 的功率到达 30W 3 光敏电阻 RL 参数的选择 3 2 电路组成框图 电路组成框图如图 3 2 所示 图 3 2 组成框图 本文设计的电路组成框图主要有变压器 电容降压 光电控制 SCR 与 LED 灯组成 3 3 变压器参数设计 变压器的电路如图 3 3 所示 变压器电容降压光电控制SCR型LED灯 16 图 3 3 变压器参数设计电路 变压器的工作原理 变压器由铁芯 或磁芯 和线圈组成 线圈有两个或两个以上的绕组 其中接电源的绕组叫初级线圈 其余的绕组叫次级线圈 它可以变换交流 电压 电流和阻抗 最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套 在铁心上的两个匝数不等的线圈构成 铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合 为了减少铁内涡流和磁滞损 耗 铁心由涂漆的硅钢片叠压而成 两个线圈之间没有电的联系 线圈由 绝缘铜线 或铝线 绕成 一个线圈接交流电源称为初级线圈 或原线圈 另一个线圈接用电器称为次级线圈 或副线圈 实际的变压器是很复 杂的 不可避免地存在铜损 线圈电阻发热 铁损 铁心发热 和漏磁 经空气闭合的磁感应线 等 为了简化讨论这里只介绍理想变压器 理 想变压器成立的条件是 忽略漏磁通 忽略原 副线圈的电阻 忽略铁心 的损耗 忽略空载电流 副线圈开路原线圈线圈中的电流 例如电力变 压器在满载运行时 副线圈输出额定功率 即接近理想变压器情况 变压器是利用电磁感应原理制成的静止用电器 当变压器的原线圈接 在交流电源上时 铁心中便产生交变磁通 交变磁通用 表示 原 副 线圈中的 是相同的 也是简谐函数 表为 msin t 由法拉第 电磁感应定律可知 原 副线圈中的感应电动势为 e1 N1d dt e2 N2d dt 式中 N1 N2 为原 副线圈的匝数 由图可知 U1 e1 U2 e2 原线圈物理量用下角标 1 表示 副线圈物理量用下角标 2 表 I1I2 U1 U2N1N2 17 A V W I 25 1 24 30 2 示 其复有效值为 U1 E1 jN1 U2 E2 jN2 令 k N1 N2 称 变压器的变比 由上式可得 U1 U2 N1 N2 k 即变压器原 副线圈电 压有效值之比 等于其匝数比而且原 副线圈电压的位相差为 电路如图 3 3 所示 输入电压 U1 220V U2 24V LED 灯 3OW 使得效率 90 根据以上的参数选择变压器 变压器的容量为 30VA 变压器的输入电压为 220V 59Hz 输出电压为 24V 由得西安市长安区理想电源厂制造 联系电话 029 85006437 3 4 限流降压电路及参数设计 限流降压单元的电路如图 3 4 所示 图 3 4 降压限流电路 电容降压的工作原理 电容降压的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限 制最大工作电流 这类电路通常用于低成本取得非隔离的小电流电源 它 的输出电压通常在几伏到三十几伏之间 这取决于所 220V C2 C1 R1 R2 30V 100mA 30V 50mA 18 使用的稳压管 而电流大小正比于限流电容容量的大小 电容降压所需要注意的事项 1 电容降压式电源是一种非隔离电源 在应用上要特别注意隔离 严防 触电 2 限流电容须接于火线 其耐压选择应大于两倍的电源电压 且须采用 无极性电容 绝对不能采用电解电容 并加串防浪涌冲击兼保险的放电电 阻 3 根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容 而不是依 据负载的电压功率选取适当的电容 4 注意稳压管功耗 严禁稳压管断开运行 稳压管的稳压值应等于负载电 路的工作电压 其稳定电流的选择也非常重要 由于电容降压电源提供的 的是恒定电流 近似为恒流源 因此一般不怕负载短路 但是当负载完全 开路时 限流电阻及稳压管中将通过全部的电流 容易造成稳压管烧坏 5 电容降压不能用于大功率负载条件 因为不安全 6 电容降压不适合动态负载条件以及容性和感性负载 7 尽量采用半波整流 不建议采用桥式整流 而且 要满足恒定负载的条件 图中 C1 C2 为降压电容 R1 R2 为限流电阻和电容 C1 C2 为泄放电阻 防止产生残留电压 一般电阻的选择为 R1 R2 1M 电容值按照公式 3 4 1 选取 3 4 1 公式 3 4 1 中 为负载峰值电流 f 50Hz 为负载所需电压 IOMU0 W W P P 33 33 9 0 30 9 0 2 1 A V W I 152 0 220 33 33 1 50 220 414 1 4 0 1 U I C V OM 19 50 30220 414 1 4 100 10 3 1 VV C CR 1 7 2 2 1 10210 1226 50 20220 414 14 1050 3 2 VV C 对于 LED 灯组 要求为 30V 600mA 所以 C1 为 UOIOM 1 861uF 实际取得 C1 2uF 同理可得 0 893uF 实际取得 C2 1uF R1 R2 电阻功率消耗 的计算 PR1PR2 3 4 2 PR1 R1 1M C1 2uF 代入公式 3 4 2 2 7 1 PR1 W 10 5 1 1 0 011mW PR21010 126 117 2 W 10 6 7 2 0 0027mW 3 5 整流电路参数设计 整流电路图如图 3 5 所示 20 VV VBR 86222028 2 I I I mA L DL0 200 2 8 2 V URSM 1200 图 3 5 整流电路 整流电路 整流电路把交流电能转换为直流电能的电路 大多数整流电路由变压器 整流主电路和滤波器等组成 它在直流电动机的调速 发电机的励磁调节 电解 电镀等领域得到广泛应用 整流电路通常由主电路 滤波器和变压 器组成 20 世纪 70 年代以后 主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成 滤波器接在主电路与负载之间 用于滤除脉动直流电压中的交流成分 变 压器设置与否视具体情况而定 变压器的作用是实现交流输入电压与直流 输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔 设 LED 负载电流为 100mA 交流电压为 220V 那么 VD1 VD4 的二极管 IL 的反向电压为 VBR 二极管的平均电流为 IDL 因此手查手册可选 IN4007 其参数 正向压降A I 1 0 VF 1 1V 3 6 SCR 开关管 双向晶闸管的选择 双向 SCR 开关电路如图 3 6 所示 VD1 VD2 VD3 VD4 LED iD iL iD 220v 21 图 3 6 SCR 开关电路 双向晶闸管是由 N P N P N 五层半导体材料制成的 对外也引出三个电极 双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联 但只有一个控制极 双向晶闸管与单向晶闸管一样 也具有触发控制特性 不过 它的触 发控制特性与单向晶闸管有很大的不同 这就是无论在阳极和阴极间接入 何种极性的电压 只要在它的控制极上加上一个触发脉冲 也不管这个脉 冲是什么极性的 都可以使双向晶闸管导通 由于双向晶闸管在阳 阴极间接任何极性的工作电压都可以实现触发 控制 因此双向晶闸管的主电极也就没有阳极 阴极之分 通常把这两个 主电极称为 T1 电极和 T2 电极 将接在 P 型半导体材料上的主电极称为 T1 电极 将接在 N 型半导体材料上的电极称为 T2 电极 由于双向晶闸管的两个主电极没有正负之分 所以它的参数中也就没 有正向峰值电压与反向峰值电压之分 而只用一个最大峰值电压 双向晶 闸管的其他参数则和单向晶闸管相同 虚线表示负载电流通过双向晶闸管 VTH 的情况 VTH 通 才有电流流通 否则就关断 及其开关信号是由光控电路控制的 晶闸管 SCR 的型号及其参数的确定 晶闸管 SCR 正反向击穿电压 因此选择 600V 的VV URRM 5602208 2 SCR VD1 VD2 VD3 VD4 LED iD iL iD 220v VTH 22 晶闸管 SCR 电流有效值 2 8 为保险系数 为灯的总电流 IILEDT 8 2 ILED 300mA 2 8 300 840mA I T 取得 A IT 1 所以选择 1A 700V 的双向晶闸管 查手册 3CTS1 其为 400 1000V URRM A ITM 10 逆封管的选择 MAC97 8 电流 8A MAC9A 8 电流 8A MAC97B B 电流 8A T2322M 电流 25A T2323M 电流 25A T2302PM 电流 25A 3 7 光控制电路 光控电路如图 3 7 所示 23 图 3 7 光控电路 光控电路 光控电路中有一个光敏元件 光敏电阻或者光敏二极管 光敏三极管 光 敏元件的特性是它的内阻随光照的强弱变化而变化 一般是光线强时电阻 减小 光线弱时电阻增大 从而可改变电路的分压值 经开关电路 放大 电路来控制可控硅导通或截止来实现光控的 1 夜晚 光电池电阻大 端电压高 使得触发二极管 VDT 导通 触发 主晶闸管 Vscr 导通 灯点亮 2 白天光电池导通 电压低 VDT 不通 Vscr 不通 灯熄灭 该方案采用了光电二极管或者光电池控制夜光灯的方法 利用 R1 和 C1 为降压环节 Cs 和 Rs 为 Vscr 的阻容保护 防止损坏 因此该方案的 稳定性最好 材料最省 经济性能最好 3 8 LED 灯的选择 依照用户的要求 可在市场上选 10W 20W 30W 40W 100W 200W 等等的灯组 光电池 VDT Vscr C2 0 1F 0 5uFmA 5A 400V C3 0 01uF 30 RS S1 2 24 第 4 章 样品制作与试验 4 1 电路设计 总电路设计如图 4 1 所示 图 4 1 电路设计 其工作原理为 变压器把 220V 降压为 24V 再利用电阻与电容并联进行降压限流处理到合 适的电压电流供给 LED 灯组 再利用光控器件对它进行处理 分析 1 夜晚 光电池电阻大 端电压高 使得触发二极管 VDT 导通 触发主晶闸管 Vscr 导通 灯点亮 2 白天光电池导通 电压低 VDT 不通 Vscr 不通 灯熄灭 总结 该方案采用了光电二极管或者光电池控制夜光灯的方法 利用 R1 和 C1 为降压环节 Cs 和 Rs 为 Vscr 的阻容保护 防止损坏 因此该方 案的稳定性最好 材料最省 经济性能最好 4 2 PCB 板的制作 4 2 1 布线注意事项 220V24V R1 1M C1 2uF LED C2 VDT S1 2 光电池 0 5uFmA 0 1uF CE B425 5A 400V Vscr C3 0 01uF RS 30 25 1 地线 电源线最好要比其它的走线粗很多 因为导线粗会使得导线 上的电阻变小 这样电源的功率在导线上的消耗就会变小 减少了功率的 浪费 2 当走线在转弯处应该有一个过渡 最好是 45 或者 135 度角过渡 而不应该采用直角转弯 因为这样会减少信号受到干扰 3 电源电路部分最好放在板子的边缘部分 因为电源会产生热量 这 样可以避免电源部分对其它各部分电路造成干扰 4 数字电路与模拟电路部分要分开 这样可以避免相互之间的干扰 5 高频部分要与低频部分严格分开 这样可以避免低频信号对高频部 分产生干扰 6 有高频的地方 对这部分要单独敷铜 其它部分可以一起敷铜 这 样可以避免其它部分对高频部分产生影响 进而减少干扰 7 有对称的电路 尽量布置在一起 这样既方便了走线 也会给人以 美观的感觉 8 尽量使走线能够平行 这样会减少信号间的相互干扰 也会使布线 变的容易 还会使效果更加美观 9 走线的时候 尽量先别连地线 因为地线的网络线一般情况下很多 先连起来以后可能会使其它走线变得不容易 10 尽量在布线的时候 在板子上面多加一些地的过孔 这样会使得地 的网络能够自动的连接在一起 11 每一块电路部分要使得元器件放置在一起 这样的话 走线也会很 容易 12 元件的封装大小一定要按照合理的参数进行设置 4 2 2 布线思路 元器件导入 PCB 之后首先要做的是元器件的排布 这是布线的开始也 是最重要的一个环节 元器件的排布的好坏直接影响了 PCB 的效果和质量 26 所以我们采用按照原理图的摆放排布元器件 元器件摆放的过程中遇到了 一些问题 因为原理图的画法是左右结构 而导入到 PCB 之后左右结构明 显太窄上下太宽 所以我们把部分元器件稍微旋转了一下 这样一来就解 决了元器件摆放的结构问题 另外个别元器件的摆放也是有讲究的 我们 按照的原则就是元器件的摆放让飞线的交叉数目最小的原则 元器件排布完了之后就是布线了 布线的方法有两种一种是自动布线 一种是手动布线 自动布线有很多缺点 比如它不是走的最简的路线而且 需要手动调整 本设计采用了手动布线 手动布线过程中遇到一些问题 比如需要跳线 所谓跳线就是打两个过孔在顶层上步一条线 然后用线连 在顶层 4 2 3 PCB 板的制作 图 4 2 3 PCB 板制作框图 曝光时把用硫酸纸打印好的 PCB 图放到 PCB 单面板上 应该注意的是 打印的图要放在 PCB 板的中间 曝光的时间为 420 秒 显影过程中注意的是显影剂的投放量 不能太多 太多了容易把曝光 的部分也显影掉 也不能太少 太少了显影时间太长 通常是 100mL 水中 放入 20g 的显影剂为最佳 腐蚀是把显影过的 PCB 板放到腐蚀液中打开气泵和加热管 气泵和加 热管的作用是加快腐蚀的速度 等到 PCB 板上的铜层全部腐蚀掉就行了 拿出来用清水冲洗一下 焊接过程中我采用的原则是从元器件的高低循序进行焊接 27 4 3 焊接装配以及实物照片 4 4 调试及调试结构 电路完成之后 我对它进行了调试 电路连接好之后通电 发现发光二极管不亮 首先我想到可能是电源 的问题 用万用表测量后发现电源电压正常 于是我对整个电路进行了详 细检查后还是没找到原因 翻阅大量的资料我感觉可能是晶闸管的问题 我用的晶闸管触发电流太大 后来找了一个正确的型号到市场购买 换了之后发现发光二极管不管是在白天或是晚上都一直亮着而且不闪 首先我想到的是光敏三极管的问题 测其在不同光强状态下的电阻之后 发现其电阻变化不明显 则判断光敏三极管已坏 换了之后发光二极管可以接收到光信号但仍不闪 这时我想到可能是 555 振荡器振荡频率的问题 用示波器测量之后发现波形果然有问题 老 师建议我们换小一点的电容 换了之后电路可以正常工作了 28 第 5 章 总结 5 1 设计要点及其知识总结 本次毕业设计 让我对 SCR 夜间光控照明灯电路设计有了很深的认识 与理解 这次毕业设计的所采用的知识就是电容电阻的并联进行了限流降 压 变压器的选择 整流电路的参数设计 双向晶闸管的选择 光控开关 的选择以及 LED 灯组的选择 只有从分掌握了这些理论知识与焊接的实践 知识 才能完成这次毕业设计 5 2 心得与收获 此次的毕业设计使我对 SCR 夜间光控照明灯电路设计的工作原理及工 作特点都有了进一步的了解 并对有关的知识有了更进一步的掌握 对它 的性能和特点也有了更全面的把握 明白了关于它的很多理论和实践知识 其电路结构简单 工作性能稳定 功能容易实现 可用常用的电子元器件 构成 因此成本较低 在此基础上也确实存在着一些问题与不足 比如负 载的性能稳定问题 光敏电阻的敏感性问题 电路识别能力导致的误操作 问题等 但总体上还是比较简单实用的 在这次的设计中感受最多的还是自己的实践动手能力不太好 而且对 学过的知