【正文】 簽名： 年 月 日 北京化工大 學北方學院畢業(yè)設計（論文） II 霓 虹燈光控定時開關電路設計 xxx 電子信息工程 信工 xxxx 學號 xxxxx 指導教師 劉林生副教授 摘 要 針對當前世界能源的短缺和照明能源在深夜時過度浪費問題，本文主要闡述了，通過電源變換、光控開關、定時開關和交流無觸點開關四部分組長的霓虹燈等光控定時電路的研究。若照明節(jié)能 50%，則可節(jié)約 196 億度電，相當于火力發(fā)電節(jié)約煤 399 萬噸；相當于減排二氧化碳 56 萬噸。 我國大部分省、區(qū)、市嚴重缺電，各地電網(wǎng)出現(xiàn)不同程度的拉閘限電，全年缺電達 600 億度，此時正 有數(shù)億人受著缺電的“煎熬”。其發(fā)光的顏色隨所充氣體的不同而不同。 在 1907 年至 1910 年期間，科學家克洛德和林德發(fā)明了液態(tài)空氣分餾。 霓虹燈的壽命在正常情況下高于日光燈和白熾燈，要達到這一水平必 須做到三點： 制作人員水平過硬，排氣人員轟擊去氣得當、徹底； 啟動它的變壓器不得超載； 安裝人員細致合理的安裝；只要做到以上要求，實踐證明霓虹燈的壽命是高于日光燈和白熾燈的。 （ 4）壽命長 霓虹燈在連續(xù)不斷電的情況下，壽 命達一萬小時以上，這一優(yōu)勢是其他任何電光源都難以達到的。為了使廣大用戶熟悉霓虹燈，了解霓虹燈，我們在次簡單介紹一些霓虹燈的品種、規(guī)格以及制作霓虹燈的主要器材，以幫助用戶識別霓虹燈。 ② “三基色”熒光粉，與普通熒光粉比較，其亮度、色度、鮮度更佳。 （ 2）城市景觀照明規(guī)劃與節(jié)能的重要性和意義 建設部和國家發(fā)改委《關于加強城市照明管理促進節(jié)約用電工作的意見》作為我國城市照明工作的第一個規(guī)范性文件，明確提出 了編制城市照明專項規(guī)劃的要求和城市照明建設管理的原則。 中國經(jīng)濟持續(xù)快速健康發(fā)展，西部大開發(fā)、振興東北經(jīng)濟、長三角、珠三角東西互動、各地旅游、商貿(mào)、餐飲以及文化娛樂事業(yè)日益繁榮，越來越多的城市已將亮化、美化工程列入城市建設發(fā)展規(guī)劃，霓虹燈已成為不可缺少的夜間文化，夜間霓虹燈廣告也成為不可缺少的媒體，霓虹燈行業(yè)迎來一個新的發(fā)展機遇。道路和廣場上的霓虹燈、景觀燈排列密集，每當夜幕降臨便出現(xiàn)“火樹銀花不夜天”的景象。據(jù)不完全統(tǒng)計， 2020 年中 國用電量為 7 千多億瓦，而且還在以每年增加百分之 的速度增加。 在天黑時光控電路觸發(fā)信號，通過計時系統(tǒng)開始計時，雙向可控硅導通，點亮霓虹燈，并在計時結束以后自動熄滅霓虹燈。 北京化工大 學北方學院畢業(yè)設計（論文） 8 可以保持有效的點亮時間 霓虹燈光控定時開關，在整個電路系統(tǒng)中加入了定時器，可以在 點亮后自動進入計時狀態(tài)，人們可以簡單的設計它的點亮時間，自動決定合適關閉。之后無需人工控制，開關可以自行根據(jù)光的強弱，決定點亮與否。 北京化工大 學北方學院畢業(yè)設計（論文） 10 開關電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產(chǎn)品的小型化、輕便化。 隔離式 DC/DC 轉換器也可以按有源功率器件的個數(shù)來分類。四管 DC/DC 轉換器常用的是全橋 DC/DC 轉換器（ FullBridge Converter）。借助轉換器本身的正反饋信號實現(xiàn)開關管自持周期性開關的轉換器，叫做自激式轉換器，如洛耶爾 （ Royer）轉換器就是一種典型的推挽自激式轉換器。功率 場效應管 （ MOSFET）是應用較多的開關器件，它有較高的開關速度，但同時也有較大的寄生電容。 變壓器供電 圖 電源變壓器 變壓器 (Transformer)是利用 電磁感應 的原理來改變交流 電壓 的裝置，主要構件是初級 線圈 、次級線圈和鐵心（磁芯）。 圖 橋式整流電路 上圖為常用的橋式整流電路。 經(jīng)過以上電路的分析，與電路考慮，開關電源由于我們不需要很大電流，而變壓器由于體積大，變壓器又是必不可少的原件，這樣無疑增大了我們的體積，所以在電路中， 我選用了電容降壓電路，而沒有采用開關電源，變 壓器供電， 因為其結構簡單，電流需求小，所以電容降壓電路 完全能夠勝任，電容降壓子在很多電器中都有采用過，這里我們看下其原理： 工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流。因為5W/65V 的燈泡的工作電流也約為 70mA。 （ 4） 電容降壓不適合動態(tài)負載條件。 下面我們看下在我的電路中構成電容降壓的電 路： 圖 電容降壓電路 圖中 C1， R2，組成了阻容降壓電路， D2 是 9v穩(wěn)壓管，也就是說當電壓大于9v 時， D2兩端的電壓不變穩(wěn)定保持在 9v，位后續(xù)電路提供溫恒電能， D1為整流二極管，與 c3配合即完成了我們整個電路的供電工作，在 C3 兩端，就是溫恒的直 流電了，注意整個電不可以接大負載，因為上述說明了，這里不在敘述。在輸入信號從低電平上升到高電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平下降到低電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負向閾值電壓。當傳輸線上的電容較大時，波形的上升沿將明顯變壞；當傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當其他脈沖信號通過導線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖 信號時，信號上將出現(xiàn)附加的噪聲。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源 的正極，空穴奔向電源的負極，從而使 光敏電阻器 的阻值迅速下降。 施密特觸發(fā)電路： 北京化工大 學北方學院畢業(yè)設計（論文） 20 圖 施密特觸發(fā)電路 施密特觸發(fā)器也有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號電位維持；對于負向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號，施密特觸發(fā)器有不同的閥值電壓。 4060 由一個 14 個主從觸發(fā)器和一個振蕩器組成，每個觸發(fā)器的輸出提供給下一個觸發(fā)器，每個觸發(fā)器輸出的信號頻率為前一級的一半，振蕩器的頻率由 OSC 和O\S\C\外接的晶體或 RC線路來控制 。通常應用于自動化的控制 電路 中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種 “ 自動開關 ” 。它只有導通和關斷兩種狀態(tài)。它的出現(xiàn)，使半導體技術從弱電領域進入了強電領域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件 [11]。當電源電壓過高時，壓敏電阻器 RV 擊穿放電，破壞了原電路的平衡狀態(tài)，認中有感應電壓輸出，由電位器 RP1 檢出的信號便會觸發(fā)雙向晶刊管飽和導通，致使流過保險絲 FU 的電流劇增而使其很快熔斷，從而達到過壓保護的目的 [4]。本文討論了兩種類似應用：增大電路的最大輸入電壓，在過壓情況發(fā)生時利用輸出電容存儲能量。如果增加一個三極管緩沖器 ()，就可以降低對并聯(lián)穩(wěn)壓器電流的需求，但也提高了設計成本。 3842 的內部結構及其控制電路 3842 的工作原理已為大家所熟知，本文在此不作重復介紹。 單光耦自恢復欠壓保護電路以 3842 單端反激 電源為例，當電源供電電壓過低或電源輸出端過載、短路時，電源的初級電流都會大幅度增加，由于采樣電阻 Rs的限流作用，使得電源的工作占空比縮小，輸出電壓下降，電源處于非正常工作狀態(tài)。如何能用較少的元件、較簡單的方法、更有效地完成電源的欠壓檢測、欠壓保護及自恢復功能，是本文所介紹的欠壓保護電路的設計重點。 電壓值越接近于 ，電源的欠壓保護動作也就越靈敏。 R2 和 C1主要為電源起動時提供必要的保護延時時間， C1 的電壓從 0V上升到 所用的時間即為保護延時時間， 應大于電源的電壓上升時間，因而應滿足 （ 2 電容是聚集電荷的，你可把它想象成個水杯，充放電就是充放水。 第 節(jié) 整體電路分析 原理圖采用 protel 軟件繪制，其軟件功能強大，操作簡單，一直受到電子行業(yè)的青睞，以下是菜用 protel 繪制的原理圖。電路中 R6 和 C6是用來吸收干擾脈沖的，使電路工作保持穩(wěn)定。所謂的振蕩器實際上是兩個反向器，這兩個反向器可以通過在外部連接一個適應晶體或者一個 RC元件，組成振蕩器。當?shù)竭_定時時間后， IC2 的 3 管腳輸出高電平， Q1 截止， Q2關斷，霓虹燈熄滅。最后， RP 調節(jié)孔和 X1X4還要用絕緣蓋罩住。焊接時， IC2 應放在最后面焊接，并要求電烙鐵的外殼接地良好，以免交流感應電壓擊穿 CMOS 集成電路。式中的 N 是分頻器的分頻系數(shù)，在本電路中將分頻電路中 CD4060的 3 管腳的輸出作為定時控制信號，分頻系數(shù)為 RC 元件數(shù)值，當 S斷開時，接入振蕩電路的總電阻值 3MΩ，定時時間約 6 小時，適合冬季使用；當 S閉合時，接入振蕩電路的總電阻值為 2MΩ，定 時時間約為 4小時，適合夏季使用。 CD4060 屬于數(shù)字集成電路，它的內部包含有 14 位二進制計數(shù)分頻器，還有一個振蕩器。 由 NE555 組成的施密特電路，作為光控開關電路。 利用電容的充電延時原理，我們只要在信號的輸入端加上一個電容，如下圖 所示。 以上資料是采用運放做比較的一種欠壓保護電路，在我們的電路中，只采用了簡單的減壓保護電路。在輸入電壓較高時（例如 300Ｖ dc），北京化工大 學北方學院畢業(yè)設計（論文） 32 流過 R1 的電流近似為恒流，典型值為 。 北京化工大 學北方學院畢業(yè)設計（論文） 31 圖 單光耦自恢復欠壓保護電路的基本應用電路 在電源輸出端出現(xiàn)微弱欠壓時，采樣比較放大器 TL431 會立即停止下拉電流，反饋控制光耦迅速關斷，光耦中不再流過電流 If，三極管 Q1 截止，電阻 R3 失去了分壓作用，電容 C1上的電壓很快由 充至 以上。 另外，在一些特定應用場合，要求電源在出現(xiàn)過載或短路欠壓時電源控制器不能完全鎖死，當欠壓故障消除后，電源控制器應具有無須重新上電即可自動恢復工作的功能。 圖 3842 控制電路二 停 止狀態(tài)， PWM 比較器的比較電壓直接由反饋光耦控制，這種控制方法簡單易行，也可避免因誤差放大器補償不當造成的電源工作不穩(wěn)定，在電源設計中也獲得了廣泛應用。在設計保護電路時，一方面要保證其功能完善，工作穩(wěn)定可靠；另一方面應力求簡單明了，避免繁復。因此，如何提高 OVP 器件的最大輸入電壓是一件有意義的事情。 過壓保護 (OVP)器件數(shù)據(jù)資料中提供的典型電路可以滿足大多數(shù)應用的需求如 圖。 北京化工大 學北方學院畢業(yè)設計（論文） 27 圖 過壓檢測 電路 該過壓保護電路如圖所示。 圖 雙向可控硅 北京化工大 學北方學院畢業(yè)設計（論文） 25 而 可控硅 又是可控硅整流元件的簡稱 ,是一種具有三個 PN 結的四層結構的大功率半導體器件 ,一般由兩晶閘管反向連接而成 .它的功用不僅是整流，還可以用作無觸點開關以快速接通或切斷電路，實現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變， 將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等。又由于可控硅最初應用于可控 整流 方面所以又稱為硅可控整流元件，簡稱為可控硅 SCR。 圖 電磁繼電器結構圖 北京化工大 學北方學院畢業(yè)設計（論文） 24 繼電器是一種電控制 器件 。 如下圖，為 4060 的典型應用電路我們這個電路也采用電阻震蕩的方式， 4060 是北京化工大 學北方學院畢業(yè)設計（論文） 21 很 常用 的計時分頻電路。 我們知道，當光敏光受到光照射時候，電阻會變小，當夜間時候電阻會變的很大，這樣我們配合上相應電路，即可分辨白天與黑夜了 [2]。 北京化工大 學北方學院畢業(yè)設計（論文） 19 圖 光敏電阻 （線條這面為感光面） 光敏電阻又稱 光導管 ，常用的制作材料為 硫化鎘 ，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。 當輸入電壓由低向高增加，到達 V+時，輸出電壓發(fā)生突變，而輸入電壓 Vi由高變低，到達 V，輸出電壓發(fā)生突變，因而出現(xiàn)輸出電壓變化滯后的現(xiàn)象，可以看出對于要求一定延遲啟動的電路，它是特別適用的 。 北京化工大 學北方學院畢業(yè)設計（論文） 17 圖 施密特出發(fā)電 路 門電路有一個閾值電壓，當輸入電壓從低電平上升到閾值電壓或從高電平下降到閾值電壓時電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。在實際應用時常常采用的是圖 的所示的電路。最理想的電容為鐵殼油浸電容。因為 110V/8W 的燈泡所需的電流為 8W/110V=72mA,它與 1uF電容所產(chǎn)生的限流特性相吻合。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。 變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。電力 電子 開關器件和零開關轉換器技術的發(fā)展，促使了 高頻開關電源 的發(fā)展 [5]。Switching ， ZCS）。具有雙向傳輸功能 的 DC/DC 轉換器，既可以從電源側向負載側傳輸功率，也可 以從負載側向電源側傳輸功率。在這六 種 單管 DC/DC 轉換器中， Buck 和 Boost 式 DC/DC 轉換器是基本的，