【導(dǎo)讀】研究工作及全面的總結(jié)。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以。化工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而已經(jīng)使用過的材料。與我一同完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。（論文）的同學(xué)對(duì)本課題所做的任何貢獻(xiàn)均已在文中做了明確的說明并表示了謝意。若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。針對(duì)當(dāng)前世界能源的短缺和照明能源在深夜時(shí)過度浪費(fèi)問題，本文主要闡述了，主要是依靠NE555，CD4060以及光敏電阻來實(shí)現(xiàn)。與人工手動(dòng)操作比較起來，開關(guān)及時(shí)，擁有良好的節(jié)能效果。這有效的緩解了世。界當(dāng)前能源緊缺的情況。在未來必將被越來越多的人依賴，成為霓虹燈及廣告的主流。據(jù)統(tǒng)計(jì)，上海市年用電總量約為1400億度，其中392億度（28%）用于照明。發(fā)展，人類對(duì)能源地需求也在逐日增長。題日益受到世界各國的關(guān)注。型、環(huán)保型技術(shù)以緩解日益加劇的資源短缺和環(huán)境惡化問題。2020年全國政協(xié)十一屆。三次會(huì)議第一號(hào)、第二號(hào)提案同時(shí)聚焦低碳話題。從國家戰(zhàn)略高度觸發(fā)的又一重大決策。

　　

【正文】 42 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(fù)介紹。值得注意的是 3842誤差放大器的輸出結(jié)構(gòu)，在 2腳接地時(shí)，誤差放大器會(huì)完全截止，不再吸入電流，這北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 就使 3842 的應(yīng)用具有了一定的靈活性。圖 、圖 是兩種常用的 3842 控制電路。圖 是標(biāo)準(zhǔn)的 3842 控制電路 。 圖 3842 控制電路一 補(bǔ)償電路 Zi 和 Zf 可以為控制回路提供必要的零極點(diǎn)補(bǔ)償，通過對(duì)控制回路傳遞函數(shù)的校正，使電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)得到改善。在圖 所示的控制電路中，由于 2腳接地， 3842 的誤差放大器始終處于截止?fàn)顟B(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 。 圖 3842 控制電路二 停 止?fàn)顟B(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(bǔ)償不當(dāng)造成的電源工作不穩(wěn)定，在電源設(shè)計(jì)中也獲得了廣泛應(yīng)用。本文所介紹的開關(guān)電源欠壓保護(hù)電路就是基于這種控制模式設(shè)計(jì)的。 單光耦自恢復(fù)欠壓保護(hù)電路以 3842 單端反激 電源為例，當(dāng)電源供電電壓過低或電源輸出端過載、短路時(shí)，電源的初級(jí)電流都會(huì)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)。特別是當(dāng)輸出端短路時(shí)，變壓器中磁通的釋放能力近似為零，隨著磁通的積累，變壓器將處于磁飽和狀態(tài)。在初級(jí)功率管導(dǎo)通時(shí)，供電電壓幾乎全部加在功率管上，雖然采樣電阻 Rs 可以為功率管提供短時(shí)間的保護(hù)，但長時(shí)間的短路必然會(huì)導(dǎo)致功率管嚴(yán)重發(fā)北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 熱乃至損壞，所以在電源設(shè)計(jì)時(shí)必須增加欠壓檢測和保護(hù)電路，當(dāng)檢測到電源輸出端出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉電源控制器 ，以防電源損壞 [15]。 輸出端欠壓檢測，可以采用初級(jí)間接檢測和次級(jí)直接檢測兩種方法，一般來說次級(jí)直接檢測更迅速準(zhǔn)確，因而在電源設(shè)計(jì)中采用較多。最普通的次級(jí)直接檢測方法是在控制回路中額外增加光耦等元件（如圖 所示），當(dāng)輸出端出現(xiàn)欠壓時(shí)，光耦截止，觸發(fā)初級(jí)的附加控制電路迫使 3842 關(guān)閉。這種欠壓檢測方法存在著檢測精度不高，使用元件較多等缺陷。 另外，在一些特定應(yīng)用場合，要求電源在出現(xiàn)過載或短路欠壓時(shí)電源控制器不能完全鎖死，當(dāng)欠壓故障消除后，電源控制器應(yīng)具有無須重新上電即可自動(dòng)恢復(fù)工作的功能。自恢復(fù)功 能的加入會(huì)使控制電路的元件數(shù)進(jìn)一步增加，也使控制電路的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜化。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(hù)及自恢復(fù)功能，是本文所介紹的欠壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。 是單光耦自恢復(fù)欠壓保護(hù)電路的基本應(yīng)用電路。 在電源上電后，電容 E1開始充電，當(dāng) E1 電壓充至 16V 時(shí)， 3842 開始工作。 3842的 8腳出現(xiàn) 5V電壓，并通過電阻 R2 對(duì)電容 C1進(jìn)行充電。此時(shí)，由于 2 腳電壓低于， 3842 的誤差放大器會(huì)完全截止，而且在電源輸出電壓達(dá)到正常值以前，光耦中也不會(huì)有 If 流過，所以 PWM 比較器的比較電壓為高電平（ 1V），電源開始工作，次級(jí)電容 E2開始被充電。在 C1被充電至 前，由于次級(jí)輸出電壓已達(dá)到正常值 ，反饋控制回路開始起作用，采樣比較放大器 TL431 開始下拉電流，光耦中有電流 If流過，三極管 Q1 飽和導(dǎo)通， C1 通過 R3放電， 2腳電壓最終被穩(wěn)定在 R2和 R3 的分壓值 上（ ）， PWM 比較器的比較電壓完全由反饋光耦調(diào)節(jié)控制，電源進(jìn)入了穩(wěn)定工作狀 態(tài)。 北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 單光耦自恢復(fù)欠壓保護(hù)電路的基本應(yīng)用電路 在電源輸出端出現(xiàn)微弱欠壓時(shí)，采樣比較放大器 TL431 會(huì)立即停止下拉電流，反饋控制光耦迅速關(guān)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。 3842 誤差放大器開始輸出低電平，PWM 比較器的比較電壓也變?yōu)榈碗娖剑?3842 的 6腳停止輸出驅(qū)動(dòng)脈沖后，電源停止了工作，從而實(shí)現(xiàn)了快速靈敏的欠壓檢測及保護(hù)功能。 電壓值越接近于 ，電源的欠壓保護(hù)動(dòng)作也就越靈敏。 在電源的欠壓保護(hù)開始后， D2 不再向 E1 供電， E1 電壓開始下降，當(dāng) E1電壓下降到 10V 時(shí)， 3842 停止工作， 3842 的 8 腳變?yōu)榱汶妷骸?C1 通過 R D R4放電，以保證在下周期工作開始時(shí)，能獲得必要的保護(hù)延時(shí)時(shí)間（加入 D R4 的目的是為了加快 C1 的放電速度，這兩個(gè)元件也可以不要）。此后，由于 R1 的充電作用， E1電壓開始回升，當(dāng) E1 的電壓再次充至 16V 時(shí)，電源開始新一周期的工作，若欠壓故障仍未消除， 電源很快又會(huì)關(guān)閉，即在出現(xiàn)欠壓故障時(shí)電源將以間歇啟動(dòng)的方式工作，在欠壓故障消除后，電源會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了欠壓保護(hù)電路的自恢復(fù)功能。 本電路在設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免了各阻容元件間有過多的關(guān)聯(lián)，因而使得電路計(jì)算非常明確簡單，這也為電源調(diào)試和維修帶來很大的方便。 R1 和 E1 決定了欠壓保護(hù)時(shí)電源的關(guān)閉時(shí)間， E1的電壓從 10V 上升到 16V 所用的時(shí)間即為電源關(guān)閉時(shí)間，一般取為 1秒左右。在輸入電壓較高時(shí)（例如 300Ｖ dc），北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 流過 R1 的電流近似為恒流，典型值為 。另外，在輸入較低時(shí)（例如 48Ｖ dc） ，流過 R1 的電流已不能再近似為恒流，此時(shí)可選用小功率恒流管取代 R1，相應(yīng)的 Ic為恒流管的恒流值。 R2 和 C1主要為電源起動(dòng)時(shí)提供必要的保護(hù)延時(shí)時(shí)間， C1 的電壓從 0V上升到 所用的時(shí)間即為保護(hù)延時(shí)時(shí)間， 應(yīng)大于電源的電壓上升時(shí)間，因而應(yīng)滿足 （ 2 1） 其中 是三極管 Q1 的飽和管壓降。 R5 的作用主要是防止在光耦截止時(shí)，三極管 Q1的基極浮空，一般取為幾十千歐。三極管 Q1 選用高頻、高 b值、低管壓降的小功率鍺開關(guān)管。 3842 峰值電流控制芯片在單端開關(guān)電源中的應(yīng)用極為普遍，其應(yīng)用技術(shù)也非常成熟，但出于新的設(shè)計(jì)需要，電源設(shè)計(jì)者們至今仍需不斷地去 探索嘗試它的新的應(yīng)用方法。本文所介紹的單光耦自恢復(fù)欠壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)簡潔、功能完善，在實(shí)際電源設(shè)計(jì)中已多次使用，實(shí)踐證明使用效果良好，有關(guān)它的設(shè)計(jì)思路也可用于其它電源控制芯片的欠壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)中 。 以上資料是采用運(yùn)放做比較的一種欠壓保護(hù)電路，在我們的電路中，只采用了簡單的減壓保護(hù)電路。 第 節(jié) 延時(shí)電路 的設(shè)計(jì) 延時(shí)電路，是為了在夜間減少短時(shí)間的光亮的干擾，比如雷電或者汽車的燈光， 如果不加延時(shí)電路，路過的汽車的車燈，會(huì)讓電路誤認(rèn)為是白天到了，這樣我們的電路就停止了工作，這樣是很不好的，在延時(shí)電路中， 我采用電容充電的原理，下面我們看下電容充電延時(shí)的原理 。 電容是聚集電荷的，你可把它想象成個(gè)水杯，充放電就是充放水。在充電過程中，電壓是慢慢的上升的，放電反之。你只需檢測電容兩端電壓就能實(shí)現(xiàn)延時(shí)。 北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 如充電，開始時(shí)，電容兩端電壓為零，隨著充電時(shí)間延長，電壓逐漸上升到你設(shè)定的電壓就能控制電路的開關(guān)。當(dāng)然，也可反過來利用放電。延時(shí)時(shí)間與電容容量、電容漏電，充電電阻，及電壓有關(guān)，有時(shí)還要把負(fù)載電阻考慮進(jìn)去。 利用電容的充電延時(shí)原理，我們只要在信號(hào)的輸入端加上一個(gè)電容，如下圖 所示。 圖 延時(shí)電路 當(dāng)信號(hào)來 時(shí)候，先對(duì)電容充電，如果在電容充滿后，信號(hào)還是持續(xù)供給的，這樣我們就認(rèn)為是白天到了，就可以停止燈光的供電，做大切斷，反之，如果在電容充滿前，信號(hào)不見了，這證明是雷電的 閃光，或者汽車的閃光，有了這個(gè)一個(gè)電容，做到了減少誤動(dòng)作的作用。 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(qiáng)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。 北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 RL1R6100k1KR10RPot625 1384U1555C7CapC6100UF1612310 1198U2CD4060C547PC416r9VD1Diode 1N4148R3R42MR11MC2Q1PNPR530KR830KQ2Triac R7Res VaristorC347PD1Diode 1N4001D2Diode 11DQ03C1R230K12P2Header 21 2P1Header 2 圖 總體電路圖 整體電路圖，如圖 所示。 整個(gè)開關(guān)電路由電源變換、光控開關(guān)、定時(shí)開關(guān)和交流無觸電開關(guān)四部分 組成。要使交流無觸電開關(guān)接通（即燈亮），必須同時(shí)滿足光控和定時(shí)兩個(gè)控制開關(guān)都接通這個(gè)條件，缺一不可。如果兩者一通一斷，則燈熄滅。 本電路中， NE555（ IC1）組成施密特電路，作為光控開關(guān)電路； CD4060（ IC2）組成定時(shí)電路，作為自動(dòng)定時(shí)開關(guān)控制電路。 由 NE555 組成的施密特電路，作為光控開關(guān)電路。其中電位器 R10 用來調(diào)節(jié)電 路的光控起控點(diǎn)，當(dāng)夜晚時(shí)，調(diào)節(jié) R10 使 NE555 的輸出端輸出高電平。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。 接通電流， 220V 交流市電經(jīng)電容 C1 降壓限流、穩(wěn)壓二 極管 D2穩(wěn)壓、整流二極管D1 半波整流和電解電容 C3 濾波后，輸出大約 的直流電壓，向 IC IC2 構(gòu)成的光控和定時(shí)開關(guān)電路供電。時(shí)基電路 IC光敏電阻 RL1 等元件組成光控開關(guān)， IC1在電路中接成了光控施密特觸發(fā)器。白天，外界光線較強(qiáng)， RL1 呈低電阻， IC1 的②、⑥管腳輸入的電壓大于 2/3Vdd（ Vdd=），其③腳輸出低電平，使后級(jí) IC2 和 Q1北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 無電，不工作，雙向可控硅 Q2 因無觸發(fā)電流而阻斷，燈不亮。晚上， RL1 失去外界光照呈高阻，使 IC1 輸入端高壓小于 1/3Vdd，其輸出端跳變?yōu)楦唠娖剑?IC2 和 Q1 才得以通電，使 Q2觸發(fā)導(dǎo)通，燈進(jìn)入工作狀態(tài)。 電路中的 IC2 組成定時(shí)開關(guān)控制電路，該電路由一只 14 位 2進(jìn)制計(jì)數(shù) /分頻器兼振蕩器電路 CD4060 組成。 CD4060 屬于數(shù)字集成電路，它的內(nèi)部包含有 14 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器，還有一個(gè)振蕩器。作為分頻器使用時(shí)，它的分頻系數(shù)范圍為 24 ～ 214（ 16~16384）。所謂的振蕩器實(shí)際上是兩個(gè)反向器，這兩個(gè)反向器可以通過在外部連接一個(gè)適應(yīng)晶體或者一個(gè) RC元件，組成振蕩器。如果通過連接 RC元件組成振蕩器，這個(gè)振蕩器的震蕩頻率可由公式 f=1/（ ）來決定。由振蕩器輸 出的頻率，通常是由為分頻器提供分頻器信號(hào)源。 在本電路中， CD4060 通過外接 RC元件組成一個(gè) RC 振蕩器，它的外界 RC元件是R1+R4 和 C2。定時(shí)振蕩器的振蕩頻率可由公式 f=1/[（ R1+R4） C2]決定。定時(shí)時(shí)間T=[（ R1+R4） C2]N。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(shí)控制信號(hào)，分頻系數(shù)為 RC 元件數(shù)值，當(dāng) S斷開時(shí)，接入振蕩電路的總電阻值 3MΩ，定時(shí)時(shí)間約 6 小時(shí)，適合冬季使用；當(dāng) S閉合時(shí)，接入振蕩電路的總電阻值為 2MΩ，定 時(shí)時(shí)間約為 4小時(shí)，適合夏季使用。 定時(shí)電路是有 IC1 輸出高電平啟動(dòng)的，當(dāng) IC1 輸入高電平后，電平一方面加至 IC2的電源腳 16 腳，使定時(shí)電路工作；同時(shí)加至晶體管 Q1 的發(fā)射極，由于 IC2 的 3管腳這時(shí)為低電平，所以 Q1 導(dǎo)通，將觸發(fā)電流加至雙向晶閘管的控制機(jī)使其導(dǎo)通，霓虹燈接通電源開始發(fā)光。當(dāng)?shù)竭_(dá)定時(shí)時(shí)間后， IC2 的 3 管腳輸出高電平， Q1 截止， Q2關(guān)斷，霓虹燈熄滅。 到達(dá)定時(shí)時(shí)間后，由于 IC1 仍然輸出高電平， IC2 仍然會(huì)繼續(xù)工作。為此將 3 管腳輸出的高電平通過 D1加至它的 11 管腳，使振蕩電路停止工作并一直維持到天亮。 由于霓虹燈的工作電源為高壓脈沖型，有時(shí)可能會(huì)發(fā)射到 Q2 使其發(fā)生擊穿。因此采用了一只壓敏電阻 R7，它可以將高峰脈沖吸收，使 Q2 不受損壞。 北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 第 3 章 實(shí)現(xiàn)安裝和系統(tǒng)調(diào)制 如果想要安裝，根據(jù)原理電路圖，設(shè)計(jì)一塊印刷電路板，將所有元器件都焊接在上面。焊接時(shí)， IC2 應(yīng)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(yīng)電壓擊穿 CMOS 集成電路。焊接好的電路板可裝入一絕緣密閉小盒內(nèi)，并在盒面板開孔固定 S 及 RL 和 RP 的位置處，應(yīng)分別開出感光窗口（粘一塊透明有機(jī)玻璃片或塑料 片防塵）和調(diào)節(jié)小孔。最后， RP 調(diào)節(jié)孔和 X1X4還要用絕緣蓋罩住。 在實(shí)際使用時(shí)，該光控定時(shí)開關(guān)應(yīng)避開風(fēng)雨侵蝕和燈光直射處，選擇在 RL 感受自然光良好的地方予以固定。整個(gè)電路一般僅需調(diào)試光控靈敏度和調(diào)