电子调光控制器的设计报告
课程设计报告 题目: 学生姓名: 学生学号: 系别: 专业: 届别: 指导教师: 电子调光控制器的设计报告 杨康宁 电子工程学院 通信工程 13 级 廖晓纬 淮南师范学院电气信息工程学院 2015 届课程设计报告 电子调光控制器的设计电子调光控制器的设计 学生:杨康宁 指导老师:廖晓纬 通信工程 13 级 2 班 目录目录 1 1 课程设计的任务与要求课程设计的任务与要求 1.11.1 课程设计的任务课程设计的任务 1.21.2 课程设计的要求课程设计的要求 1.31.3 课程设计的研究基础课程设计的研究基础 2 2 调光控制系统方案制定调光控制系统方案制定 2.12.1 实验原理实验原理 2.22.2 流程框图流程框图 3 3 调光控制系统方案设计调光控制系统方案设计 3.13.1 各单元模块功能介绍及电路设计各单元模块功能介绍及电路设计 3.23.2 系统整体电路图系统整体电路图 4 4 调光控制系统仿真和调试调光控制系统仿真和调试 4.1 4.1 仿真软件介绍仿真软件介绍 4.24.2 系统仿真实现系统仿真实现 4.34.3 数据分析数据分析 5 5 总结总结 5.15.1 设计小结与收获体会设计小结与收获体会 6 6 参考文献参考文献 7 7 附录附录 2 淮南师范学院电气信息工程学院 2015 届课程设计报告 1 1 课程设计的任务与要求课程设计的任务与要求 1.11.1 课程设计的任务课程设计的任务 设计用电子控制的调光控制器。 1.21.2 课程设计的要求课程设计的要求 灯光控制应满足亮度变化平稳且单调变化,不会发生忽暗狐明现象。 1.31.3 课程设计的研究基础课程设计的研究基础 本设计为基于可控硅的调光电路。可控硅,是可控硅整流元件的简称,是一 种具有三个 PN 结的四层结构的大功率半导体器件,亦称为晶闸管。具有体积小、 结构相对简单、功能强等特点,是比较常用的半导体器件之一。可控硅是 P1N1P2N2 四层三端结构元件,共有三个 PN 结,分析原理时,可以把它看作由一 个 PNP 管和一个 NPN 管所组成。 它具有一个重要的特点——如果阳极或控制极外 加的是反向电压, 晶闸管就不能导通。 控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使 晶闸管导通,却不能使它关断。那么,用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢? 使导通的晶闸管关断,可以断开阳极电源或使阳极电流小于维持导通的最小值 (称为维持电流) 。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电 压,那么,在电压过零时,晶闸管会自行关断。利用这一特点我们可以实现调光 控制电路的设计。 2 2 调光控制系统方案制定调光控制系统方案制定 2.12.1 实验原理实验原理 若实现调光功能,即是改变灯泡输出功率的大小,可以从改变其电压大小入 手。 通过所设计的电路来调节其端电压从而达到调光的目的。此功能的具体实现 可用一整流电路和一脉冲单元电路组合来实现。 整流电路用于实现其交流电变成 直流电, 而脉冲单元电路则用于产生触发脉冲去触发整流电路从而可调节其整流 电路的导通角进而调节其可控整流电路的直流平均输出电压, 进而达到调节灯泡 亮度的目的。 2.22.2 流程框图流程框图 3 淮南师范学院电气信息工程学院 2015 届课程设计报告 交流电压 电容充电 G 被触发 VS 导通 VS 关断 3 3 调光控制系统方案设计调光控制系统方案设计 3.13.1 各单元模块功能介绍及电路设计各单元模块功能介绍及电路设计 此电路包含两个单元电路,可控整流电路与脉冲单元电路即弛张振荡器。 4 淮南师范学院电气信息工程学院 2015 届课程设计报告 如上图所示,其为可控整流电路:通过控制晶闸管触发角的大小和导通与关 断,可得到其输出电压波形如图下所示。 其工作原理如下:在开关闭合前,晶闸管为关断状态,当开关 S 闭合时,在 上半周期,且触发角未到达时,其输出电压为零,当在特定时刻有触发脉冲时, 晶闸管 VS 开始导通,此时其输出波形与输入波形相同,当输入电压过零时,流 过晶闸管的电流也为零, 此时晶闸管关断, 从而进入下半周期。 在触发角到达前, 输出波形也为零,在触发角到达时,输入与输出波形大小相同相位相反,以后重 复次过程,便得到如上图所示输出电压波形。通过改变触发角的大小,可以改变 输出的直流平均电压的大小。 5 淮南师范学院电气信息工程学院 2015 届课程设计报告 上图为脉冲单元电路的电路图, 对于此脉冲单元电路先令 R6 为一固定值, 且 令 R=R2+R6(固) ,接通电源,则有两路电流流通。电流 IR 经电阻 R 对电容 C1 进行充电, 起始电流为 ICO=U2/R, 充电时间常数为 RC,电容 C1 上的电压 UC 按指 数规律上升。另一路电流 I2 从 R2 经 B1,B2 流向 R3 和 R5,其数值为 I2=U1/(R2+RBB+R3//R5)一般只有几毫安。在电容上电压上升到管子的峰值电压 UP 以前,单结晶闸管 VT 截止,所以当电容 C1 处以充电过程时,R3 两端没有脉 冲输出。 当 UC 上升到 UP 时, 管子 E-B1 和 E-B2 结突然导通, 电容 C1 通过 E-B1 和 E-B2 结和 R3,R5 回路放电,由于管子导通后 RB1,RB2 急剧减小,R3,R5 又很小,所 以起始电流很大,IE 由几微安跃变到几十毫安,使 R3,R5 两端电压 U3,U5 产生 跳变。随着电容的放电,UC 按指数规律下降,降到谷点电压 UV 时,管子又重新 截止,放电过程结束,IE 约等于零,R3,R5 两端的电压出现负跳变完成了一个 脉冲过程。放电过程结束的瞬间,电源 U2 又开始向电容 C1 重新充电,开始了第 二次充放电过程,产生第二个输出脉冲。周而复始的重复震荡,就获得了电容C 上电压 UC 的连续锯齿波和负载电阻 R3.R5 上电压 UR3.UR5 的间断尖顶脉冲 波。如下图所示。 6 淮南师范学院电气信息工程学院 2015 届课程设计报告 为了使次电路能产生连续震荡, 必须保证在电容 C1 的充放电过程中单结晶体 管能够可靠地导通和截止。为此,电路应该满足一下两个条件:(U2-U6) /RI6,(U2-UV)/RIV.如果不满足前一个条件,单结晶体管就不能导通,如果不 满足后一个条件,则管子一经导通就不能截止。由此两式可确定 R 的阻值,大体 范围在几千欧到几千千欧。R2 可选用 2 千欧的,R6 为一带开关电位器,其阻值 最大可为 30 千欧即可。为了使 IE 能从几微安跳变到几十毫安,则 R3,R5 的阻 值不应过大,则选 1.5 千欧和 1 千欧的即可。又开始电流为几毫安,则 R4 的阻 值也应在 R2,R3 之间,可选用 1.2Q 千欧的电阻即可。 3.23.2 系统整体电路图系统整体电路图 7 淮南师范学院电气信息工程学院 2015 届课程设计报告 4 4 调光控制系统仿真和调试调光控制系统仿真和调试 4.14.1 仿真软件介绍仿真软件介绍 Multisim 是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以 Windows 为基础的仿真 8 淮南师范学院电气信息工程学院 2015 届课程设计报告 工具,适用