晶闸管调光台灯电路

晶闸管调光台灯电路设计学校：湖南铁道职业技术学院专业（系）：电气工程系班级：工艺2班姓名：李艾穗学号：201001380117指导老师：严俊完成日期：2012-4-25绪论晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术史前期，1904年出现了电子管，它能在真空中电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开启了电子技术用于电力领域的先河。1947年美国著名的贝尔实验发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命。晶闸管是一种半控型器件，是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器（SCR）。1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使其应用范围迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的，其标志就是以晶闸管为代表的电力半导体器件的广泛应用，有人称之为继晶体管发明和应用之后的又一次电子技术改革。市场一般是220V交流电，但是电子调光电路中选用的是低电压直流灯泡。故此电路中需要变压器和整理电路，另外需要控制灯泡的亮度，所以需要一个控制电路，从而对输出电压占空比进行调节，这里还需一个斩波电路，从而来控制灯泡亮度。电子调光电路课程设计综合了电力电子技术中的许多理论知识，他使理论知识得到了更好的巩固，并使理论知识与实际问题相联系。其中主要用到的基础知识有升降压斩波电路和整流电路的工作原理和应用以及晶闸管的应用等。目录第一章课题要求1.1课题介绍1.1.1课题设计的内容1.1.2课题要求1.2参数要求第二章课题方案的设计2.1方案总体设计分析2.2选择与设计方案2.2.1晶闸管的选择方案2.3方案的确定第三章调光灯电路的设计3.1电路原理图的设计与分析第四章电路的调试4.1调试的设备4.2硬件的设备第五章使用说明5.1使用方法5.1.1主要功能说明及使用第六章心得体会及参考文献附件元件清单第一章课题要求1.1课题介绍调光灯在日常生活中的应用非常广泛，其种类也很多。它以单结晶体管和单向晶闸管为核心器件，内部电路由主电路和控制电路两部分组成。下图为调光台灯的实物图。1.1.1课题设计的内容其设计的项目要与电力电子技术有关，如可以做交流或直流可调光灯电路、电风扇无极调速器、MOSFET大功率管的驱动电路、IGBT的驱动电路、等等。其中主要用到了单结晶体管、单向可控晶闸管和双向可控晶闸管等一些大功率器件。1.1.2课题要求1．掌握晶闸管工作原理。2.能够用万用表测试晶闸管和单结晶体管的坏。3.能正确的设计一个简单的调光电路；4.掌握触发电路与主电路电压同步的基本概念。1.2参数要求——变压器要求是同步变压器，其输出电压是36V；——4个整流二极管型号为IN4001其最大周期性峰值电压为50V,其工作温度为75度，其最整流电流为1A，电容为30PF工作电压范围50-1000V;——稳压管VD5稳定电压为12V;——电阻R1为1K欧其功率为1W；——电容C为0.4UF/50V；——单结晶体管BT33:工作电流为5-35MA,工作电压小于等于4V，最大功率为450MW；——晶闸管MCR100-6:工作电压范围100-600V,工作电流为0.8A控制极最大功率为0.01瓦。所带负载功率不能超过60W.第二章方案论证与设计2.1方案总体设计与分析本课题设计的是具有可调节台灯的亮度的可调光电路系统。2.2选择与设计方案2.2.1晶闸管的选择方案要求是可以单向控制的晶闸管MCR100-6:工作电压为100-600V,工作电流为0.8A控制极最大功率为0.01瓦。所带负载功率不能超过60W.然后根据电路已设定的参数；确定晶闸管的型号。第一步：单相半波可控整流调光电路晶闸管可能承受得的最大电压第二步：考虑2～3倍的余量（2～3）（2～3）第三步：确定所需晶闸管的额定电压等级因为电路无储能元器件，因此选择电压等级为7的晶闸管就可以满足正常工作的需要了。第四步：根据白炽灯的额定值计算出其阻值的大小V311220222TMUUV622V311MTU1210402202dR第五步：确定流过晶闸管电流的有效值为：由此可得，当时流过晶闸管电流的最大有效值为：第六步：考虑1.5~2倍的余量：第七步：确定晶闸管的额定电流:因为电路无储能元器件，所以选择额定电流为1A的晶闸管可以满足需要。由以上分析确定晶闸管应选用的型号为：KP1-7或MCR100-6。2.3确定方案以资源，经济性，功能实现性的标准来选取方案。因此对此次设计的方案选定:单结晶体管型号为BT33，工作电流为5-35MA,工作电压小于等于4V，最大功率为450MW.晶闸管型号为MCR100-6：晶闸管MCR100-6:工作电压为100-600V,工作电流为0.8A控制极最大功率为A128.0A08.057.157.1TmdIIA256.0~A193.0128.0)2~5.1()2~5.1(TmAIA283.0T(AV)IA08.0121022045.045.02ddRUI0.01瓦。所带负载功率不能超过60W..变压器选择为：同步变压器，其输出电压是36V。第三章电路原理图的设计与分析分析：可控整流电路的作用是把交流电变换为电压值可以调节的直流电。上图所示为单相半控桥式整流实验电路。该调光电路分主电路和触发电路两大部分。主电路是由负载EL（灯泡）和晶闸管VT组成的单相半波整流电路，触发电路是由单结晶体管BT及一些阻容元件构成的单结晶体管触发电路。改变晶闸管BT的导通角，便可以调节主电路的可控输出整流电压（或电流）的数值，这点可由灯泡负载的亮度变化看出来。晶闸管导通角的大小决定了触发脉冲的频率f，由公式可知，当单结晶体管的分压比（一般在0.5～0.8之间）及电容C值固定时，则频率f大小由R决定，因此，通过调节RP，使可以改变触发脉冲频率，主电路的输出电压也随之改变，从而达到可控电压的目的。1、触发电路各元器件的选择1）充电电阻RE（Rp与R2的总值）的选择改变充电电阻R的大小，就可以改变张弛震荡电路的频率，但是平率的调节有一定的范围，如果充电电阻选择不当，将使单结晶管自激震荡电路无法形成震荡。充电电阻Re的取值范围为：其中：U——加于图1-21中B-E两端的触发电路电源电压Uv——单结晶体管的谷点电压Iv——单结晶体管的谷点电流Up——单结晶体管的峰点电压Ip——单结晶体管的峰点电流2）电阻R3的选择电阻R3是用来补偿温度对峰点电压Up的影响，通常取值范围为：200～600Ω3）输出电阻R4的选择输出电阻，R4的大小将影响输出脉冲的宽度与幅值，通常取值范围为：50～100Ω4）电容C的选择电容C的大小与脉冲宽窄和RE的大小有关，通常取值范围为：0.1～1μF2、元件的分析及各元件在电路中的作用1）晶闸管的工作原理、内部结构、符号、等效电路如下晶闸管的结构晶闸管的符号晶闸管的等效电路晶闸管的内部结构2）晶闸管特性与主要参数(1)．晶闸管的阳极伏安特性晶闸管阳极与阴极间电压和阳极电流之间的关系称为阳极伏安特性。小电流塑封式小电流塑封式阴极（K）阴极（K）阳极（A）阳极（A）门极（G）门极（G）小电流螺旋式(2）晶闸管的电压定额——断态重复峰值电压UDRM规定，当门极断开晶闸管处在额定结温时，允许重复加在管子上的正向峰值电压为晶闸管的断态重复峰值电压，用UDRM表示。——反向重复峰值电压URRM规定当门极断开，晶闸管处在额定结温时，允许重复加在管子上的反向峰值电压为反向重复峰值电压（3）额定电压将UDRM和URRM中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值。通常标准电压等级规定为：电压在1000V以下，每100V为一级，1000V到3000V，每200V为一级，用百位数或千位和百位数表示级数。选择晶闸管的额定电压是实际工作时可能承受的最大电压的2~3倍，即：(4)通态平均电压UT（AV）在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以额定电流时，阳极和阴极间电压降的平均值，称通态平均电压（一般称管压降），约为1.5V。3)门极参数(1)门极触发电流及电压室温下，在晶闸管的阳极—阴极加上6V的正向阳极电压，管子由断态转为通态所必需的最小门极电流，称为门极触发电流。门极触发电压门极触发电压产生门极触发电流所必需的最小门极电压，称为门极触发电压。4)单结晶体管的结构（a）结构（b）等效电路（c）图形符号（d）外形管脚排5)单结晶体管触发电路（1）单结晶体管触发电路，是由同步电路和脉冲移相与形成两部分组成的。(2）同步电路触发信号和电源电压在频率和相位上相互协调的关系叫同步。同步电路由同步变压器、桥式整流电路VD1～VD4、电阻R1及稳压管组成。第四章电路的调试4.1调试的设备1、调试的设备万用表一个电烙铁一个示波器一台可调光电路实验箱一台调光电路板一个4.2硬件的调试硬件调试的主要任务是排除硬件故障，其中包括设计错误和工艺性错误。脱机检查：使用万用表，按照电路原理图，检查印制电路板中所有器件的引脚，尤其是电源的连接是否正确，排除短路故障；检查控制线是否有短路等故障，检查各个开关按键是否能正常开关，是否连接正确；检查各限流电阻是否短路等。为了保护电路，应先对各插座接口进行检查，第五章使用说明5.1使用方法5.1.1主要功能说明及使用方法能够调节灯的亮暗，可以从灭调到很暗再由很暗慢慢调到很亮。其中的核心元件是单结晶体管和单向晶闸管，它的使用方法很简单，只要给它接上220V的电源然后调节调光旋钮即可，使用时注意不要让小孩碰倒摔坏。第六章心得体会以及参考文献心得体会：通过这次的课题设计与项目报告，使我们明白了晶闸管调光电路安装与调试，同时加强了我们的动手能力的能力，在调试过程中所遇到的故障，使我们对其电子电路的原理更为清楚了解，在焊电路板的过程中，即使有的技巧不是很懂，但通过我们自己的努力，还是将电路板焊好，因此也加强了我们对焊接的进一步的了解。参考文献：王兆安，黄俊。电力电子技术[M].4版。北京：机械工业出版社，2004.李雅轩，杨秀敏，李艳萍。电力电子技术[M].北京：中国电力出版社，2004.王兆安，张明勋。电力电子技术设备设计和应用手册【C】。北京：机械工业出版社，2002.附件：元件清单名称元件代号型号数量备注电阻R11K1R23601R3和r451、4.7K2电位器RP470K1发光二极管VL￠5LED1可控硅SCRMCR100-61二极管VLIN40074白炽灯40W1电容C4.7u1