霓虹燈光控定時器開關電路設計(專業版)

　　

【正文】 由于霓虹燈的工作電源為高壓脈沖型，有時可能會發射到 Q2 使其發生擊穿。白天，外界光線較強， 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 IC2 和 Q1北京化工大 學北方學院畢業設計（論文） 35 無電，不工作，雙向可控硅 Q2 因無觸發電流而阻斷，燈不亮。 北京化工大 學北方學院畢業設計（論文） 33 如充電，開始時，電容兩端電壓為零，隨著充電時間延長，電壓逐漸上升到你設定的電壓就能控制電路的開關。此后，由于 R1 的充電作用， E1電壓開始回升，當 E1 的電壓再次充至 16V 時，電源開始新一周期的工作，若欠壓故障仍未消除， 電源很快又會關閉，即在出現欠壓故障時電源將以間歇啟動的方式工作，在欠壓故障消除后，電源會自動恢復正常工作狀態，從而實現了欠壓保護電路的自恢復功能。 輸出端欠壓檢測，可以采用初級間接檢測和次級直接檢測兩種方法，一般來說次級直接檢測更迅速準確，因而在電源設計中采用較多。圖 所示電路增加了一個電阻和齊納二極管，用來對 IN 的電壓進行箝位。 下面介紹一種電壓比較式的，集成電路過壓保護電路： MAX6495– MAX6499/MAX6397/MAX6398 過壓保護 (OVP)器件用于保護后續電路免受甩負載或瞬間高壓 的破壞。 可控硅的弱點：靜態及動態的 過載 能力較差；容易受干擾而誤導通。 電路圖中， C2， R4， R1 組成了震蕩電路，通電開始產生震蕩，為 4060 提供震蕩波形， 3 腳輸出經過一級一級的觸發，最終到大 3 引腳，即 Q13，從而達到計時的目的，改變 R1， R4 即可改變時間長短，從而改變了冬季與夏季的時間修改 [7]。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變 化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達 1~10M 歐 ,在強光條件（ 100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數千 歐姆 。這種電路被設計成阻止輸入電壓出現微小變化（低于某一閾值）而引起的輸出電壓的改變。不建議采用橋式整流， 因為全波整流產生浮置的地，并在零線和火線之間產生高壓，造成人體觸電傷害。雖 流過電容的電流有 70mA,但在電容器上并不產生功耗，因為如果電容是一個理想電容 ,則流過電容的電流為虛部電流 ,它所作的功為無功功率。變壓器就是一種利用電磁互感應，變換電壓，北京化工大 學北方學院畢業設計（論文） 13 電流和阻抗的器件。硬開關 DC/DC 轉換器的開關器件 是在承受電壓或流過電流的情況下，開通或關斷電路的，因此在開通或關斷過程中將會產生較大的交疊損耗，即所謂的開關損耗（ Switching loss）。四管 DC/DC 轉換器就是全橋 DC/DC 轉換器（ FullBridge Converter）。 圖 開關電源 隨著電力電子技術的高速發展， 電力電子設備 與人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開 可靠的電源，進入 80 年代 計算機電源 全面實現了開關電源化，率先完成計算機的電源換代，進入 90 年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域， 程控交換機 、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源，更促進了開關電源技術的迅速發展 [1]。 第 節 霓虹燈光控 定時開關的優點 可以在天黑時亮起 霓虹燈光控定時開關，可以在天黑光強明顯變弱時，自動開啟電源，使霓虹燈點亮。㎡ ，照度超出標準 3～ 5倍；有些景觀燈 95%以上的光線射向天空，只有不到 5%的光線照到路面，能源浪費和光污染嚴重。加強城市景觀照明工作，首要任務就是城市景觀照明規劃的編制。目前我國使用此種材料的約占 80%左右。 霓虹燈的特點 （ 1）高效率 霓虹燈是依靠燈管兩段電極頭在高壓電場下將燈管內的惰性氣體擊燃，它不同于普通光源必須把鎢絲燒到高溫才能發光，造成大量的電能以熱 能的形式被消耗掉，因此，用同樣多的電能，霓虹燈具有更高的亮度。當時所用的燈體玻璃管的直徑是 45 毫米，現將玻璃管彎制成所需的蚊子或圖案，然后再用一只電壓為 1 萬多伏的的變壓器供電，使之發光。很多國家和地方都出現了能源危機，能源問題日益受到世界各國的關注。北京化工大 學北方學院畢業設計（論文） I 誠信申明 本人申明： 我所呈交的本科畢業設計（論文）是 本 人在導師指導下對四年專業知識而進行的研究工作及全面的總結。 資源短缺已經成為阻礙社會發展的主要因素之一，各國都致力于研究資源節約型、環保型技術以緩解日益加劇的資源短 缺和環境惡化問題。當時，燈管兩端電極用石墨制成，內部充入氮氣或二氧化碳氣體，前者會發紅光，后者發白光。 （ 2）溫度低，使用不受氣候限制 霓虹燈因其冷陰極特性，工作時燈管溫度在 60℃ 以下，所以能置于露天日曬雨淋或水中工作。 ② 鉛玻璃管（又稱紅丹料玻璃管）其熱性能、機械性能、電性能、化學穩定性能、真空性能和光學性能優于鈉玻璃管，其耐侯性、使用壽命大大超過鈉玻璃管，目前國際上通用大都是這種鉛玻璃管，我國目前使用量已達 20%30%左右，凡是追求質量好的制作廠家，用戶都選用鉛玻璃管制作霓虹燈。城市景觀照明工作是城市基礎設施建設和城市管理的重要內容，具有多方面的功能效益。 霓虹燈廣告牌在全世界各國的商業、學習、工作和生活等各個領域中起著重要的作用。這種點亮方式，可以在人們覺得光線變暗時，自動亮起，起到了最好的廣告作用。 開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由 脈沖寬度調制 （ PWM）控制IC 和開關器件（ MOSFET、 BJT 等）構成。 非隔離式 DC/DC 轉換器，按有源功率器件的個數，可以分為單管、雙管和四管三類。當轉換器的工作狀態一 定時開關 損耗也是一定的，而且開關頻率越高，開關損耗越大，同時在開關過程中 還會激起電路分布 電感 和寄生 電容的振蕩，帶來附加損耗，因此，硬開關 DC/DC 轉換器的開關頻率不能太高。變壓器的功能主要有：電 壓變換；電流變換，阻抗變換；隔離；穩壓（磁飽和變壓器）等。根據這個特點 ,我們如果在一個 1uF 的電容 器上再串聯一個阻性元件 ,則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產生的功耗完全取決于這個阻性元件的特性。而且要滿足恒定負載的條件。 利用施密特觸發器狀態轉換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對 可見光 （ ~） μm 的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化 。 電路中 R6,C6 組成了抗光干擾延時電路，以防止夜晚短暫瞬間光線（雷電，車輛燈光等干擾被控燈正常工作） 。 由于雙向可控硅的種種優點，所以采用雙向可控硅做為開關原件，以減少開關磨損 ，觸點打火老化等， 在電路中 即采用了雙向可控硅 BT136。器件通過控制外部串聯在電源線上的 n溝道 MOSFET 實現。如果增加一個三極管緩沖器 (圖)，就可以降低對并聯穩壓器電流的需求，但也提高了設計成本。最普通的次級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），當輸出端出現欠壓時，光耦截止，觸發初級的附加控制電路迫使 3842 關閉。 本電路在設計時盡量避免了各阻容元件間有過多的關聯，因而使得電路計算非常明確簡單，這也為電源調試和維修帶來很大的方便。當然，也可反過來利用放電。晚上， RL1 失去外界光照呈高阻，使 IC1 輸入端高壓小于 1/3Vdd，其輸出端跳變為高電平， IC2 和 Q1 才得以通電，使 Q2觸發導通，燈進入工作狀態。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。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。時基電路 IC光敏電阻 RL1 等元件組成光控開關， IC1在電路中接成了光控施密特觸發器。你只需檢測電容兩端電壓就能實現延時。 C1 通過 R D R4放電，以保證在下周期工作開始時，能獲得必要的保護延時時間（加入 D R4 的目的是為了加快 C1 的放電速度，這兩個元件也可以不要）。在初級功率管導通時，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間的保護，但長時間的短路必然會導致功率管嚴重發北京化工大 學北方學院畢業設計（論文） 30 熱乃至損壞，所以在電源設計時必須增加欠壓檢測和保護電路，當檢測到電源輸出端出現欠壓現象時，應及時關閉電源控制器 ，以防電源損壞 [15]。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。壓敏電阻器應選用標稱值為 360V 的氧化鋅壓敏電阻器。 可控硅的優點很多，例如：以小功率控制大 功率 ， 功率放大倍數高達幾十萬倍；反應極快，在微秒級內開通、關斷；無觸點運行，無火花、無 噪音 ；效率高，成本低等等。 器件的技術是在 C\P\的下降沿觸發進行的，由于內部 波形延遲， Q輸出的狀態不是同時改變的，因此易出現計數尖峰 。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由 半導體材料 制成的。 它是一種閾值開關電路，具有突變輸入 —— 輸出特性的門電路。 （ 6） 當需要直流工作時 ,盡量 采用半波整流。當 220V 的交流電壓加在電容器的兩端 ,則流過電容的最大電流約為 70mA。在發電機中，不管是線圈運動通過磁場或磁場運動通過固定線圈，均能在線圈中感應電勢，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線圈相交鏈的磁通數量卻有變動，這是互感應的原理。 按照開關管的開關條件， DC/DC轉換器又可以分為硬開關（ Hard Switching）和軟開關（ Soft Switching）兩種。雙管 DC/DC 轉換器 有雙管正激式（ DoubleTransistor Forward Converter），雙管反激式（ Double Transistr Flyback Converter）、推挽式（ PushPull Converter） 和半橋式（ HalfBridge Converter）四種。 北京化工大 學北方學院畢業設計（論文） 9 第 2 章 電路總體設計與分析 第 節 電源轉換電路的設計 在電源供電中， 有很多種供電電路，其中有開關電源，變壓器降 壓，阻容降壓，下面我們分別做下簡要介紹。本電路開關容易控制，方法可行，具有很高的研究價值和使用價值。很多城市照明嚴重超標，一些建筑內部耗電竟然高達 25W 城市照明專項規劃包括功能照明和景觀燈照明規劃。 （ 2）以玻璃材質分： ① 鈉玻璃管（或稱石灰料玻璃管）這種玻璃管穩定性差，受潮后極易變質、泛堿（風化），易爆裂。城市夜景照明不僅在照明技術方面有了很大的進步，而且在照明質量上也經歷了“暗→亮”、“亮→美”、“美→雅”的發展歷程。 霓虹燈始源于法國。近年來，隨著全球經濟地迅速發展，人類對能源地需求也在逐日增長。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內容以外，論文中創新處不包含其他人已經發表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京化工大學或其它教育機構的學位或證書而已經使用過的材料。 2020 年全國政協十一屆三次會議第一號、第二號提案同時聚焦低碳話題。由于這兩種氣體較活潑，很容易和石墨電極起化學反應，陰極濺散出的石墨很快在玻璃管內壁形成黑色薄膜層，并大量吸收充入燈管內的氣體，使燈管的充氣壓力很快下降，致使霓 虹燈的壽命很短。同樣因其工作特性，霓虹燈光譜具有很強的穿透力，在雨天或霧天扔能保持較好的視覺效果。鉛玻璃管又以鉛量的多少分為：重鉛玻璃管、中鉛玻璃管和輕鉛玻璃管。以科學合理的城市景觀照明規劃作為指導和依據實施城市的景觀照明工程建設和管理，不僅可以美化城市，提高城市文化品位北京化工大 學北方學院畢業設計（論文） 6 和城市風貌水平，提升和展示現代化 文明城市的形象，而且可以通過改善投資環境，提高人們的生活質量，活躍和繁榮城市夜間經濟，為城市經濟發展注入新的活力，帶動照明、商業、旅游、文化、餐飲、廣告、經濟事業以及相關產業的發展，并對城市周邊地區的經濟發展起帶動和輻射作用，增強商家投資、經商、辦企業的信心，加快城市建設發展的步伐，甚至在城市的交通、治安等方面能帶來相關效益，其積極作用是顯而易見的。世界各國無論大中小城市、城鎮、人口聚集地都會有大量的霓虹燈廣告牌。“光控照明電路的制作主要是利用半導體光電器 —— 光敏電阻的特性制作而成的。開關電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。單管 DC/DC 轉換器共有六種，即降壓式（ Buck） DC/DC 轉換器 ，升壓式（ Boost） DC/DC 轉換器、升壓降壓式（ Buck Boost） DC/DC 轉換器、 Cuk DC/DC轉換器、 Zeta DC/DC 轉換器和 SEPIC DC/DC 轉換器。軟開關 DC/DC 轉換器的開關管，在開通或關 斷 過 程 中 ， 或 是 加 于 其 上 的 電 壓 為 零 ， 即 零 電 壓 開 關（ ZeroVoltageSwitching， ZVS），或是通過開關管的電流為零，即零電流開關（ ZeroCurrent 變壓器就是將大電壓，轉