霓虹燈光控定時器開關電路設計-資料下載頁

【導讀】研究工作及全面的總結。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。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。與我一同完成畢業設計。（論文）的同學對本課題所做的任何貢獻均已在文中做了明確的說明并表示了謝意。若有不實之處，本人承擔一切相關責任。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，主要是依靠NE555，CD4060以及光敏電阻來實現。與人工手動操作比較起來，開關及時，擁有良好的節能效果。這有效的緩解了世。界當前能源緊缺的情況。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。據統計，上海市年用電總量約為1400億度，其中392億度（28%）用于照明。發展，人類對能源地需求也在逐日增長。題日益受到世界各國的關注。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。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。從國家戰略高度觸發的又一重大決策。

　　

【正文】 42 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。值得注意的是 3842誤差放大器的輸出結構，在 2腳接地時，誤差放大器會完全截止，不再吸入電流，這北京化工大 學北方學院畢業設計（論文） 29 就使 3842 的應用具有了一定的靈活性。圖 、圖 是兩種常用的 3842 控制電路。圖 是標準的 3842 控制電路 。 圖 3842 控制電路一 補償電路 Zi 和 Zf 可以為控制回路提供必要的零極點補償，通過對控制回路傳遞函數的校正，使電源的動態響應得到改善。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狀態， 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 止狀態， 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定，在電源設計中也獲得了廣泛應用。本文所介紹的開關電源欠壓保護電路就是基于這種控制模式設計的。 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。特別是當輸出端短路時，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。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]。 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。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。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，在一些特定應用場合，要求電源在出現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。自恢復功 能的加入會使控制電路的元件數進一步增加，也使控制電路的設計變得復雜化。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、欠壓保護及自恢復功能，是本文所介紹的欠壓保護電路的設計重點。 是單光耦自恢復欠壓保護電路的基本應用電路。 在電源上電后，電容 E1開始充電，當 E1 電壓充至 16V 時， 3842 開始工作。 3842的 8腳出現 5V電壓，并通過電阻 R2 對電容 C1進行充電。此時，由于 2 腳電壓低于， 3842 的誤差放大器會完全截止，而且在電源輸出電壓達到正常值以前，光耦中也不會有 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，次級電容 E2開始被充電。在 C1被充電至 前，由于次級輸出電壓已達到正常值 ，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 飽和導通， C1 通過 R3放電， 2腳電壓最終被穩定在 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節控制，電源進入了穩定工作狀 態。 北京化工大 學北方學院畢業設計（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。 3842 誤差放大器開始輸出低電平，PWM 比較器的比較電壓也變為低電平， 3842 的 6腳停止輸出驅動脈沖后，電源停止了工作，從而實現了快速靈敏的欠壓檢測及保護功能。 電壓值越接近于 ，電源的欠壓保護動作也就越靈敏。 在電源的欠壓保護開始后， D2 不再向 E1 供電， E1 電壓開始下降，當 E1電壓下降到 10V 時， 3842 停止工作， 3842 的 8 腳變為零電壓。 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）。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。 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。 R1 和 E1 決定了欠壓保護時電源的關閉時間， E1的電壓從 10V 上升到 16V 所用的時間即為電源關閉時間，一般取為 1秒左右。在輸入電壓較高時（例如 300Ｖ dc），北京化工大 學北方學院畢業設計（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（例如 48Ｖ dc） ，流過 R1 的電流已不能再近似為恒流，此時可選用小功率恒流管取代 R1，相應的 Ic為恒流管的恒流值。 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 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，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管。 3842 峰值電流控制芯片在單端開關電源中的應用極為普遍，其應用技術也非常成熟，但出于新的設計需要，電源設計者們至今仍需不斷地去 探索嘗試它的新的應用方法。本文所介紹的單光耦自恢復欠壓保護電路的設計簡潔、功能完善，在實際電源設計中已多次使用，實踐證明使用效果良好，有關它的設計思路也可用于其它電源控制芯片的欠壓保護電路設計中 。 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。 第 節 延時電路 的設計 延時電路，是為了在夜間減少短時間的光亮的干擾，比如雷電或者汽車的燈光， 如果不加延時電路，路過的汽車的車燈，會讓電路誤認為是白天到了，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的原理 。 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。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現延時。 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。當然，也可反過來利用放電。延時時間與電容容量、電容漏電，充電電阻，及電壓有關，有時還要把負載電阻考慮進去。 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。 圖 延時電路 當信號來 時候，先對電容充電，如果在電容充滿后，信號還是持續供給的，這樣我們就認為是白天到了，就可以停止燈光的供電，做大切斷，反之，如果在電容充滿前，信號不見了，這證明是雷電的 閃光，或者汽車的閃光，有了這個一個電容，做到了減少誤動作的作用。 第 節 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，一直受到電子行業的青睞，以下是菜用 protel 繪制的原理圖。 北京化工大 學北方學院畢業設計（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。 整個開關電路由電源變換、光控開關、定時開關和交流無觸電開關四部分 組成。要使交流無觸電開關接通（即燈亮），必須同時滿足光控和定時兩個控制開關都接通這個條件，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，作為光控開關電路； CD4060（ IC2）組成定時電路，作為自動定時開關控制電路。 由 NE555 組成的施密特電路，作為光控開關電路。其中電位器 R10 用來調節電 路的光控起控點，當夜晚時，調節 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，使電路工作保持穩定。 接通電流， 220V 交流市電經電容 C1 降壓限流、穩壓二 極管 D2穩壓、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 構成的光控和定時開關電路供電。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。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。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。 電路中的 IC2 組成定時開關控制電路，該電路由一只 14 位 2進制計數 /分頻器兼振蕩器電路 CD4060 組成。 CD4060 屬于數字集成電路，它的內部包含有 14 位二進制計數分頻器，還有一個振蕩器。作為分頻器使用時，它的分頻系數范圍為 24 ～ 214（ 16~16384）。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。如果通過連接 RC元件組成振蕩器，這個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源。 在本電路中， CD4060 通過外接 RC元件組成一個 RC 振蕩器，它的外界 RC元件是R1+R4 和 C2。定時振蕩器的振蕩頻率可由公式 f=1/[（ R1+R4） C2]決定。定時時間T=[（ R1+R4） C2]N。式中的 N 是分頻器的分頻系數，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，分頻系數為 RC 元件數值，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。 定時電路是有 IC1 輸出高電平啟動的，當 IC1 輸入高電平后，電平一方面加至 IC2的電源腳 16 腳，使定時電路工作；同時加至晶體管 Q1 的發射極，由于 IC2 的 3管腳這時為低電平，所以 Q1 導通，將觸發電流加至雙向晶閘管的控制機使其導通，霓虹燈接通電源開始發光。當到達定時時間后， IC2 的 3 管腳輸出高電平， Q1 截止， Q2關斷，霓虹燈熄滅。 到達定時時間后，由于 IC1 仍然輸出高電平， IC2 仍然會繼續工作。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，有時可能會發射到 Q2 使其發生擊穿。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 學北方學院畢業設計（論文） 36 第 3 章 實現安裝和系統調制 如果想要安裝，根據原理電路圖，設計一塊印刷電路板，將所有元器件都焊接在上面。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。焊接好的電路板可裝入一絕緣密閉小盒內，并在盒面板開孔固定 S 及 RL 和 RP 的位置處，應分別開出感光窗口（粘一塊透明有機玻璃片或塑料 片防塵）和調節小孔。最后， RP 調節孔和 X1X4還要用絕緣蓋罩住。 在實際使用時，該光控定時開關應避開風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。整個電路一般僅需調試光控靈敏度和調