触摸式带记忆台灯调光电路设计

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2.1 触摸式调光台灯开关设计
该调光台灯开关摆脱了传统的机械式拨动开关调光,电位器调等形式,通过 人手触摸电极片(金属片)来实现对灯光的开,关及连续调光控制。
2.2 电路原理
触摸式调光台灯开关的电路图如图 4 虚线右边所示。左边是为了便于说明电 路原理而绘出的被控台灯电路。在该电路图中,H 为不大于 100W 的白炽灯,可用 1A/400V 的双向晶闸管 VS 来控制。若白炽灯功率大于 100W,则应该相应加大双 向晶闸管 VS 的额定电流(最大可达 10A)。芯片 A(NB7232)使用的 5V 直流电源直 接由 VD1,VD2,R1 与 C1 组成电阻降压半波整流稳压电路从 220V 交流市电中获取。 同时,市电经 C2 虑出尖脉冲干扰,由 R2 将截取捕获的 过零同步信号送入芯片 NB7232 的同步输入端,使内部锁相环电路与市电保持同步 相角。VD3 作为放电二极管,用于保护 C2 不被击穿。C3 是芯片内部锁相环电路 的外接虑波电容器。电容器 C4 用于降低 8 脚输出的控制脉冲电压,R3 为双向晶 闸管 VS 控制极的限流,隔离电阻器,它可以防止因晶闸管 VS 控制极出现故障高 压而导致芯片 NB7232 的损坏。M1 为手触电极片,用铁片或黄铜片等材料加工而 成,形状和大小均无严格要求。R5, R6 为两只串连的高阻电阻器, 阻值之和应大于 6 M,而且不能用一个电阻器来代替。这样,使用中 万一有一个电阻器受潮或碰触短路,也能确保使用者的安全。人体触 摸信号(与市电同频率的微弱交流电泄漏信号)经过保安电阻器 R5,
图2
波,放大,整形成为标准的 MOS 电压。当手指触摸时间大于 32 毫秒,小于 332 毫秒时, 控制逻辑控制芯片电路呈开关工作状态。当触摸时间大于 332 毫秒时, 控制逻辑控 制芯片电路呈调光工作状态, 输出触发(可控硅)脉冲相位角在,之间连续周期变化 (根据人眼的感受力,分为快,慢和暂停三个过程)。当停止触摸时, 亮度记忆电路对该 时刻相位角进行记忆,若再施与大于 32 毫秒,小于 332 毫秒的触摸, 电路即呈关状态, 相位角仍由该部分进行记忆保证电路在下一次呈开状态时, 保持上次选定相位角, 光源保持原亮度。该芯片要求输出触发(可控硅)脉冲与市电同步,这由锁相环电路保 证, 电路的工作时间也由它产生。同时,该芯片电路还具有遥控(即远端触发)功能 和渐睡(即由亮到暗,最后关闭熄灭)功能,其延续时间可由外电路设置。
D 5V
无输出
输入高电平 VI —— 2
3
8
V
H
输入低电平 VIL —— 1
2
5
V
输出电流 II VDD=+5V —— 10
—— mA
输出高电平 Vo ——
—— 5
—— V
H
输出低电平 Vo ——
—— 1.5
—— V
L
图3
4
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第 2 章 课题设计开发
2、 课题设计开发
NB7232 不仅能够设计,生产出各种新颖的电子灯具控制器,而且还能够开发出 诸如电风扇调速开关等电子控制产品。下面介绍几种电路简洁,性价比高,体积小, 能耗低的实际应用电路。
1.3 芯片参数:
3
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第 1 章 芯片 NB7232 概述
NB7232 因采用先进的 CMOS 工艺制作,能在 3——12V 直流电压下工作,典型 工作电压为 5V。NB7232 的直流电特性如表 3 所示。
NB7232 的主要参数指标:开关灯时间不超过 332ms(约 1/3s),调光时间大于 332ms, 调光周期为 4.2s, 调光移相范围为 41 度至 159 度,可控制 50Hz 及 60Hz 的 交流电。
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前言
前言
随着社会生活水平的提高,人们对住宅装饰审美愈来愈讲究,新潮家具配上 豪华灯具,不但给人以富丽堂皇的感觉,而且可以给家庭成员提供一个舒适的生 活环境。
由于豪华灯具采用了电子技术,因此它不局限于款式和造型上的变化,而且 在功能上也有所突破。近年来具有调光,触摸,闪烁自控等多种功能的电子灯具 已层出不穷,极大地美化了家庭居室环境及其他场所。特别是最近几年,由于微 电子技术的迅猛发展,不少灯光控制专用集成电路想继问世,使电子灯光控制器 产生了质的飞跃无论在控制方式,控制功能,还是工作可靠性上,都有了极大的 提高。
目前,各厂家推出的 CS7232,SM7232,BA2103 型多功能调光控制集成电路,其 内部结构,功能和外形与 NB7232 完全一致,可以直接互换使用。
参数名称 符 测试条件 最 小 典 型

工作电压 VD ——
35
12
V
D
工作电流 ID VDD=+ —— 400 600
uA
6
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第 2 章 课题设计开发
相位角仍由亮度存储器记忆,保证电路在下一次开状态时,保持原来选定的相位 角,光源保持原亮度。再此期间,只要不关断电源,下次再开灯的时候,白炽灯 仍起始于这一亮度。但灯光亮度变化将与上一次的调光趋势相反,即逆向调光。 触摸调光功能可以使人们根据需要,随意调节台灯的光照强度。
1.2 引脚功能
NB7232 各引脚的功能如下:第 1 脚 VDD 为电源正极,接 5v 电压;第 2 脚 Doze 为延迟熄灭时钟脉冲信号输入端,每引入一个负脉冲信号, 灯光将会变暗一点, 灯光从最亮(可控硅的导通角 159 度)变到最暗(可控硅的导通 角变至 41 度)最后截止(不输出触发可控硅的脉冲),此过程共需 83±3 个负脉冲信号, 第 3 脚 Cap 为内部锁相环电路的外接电容器端(参考值 0.0uF47); 第 4 脚 Syn 为交 流电源同步频率信号输出端,由内部锁相环锁定后作为移相电路及亮度记忆电路产 生输出触发脉冲的零相位基准; 第 5 脚 Sen 为触摸控制信号输入端,低电平触发,外 接金属触摸板; 第 6 脚 Slave 为按键控制信号输入端,内部设有特殊逻辑电路, 高电 平触发有效,在长线远距离控制时不易受干扰而造成芯片误动作,用于较远距离的 按键式调光控制; 第 7 脚 Vss 为电源负极端: 第 8 脚 Out 为触发双向晶闸管导通角 控制脉冲信号输出端,它能输出 83+3 级不同的负脉冲调光控制信号和高电平关灯 信号。
此外,电路中还设计了消干扰网络和弱光指示灯。在电路中,电感 L 和电容 C1 用来消除为双向晶闸管 VS 导通或截止瞬间产生的高频干扰辐射,以防它向输 电网外泄,干扰周围音响及视频设备的正常工作。图中的 LED 为弱光指示灯,便 于夜间寻找开关位置。若不需要弱光指示,可用导线将 LED 两端焊点连接起来即 可。
1N4007 2CW53
470pF 0.047 uF 0.1uF 0.1uF/250V 680pF
100uF/10V
数量 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1
备注 IC
VS(1A/400V) R1(1W)
R2(1/8W) R3(1/8W) R4(1/8W) R5(1/8W) R6(1/8W) VD2—VD3 VD1(5.1V/0.25W) C2
2.3 电路工作流程
当用手指触摸电极片 M 时,人体感应电信号通过保安电阻器 R5, R6 加到 NB7232 的 5 脚上,使集成块内部电路工作。当手触时间持续在 332 ms(约 1/3s)以 内时,集成电路内部控制逻辑部分控制电路使双向晶闸管 VS 呈现开灯或关灯功 能。即触摸一下电极片 M,双向晶闸管 VS 导通,电灯 H 亮,再触摸一下电极片 M,VS 截止,电灯 H 灭。当触摸持续时间大于 332 ms 时,集成块控制逻辑部分 的控制电路即进入亮度调节功能,调光采用移相方式,相角大小控制灯光的明亮 程度。调光移相范围在 41 度——159 度,其中,41 度对应微亮,159 度对应最亮。该 电路灯光是由最亮逐渐变至微亮,又从微亮逐渐变至最亮,即集成电路 8 脚输出 的触发脉冲相位角在 41 度——159 度之间连续周期变化。这样变化一周需 4.2s。 当人手触摸停止时,灯光不再变化而保持这一瞬间的亮度,此时亮度存储器对该 时的相位角进行记忆,若再施与大于 32 ms,小于 332 ms 的触摸,电路呈关状态,
在此背景下,本论文详细介绍了触摸式带记忆台灯调光电路的设计及工作过 程。此外,还略微介绍了对触摸自熄式调光台灯电路和电风扇的触摸调速电路的 设计,以增进对触摸调光芯片 NB7232 的认识。
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第 1 章 芯片 NB7232 概述
1、芯片 NB7232 概述
NB7232 触摸(按键)式无极调光(调速)/开光电路,是宁波市科技园区甬晶微电子 有限公司经过优化设计和工艺改进后,推出的新一代多功能产品,完全兼容于早期 的 LS7232,CS7232,M7232,SM7232 等,也是标准的 8 脚 DIP 塑料封装,其引脚排列如 图 1 所示。由于 NB7232 采用了 CMOS 工艺制作,工作电压 5v,较早期采用 PMOS 工艺的 LS7232(工作电压 15v)的性能和稳定性要好的多。NB7232 广泛应用于生活 中白炽灯(台灯,吊灯等)和小型交流电动机速度(台扇,吊扇,吸尘器等)的控制。它与 一个主要由双向可控硅组成的外围电路一起,采用触摸金属片,或轻触按钮开关等 方式控制光源(或电机)进行连续调光(或调速)及开关,并具有对调光(或调速)位置的 记忆功能,而且还能够通过脉冲发生电路对白炽灯进行延迟熄灭控制。具有低功耗, 多功能,高灵敏度等特点,摆脱了传统的有触点型机械开关或电位器的形式,是开发, 生产各种新颖灯具的理想专用集成电路。
图1
1.1 工作原理
芯片电路由输入缓冲器,锁相环,控制逻辑,亮度记忆,相角指针,数字比较器和 输出驱动器等组成,其结构框图见图 2 所示。
电路的基本工作原理为(触摸调光为例):人体带电与市电同频,当人体(以手指 为例) 触摸摸片时, 触摸信号从手指经输入缓冲级的削
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第 1 章 芯片 NB7232 概述
元器件选择列表:
序号 元件名称
1
集成电路
2
双向晶闸管
3
金属膜电阻
4
金属膜电阻
5
金属膜电阻
6
金属膜电阻
7
金属膜电阻
8
金属膜电阻
9
整流二极管
10 稳压二极管
11 瓷片电容
12
瓷片电容
13
瓷片电容
14
瓷片电容
15
瓷片电容
16
电解电容
型号规格 NB7232 MAC97A6 39K 1.5M 220 330K 3M 3M
注:该电路对电感 L 的量要求不严,一般只要 200uH 左右即可。可用直径 0.5mm 左右的漆包线在小磁棒上绕数十圈就可以了。
将焊接好的电路板直接装入普通白炽台灯的底座腔内,制成新型高档触摸调 光台灯。触摸电极片 M 可以是粘贴在灯作上的金属环,也可以是镶在灯罩沿上的金 属环,还可以巧妙地用台灯现有的金属外壳
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2A
220
R3 LED
VS VD1
C1
1
C3
C6
L
VD3
C2 4 H
R1 VD2
R2
NB7232
第 2 章 课题设计开发
8 R4 C4
5
C5
R5 R6
触触触
图 4 触摸式调光台灯电路图
R6,输入到 A 的第 5 脚,因第 5 脚低电平有效,故对噪声电压较敏感, R4, C5 即用于虑 除噪声和干扰杂波,以满足 5 脚的输入灵敏度。但 C5 的容量大小会影响触摸灵敏度 的高低。若 C5 取值小,触摸灵敏度就高,但易受干扰;若 C5 取值大,触摸灵敏 度就低,但工作稳定。设计应根据情况进行适当调整。R4 一般可在 220——680k 之间选取。芯片 NB7232 的第 2,6 引脚功能暂未利用,故在这个电路里应分别接 VDD 和 VSS 端,以免悬空产生干扰信号。
2.4 元器件选择及细表
制作时,双向晶闸管 VS 用 MAC97A6(1A/400V)小型塑封双向晶闸管。VD1 用 5.1V/0.25W 普通硅稳压二极管,如 2CW53。VD2—VD3 用硅整流二极管,如 1N4007。R1 用 RJ——1W 型金属膜电阻器, R2—— R5 均可采用 RTX——1/8W 型 金属膜电阻器。C1 用 CD11——10V 型电解电容器,C 2——C 5 均用 CT1 型瓷介 电容器。整个调光开关电路可焊接在尺寸约为 48mmX30mm 的印刷电路板上,具体 元器件参数见下表:
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