日光灯、调光灯课程设计

Hefei University

《电力电子技术课程设计报告》

题目日光灯调光电路设计

指导教师

班级自动化（1）班

姓名

日期2011年6月14日

摘要：

电力电子技术是二十世纪后半叶诞生和发展的一门崭新技术。可以预计，在21世纪电力电子技术仍将以迅猛的速度发展。以计算机为核心的信息科学将是21世纪起主导作用的科学技术之一，这是毫无异议的，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。电力电子技术是21世纪中将会起着十分重要的作用，有着十分光明的未来。

本设计中，设计了一种带整流桥的可控硅调光电路，由于可控硅相控调光具有体积小、价格合理和调光功率控制范围宽的优点，所以可控硅相控调光法是目前使用最为广泛的调光方法。

关键词：单向晶闸管；相控；调光

目录

一、设计题目分析 (3)

二、选择方案 (3)

三、硬件电路设计 (4)

3.1单相桥式整流电路与原理图 (4)

3.2仿真波形 (5)

3.2.1灯E两端某电压值及波形： (5)

3.2.2晶闸管阳极电压波形 (5)

3.2.3晶闸管门极电压波形 (6)

3.3基本器件介绍 (6)

3.3.1晶闸管 (6)

3.3.2三极管 (7)

四、总结 (8)

五、参考文献 (8)

一、设计题目分析

可控硅相控调光是采用相位控制的方法来改变晶闸管导通时间实现调光。对普通反向阻断型的可控硅，其闸流特性表现为当可控硅加上正向阳极电压的同时，又加上适当的正向门极控制电压时，可控硅就导通，这一导通即使在撤去门极控制电压后仍将维持，一直到加上反向阳极电压或可控硅阳极电流小于可控硅自身的维持电流后才会关断。

可控硅相控调光对照明系统的电压调节速度快，调光明显且精度高。由于调光电路主要是电力电子元件组成，相对来说体积小、设备质量轻、性价比高。调压电路由单向晶闸管、三极管及阻容移相电路组成。通过调节电位器RP，即可改变晶闸管的导通角，使加到日光灯管两端的工频交流电压发生改变，从而达到改变日光灯发光亮度的调光目的。因此，我们采用单向晶闸管配合三极管组成的触发电路来进行灯光亮度调节。

二、选择方案

如图1所示是一个适合日光灯使用的单向晶闸管调光灯电路，即用普通三极管触发的单向晶闸管调光灯电路，VT2、VT3组成互补型放大器以构成晶闸管VT1的触发电路。 220V交流电通过灯泡E经VD1～VD4桥式整流，输出全波脉动电压，此电压经R1、R5、RP向电容C充电，使VT3发射极电位不断升高。当高于其基极电压时，VT3、VT2即导通，晶闸管VT1门极即获得触发脉冲，VT1导通。此时，电容C通过VT3、VT2及R3放电，正电源又重新通过R1、R5与RP向其充电……。所以，通过调节电位器RP的阻值可以改变VT2发射极输出脉冲时间的前移或滞后，即改变晶闸管VT1的导通角，亦即可调节灯E的亮度。

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图1日光灯调光电路原理图

三、硬件电路设计

3.1单相桥式整流电路与原理图

单相桥式整流电路是有四个二极管和耗电器件组成。二极管具有单相导电性是不可控器件。四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，所以称桥式整流电路之称。单相桥式整流电路工作原理：

如图2将电源电压转换成电路所需要的电压，提供给耗电元件。当电源电压为正半周期时，电流由二极管D1再过R再经过D3回到负端。D2、D4反向截止，对于R的两边上边为正下边为副的电压。

当电源电压为负半周期时，电流由二极管D2再过R再经过D4回到正端。D1、D3反向截止，对于R的两边上边为正下边为负的电压。

由上边分析可得：单相桥式电路巧妙地利用二极管的单相导电性，无论电源两端的极性如何，正极性端与电阻R的上端相连，负极性端与电阻R的下端相连。

图2单向整流桥电路

设计原理图如下：

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3.2仿真波形

3.2.1灯E两端某电压值及波形：

图3灯E两端电压波形3.2.2晶闸管阳极电压波形

图4晶闸管阳极电压波形

3.2.3晶闸管门极电压波形

图5晶闸管门极电压波形

3.3基本器件介绍

3.3.1晶闸管

晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；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；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。

晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

晶闸管的工作条件：

（1）晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于

关断状态。

（2）晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

（3）晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

（4）晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。

（a）电气图形符号 (b)外形

图6 晶闸管电气图形符号及晶闸管外形

3.3.2三极管

三极管的基本结构是两个反向连的PN结面，有PNP和NPN 两种组合。本设计中9012为PNP,9013为NPN，如图所示。三个接出来的端点依序称为发射极（emitter, E）、基极（base, B）和集电极（collector, C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出PNP和NPN三极管的电路符号，发射极特别被标出，箭号所指的极为N型半导体，和二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个PN结面都会形成耗尽区，将中性的P型区和N型区隔开。三极管的电特性和两个PN结面的偏压有关，工作区间也依偏压方式来分类，这里我们讨论最常用的所谓”正向活性区”(forward active)，在此区E，B极间的PN 结维持在正向偏压，而B，C极间的PN结面则在反向偏压，通常用作放大器的三极管都以此方式偏压。

图7三极管9012