500-1500w软开关型舞台调光灯交流调压系统毕业设计(编辑修改稿)

500-1500w软开关型舞台调光灯交流调压系统毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

、负载阻抗角  都有关系。 其中负载阻抗角 )arc tan( RwL ,相当于在电阻电感负载上加上纯正弦交流电压时，其电流滞后于电压的角度为 。 为了更好的分析单相交流调压电路在感性负载下的工作情况，此处分   ， 三 种工况分别进行讨论。 （ 1）  情况 图 21 电路图 图 22 工作波形图（  工况） 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 5 上图所示为单相反并联交流调压电路带感性负载时的电路图，以及在控制角触发导通时的输出波形图，同电阻负载一样，在 iu 的正半周  角时， iT 触发导通，输出电压 ou 等于电源电压，电流波形 0i 从 0 开始上升。 由于是感性负载，电流 oi滞后于电压 ou ，当电压达到过零点时电流不为 0，之后 oi 继续下降，输出电压 ou出现负值，直到电流下降到 0 时， 1T 自然关断，输出电压 ou 等于 0，正半周结束，期间电流 oi 从 0 开始上升到再次下降到 0 这段区间称为导通角 0。 由后面的分析可知，在  工况下， 180 因此在 2T 脉冲到来之前 1T 已关断，正负电流不连续。 在电源的负半周 2T 导通，工作原理与 正半周相同，在 oi 断续期间，晶闸管两端电压波形如图所示。 为了分析负载电流 oi 的表达式及导通角  与  、  之间的关系，假设电压坐标原点如图所示，在 t 时刻晶闸管 T1导通，负载电流 0i 应满足方程： L0Riddtio = iu = iU2 sin t 其初始条件为： 0|0 wti 解该方程，可以得出负载电流 0i 在   wt 区间内的表达式为： ])s i n ()[ s i n ()(2 t a n/)(20   ti etLR Ui 当  t 时， 00i ，代入上式得，可求出  与  、  之间的关系为  ta n)s in ()s in (  e 利用上式，可以把  与  、  之间的关系用下图的一簇曲线来表示。 图 23 与  、  之间的关系曲线 图中以  为参变量，当 00 时代表电阻性负载，此时   0180 ；若  为某一特定角度，则当    时， 0180 ，当  时，  随着  的增加而减小。 上述电路在控制角为  时，交流输出电压有效值 0u 、负载电流有效值 0i 、晶闸管湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 6 电流有效值 TI 分别为   2 )22s in(2s in10  UU   c os )2c os (s in2 1  ZI VT IvtI 20 12UZII VTVTN  式中， max0I 为当 0 时，负载电流的最大有效值，其值为 22m a x0 )( lRUI i  IT* 为晶闸管有效值的标玄值，其值为 IT* =   c o s2 )2c o s (s in2  由上式可以看出， IT* 是  及  的函数下图给出了以负载阻抗角  为参变量时，晶闸管电流标幺值与控制角  的关系曲线。 24 晶闸管电流标幺值与控制角  的关系曲线 当  、  已知时，可由该曲线查出晶闸管电流标幺值，进而求出负载电流有效值 I0 及晶闸管电流有效值 IT。 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 7 （ 2）  情况 当控制角  时，负载电流 0i 的表达式中的第二项为零，相当于滞后电源电压  角的纯正弦电流，此时导通角 0180 ，即当正半周晶闸管 1T 关断时， 2T 恰好触发导通，负载电流 0i 连续，该工况下两个晶闸管相当于两个二极管，或输入输出直接相连，输出电压及 电流连续，无调压作用。 图 25  情况下的输出波形 (3)  情况 在  工况下，阻抗角  相对较大，相当于负载的电感作用较强，使得负载电流严重滞后于电压，晶闸管的导通时间较长，此时式仍然适用，由于  ，公式右端小于 0，只有当 180)(   时左端才能小于 0，因此 180 ，如图所示，如果用窄脉冲触发晶闸管，在 wt 时刻 1T 被触发导通，由于其导通角大于 180 ，在负半周 )( wt 时刻为 2T 发出出发脉冲时， 1T 还未关断， 2T 因受反压不能导通 , 1T 继续导通直到在 )( wt 时刻因 1T 电流过零关断时， 2T 的窄脉冲 2Gu 已撤除， 2T 仍然不能导通，直到下一周期 1T 再次被触发导通。 这样就形成只有一个晶闸管反 复通断的不正常情况， 0i 始终为单一方向，在电路中产生较大的直流分量；因此为了避免这种情况发生，应采用宽脉冲或脉冲列触发方式。 图 26 窄脉冲触发方式 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 8 主要性能指标及参数 1）用于对 500— 1500W 软开关型舞台灯交流调压电路，手动设定舞台灯照度参数值； 2）常温下调压比为 1:30，温度漂移为 5%/0— 40℃； 3）控制核心为 555 时基电路，可采用任意公司的 555 时基电路构成，主电路要求为 VMOS 管软开关型单相交流调压电路。 4） 元器件数量不得多于 50 个。 5）外部电位器进行电压给定，电位器使用单圈电位器，并带有照度刻度指示。 图 27 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 9 主电路的分析 桥式整流电路 ： 桥式整流电路如图 1 所示，图（ a）、（ b）、（ c）是桥式整流电路的三种不同画法。 由电源变压器、四只整流二极管 D1~4 和负载电阻 RL 组成。 四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。 图 31 桥式整流电路图 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 10 桥式整流电路的工作原理 如图 2 所示。 图 2 桥式整流电路 在 u2 的正半周， D D3 导通， D D4 截止，电流由 TR 次级上端经 D1→ RL → D3 回到 TR 次级下端，在负载 RL 上得到一半波整流电压 在 u2 的负半周， D D3 截止， D D4 导通，电流由 Tr 次级的下端经 D2→ RL →D4 回到 Tr 次级上端，在负载 RL 上得到另一半波整流电压。 这样就在负载 RL 上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电流的计算与全波整流相同，即 UL = IL = ／ RL 流过每个二极管的平均电流为 ID = IL／ 2 = U2／ RL 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 11 控制回路 ： 主电路控制回路是从整流电路正端过来通过控制元件 IRF840 回到整流电路负端， IRF840 在电路当中起到了 开关控制的作用，直接作用于整个电路的主回路当中„„ 控制电路的分析 控制电路主要由两大部分组成：单稳态电路，保护电路组成。 单稳态电路 单稳态电路 只有一个稳定状态。 在外界触发脉冲的作用下，电路从稳态 翻转到暂态，在暂态维持一段时间之后，又返回稳态，并在输出端产生一个矩形脉冲。 单稳态的电路组成 :它是由 555 定时电路构成，电路图为：如图（ 1）所示 图 （ 1） 稳定状态 接 通电源前， Iu 为高电平。 接通电源后， DDV 经 R 对电容 C 充电，当电容 C上的电压DDc Vu 32时，由于DDI Vu 31， 555 定时器输出为低电平。 放电管 V导通，电容 C 经 V 迅速放电， 0cu ，此时由于DDTH VU 32，DDTR VU 31，所以555 定时器保持为 0 状 态不变。 稳态时， 0cu 、 00u。 暂稳态 在负触发脉冲 Iu 作用下，低电平触发端 RT 得到低于DDV31的触发电平，由于此时 0cu ，因此，DDTR VU 31、DDTH VU 32， 555 定时器输出高电平。 同时放湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 12 电管 V截 止，电路进入暂稳态，定时开始。 暂稳态阶段 （ 1t 2t ） ，电容 C 充电，充电回路为 DDV → R→ C→地，充电时间常数为 RC ， cu 按指数规律上升。 自动返回稳定状态 当电容电压 cu 上升到 DDV32时，由于DDTH VU 32、 DDTR VU 31，故 555定时器输出 0u 由高电平变为低电平 ，放电管 V由截 止变为饱和，暂稳态结束。 电容 C 经放电管 V放电至 0V，由于放电管和导通的等效电阻较小，所以放电速度快，在这个阶段输出 0u 维持低电平。 电路返回稳态后，当下一个触发信号到来时，又重复上述过程。 由图可知，输出脉冲宽度 wt 为电容 C 上的电压 cu 由 0 到DDV32所需的时间 )]e x p ()()0([)( tUUUU CCCC   （ 1） 由（ 1）中 t= wt ,时间常数 RC ，可得： )()( )0()(ln WCC CCw tUU UURCt   (2) 而 ccc VU )( ， VUc 0)0(  ，ccwc VtU 32)(  则可得： RCVVVRCtCCccccw 320ln  由上式可见，脉冲 宽度 wt 大小与定时元件 R、 C 的大小有关，而与输入脉冲宽度及电源电压大小无关，调节定时元件，可以改为输出脉冲宽度。 （ 2） 保护电路 TVS瞬变电压消除器： 在该电路当中此器件专门设计用于吸收 ESD能量并且保护系统免受 ESD损害 的固态元件。 TVS 二级管将限制在被保护器件上的电压刚好高过额定电压，但是却远低于破坏的阀值电压。 三极管高压保护电路： 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 13 电路正常工作时 T3 处于截止状态， T2 处于导通状态，当单稳态电路来一个高电平脉冲信号 T3 就处于 导通状态，电流就从 T3 的集电极 流通到发射极，从发射极流出来的电流直接被短路到地，通过三极管的开关特性构成了对 IRF840敏感元件的报护电路。 其中晶闸管前面的稳压管事为了牵制晶闸管上的电压的。 在这对晶闸管起了一个钳位保护作用。 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 14 第三章 电路的原理分析 555 定时器原理 555 集成电路是有运算放大器组成的单门限 电压 比较器 ，基本 RS 触发器及工作于开关状态的双极型三极管集成一起的电路模块。 555定时器内部结构如图所示： 555 定时器内部结构图 555 定时器电路的工作原理： 电压比较器 C1 和 C2，基本 RS 触发器，放电晶体管 T，与非门和反相器组成。 分压器为两个电压比较器 C1， C2提供参考电压。 如 5 脚悬空，则比较器 C1的参考电压为 2/3*Ucc,加在同相端； C2 的参考电压为 1/3Ucc,加在反相端。 Rd 是复位输入端。 单 Rd=0 时，基本 RS 触发器被置 0，晶体管 T 导通，输出端 Uo 为低电平。 正常工作时， Rd=1。 U11 和 U12 分别为 6 端和 2端的输入电压。 当 U112/3*Ucc,U121/3*Ucc 时， C1 输出为低电平， C2 输出为 高电平，即 Rd=0,Sd=1,基本 RS 触发器被置 0，晶体管 T 被导通，输出端 Uo 为低电平。 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 15 当 U112/3*Ucc,U121/3*Ucc 时， C1 输出为高电平， C2 输出为低电平，即 Rd=1,Sd=0,基本 RS 触发器被置 1，晶体管 T 被截止，输出端 Uo 为高电平。 555 定时器在一般的情况下具有较强的带负载能力。 单稳态电路波形的产生 单稳态触发器特点：电路有一个稳态、一个暂稳态。 在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。 暂稳态不能长久保持，由于电路中 RC 延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。 暂稳态的持续时间取决于 RC 电路的参数值。 ⑴ 没有触发信号时，电路处于一种稳态 没有 触发信号时， 为低电平。 由于门 输入端经电阻 R 接至 ，因此 为低电平。 的两个输入均为 0，故输出 为高电平，电容两端的电压接近 0V，这是电路的“稳态”。 在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态： ,。 ⑵ 外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态 当 时， 的输出 由 1 0，经电容 C 耦合，使 ,于是 的输出 v02 =1, 的高电平接至 门 的输入端，从而再次瞬间导致如。