电力电子设计报告.docx

1、电力电子设计报告电力电子技术课程设计成绩题目： 晶闸管光控电子开关电路设计 教学单位： 机电工程系 专 业： 自动化1101 学 号： 姓 名： 霍明科 指导教师： 2013年 12 月 课 程 设 计 目 的本次设计采用光敏电阻，稳压管，整流电路。设计晶闸管光控电子开关实现自动控制功能，当光照好时，灯不会亮，没有光时，灯自动点亮。课 程 设 计 要 求（1）设计用于220V/60W白炽灯控制的光控电子开关电路，要求在亮环境下灯泡灭，暗环境下灯泡亮，白炽灯控制主电路采用BT151作为控制元件，感光元件采用光敏二极管。（2）光控开关动作可靠，具有良好的节能效果。课 程 设 计 注 意 事 项（1

2、）首先检测印刷电路是否设计正确，元件位置是否安装正确，特别是二极管，电容等极性不要装错。（2）焊接质量尤其重要。焊接时间不宜过长，焊接点应充分接触。注意虚焊，短路等常识问题。（3）制作过程必须听从老师的安排和要求，遵守纪律，注意用电安全，按照正常规程进行操作。课 程 设 计 内 容（1）根据具体情况计算电路参数和用MULTISIM软件做仿真实验。（2）选取元件，识别和测试。包括各类电阻，电容，电感，二极管的数值，质量，电器性能的准确判断。（3）根据实际外壳尺寸大小设计印刷板线路。（4）设计制作印刷线路板（5）焊接，测试电路课 程 设 计 简 要 操 作 步 骤（1）明确设计课程目的，要求，熟悉

3、实验环境。（2）掌握光控电路的工作原理和设计其电路。（3）选取正确，合格的元器件及了解每个元件的功能，特别是晶闸管的工作状态。（4）整流电路的设计（5）安装电路并且调试。（6）根据电路图焊接电路，并检测。课 程 设 计 心 得 体 会通过这次的课程设计让我把电力电子的理论知识运用的实践中，实现了理论与实践的相结合，从中更懂得了理论是实践的基础，实践更能检验理论的真实性，让我受益匪浅。虽然在焊接电路板时出现了很多问题，比如说桥路的方向，稳压管的方向等是否接反，将会导致电路实践的成功，但在同学和老师的帮助下，我们小组顺利的完成了这次课程设计的计划。希望今后能多参加这样的实验实训，不断提高自己的能力

4、。 课 程 设 计 评 语 及 成 绩评 语成 绩指导教师（签 名）2013年6月 日附件：第一章 课程设计内容与要求分析1.1 课程设计内容本次课程设计的内容是晶闸管光控电子开关，它是一种由光照控制的开关，它可以广泛用于学校、工厂、街道灯场合。电路主要由整流电路和光控电路组成。当光照好时，灯不会亮；没有光时，灯自动点亮。使电路具有工作可靠、制作简单等优点。1.2课程设计要求分析（1）设计用于220V/60W白炽灯控制的光控电子开关电路，要求在亮环境下灯泡灭，暗环境下灯泡亮，白炽灯控制主电路采用BT151作为控制元件，感光元件采用光敏二极管。（2）光控开关动作可靠，具有良好的节能效果。1.3

5、方案论证1.3.1 光控电路的组成及应用光控电路是利用光线的变化，对工作状态进行控制的电路，其核心是光敏元件，再加入放大电路和控制电路，光敏元件对光的强弱的反应非常敏感，利用半导体的光敏特性制成的。在没有光照时，呈高阻状态，称为暗阻；有光时呈低阻状态，称为亮阻。亮阻与暗阻的差距越大，说明这个光敏电阻对光线的反应越灵敏。本次设计采用的感光元件是光敏二极管，它利用PN结反向偏置时，在光线照射下，反向电流将由小变大的原理制作而成。控制电路则选用BT151-500R（可控硅）作为控制元件，也称晶闸管，它能在高电压，大电流条件下工作，具有耐高压，容量大，体积小等特点，也就是说，通过小电流小电压控制大电流

6、大电压。1.3.2 光控电路的工作原理电路如图1-1所示，220V交流电通过灯泡DS1及整流全桥后，变成直流脉动电压，作为正向偏压，加在可控硅Q1及R支路上。白天，亮度大于一定程度时，光敏二极管D3呈现底阻状态（即小于1K），使三极管Q3截止，其发射极无电流输出，单向可控硅Q1因无触发电流而阻断。此时流过灯泡DS1的电流2.2mA,灯泡DS1不能发光。电阻R1和稳压二极管D2使三极管Q3偏压不超过6.8V，对三极管起保护作用。当亮度小于一定范围时，光敏二极管D3呈现高阻状态（即大于100K），使三极管Q3正向导通，发射极约有0.8V的电压，使可控硅Q1触发导通，灯泡DS1发光。滑动变阻器R5是

7、亮、暗实现开关转换的亮度选择元件。图1-1 晶闸管光控电子开关原理图第二章 控制电路设计2.1 器件的选取及功能介绍2.1.1 光敏电阻光敏电阻是一种半寻体器件，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻。当有光照时电阻很小，无光照时电阻却很大。可用晶体管组成放大器，做成自动控制电路，实现所需要完成的电路，并把光敏电阻作为晶体管的偏流电阻。光敏电阻一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。如图2-1所示。图2-1光敏电阻结构示意图及电路图光电导体贴在绝缘材料基板上，封装在有窗口的金属或塑料外壳内，两端有电极引线。为增大受光面、减小电极间距使电子渡越

8、时间小，光敏面作成蛇形、电极作成梳状。2.1.2 IN4007IN4007是一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN结，有阳极和阴极两个端子，有颜色一端表示负极。其结构如图2-2所示。一般常用的整流管，一般并联在线圈上，目的是为了防止线圈的断电瞬间存在的过渡过程产生较高的电压破坏电路，接在电路中应该正接负，负接正，即常态下二极管是截至的，在断电的瞬间导通释放储存在电感上的能量。选用整流二极管时，主要应考虑其最大整流电流（1.0A），最大反向电压（1000V），最大功耗（3W）等参数。图2-2 IN4007结构图2.1.3 稳压二极管稳压二极管(又叫齐纳二极管)，如图2-3所

9、示，它是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。利用二极管反向激穿时，两端电压基本不变的原理，常用于限幅、过载保护稳压电源等装置中。 图2-3 稳压二极管2.1.4 晶闸管BT151-500R本次设计选用的是BT151-500R型晶闸管，是PNPN四层半导体结构，如图2-4所示，它有三个极：阳极，阴极和门极; 具有硅整流器件的特

10、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。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。其工作条件为：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

11、接近于零时，晶闸管关断。 图2-4 BT151-500R可控硅晶闸管2.1.5 三极管9031半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或N区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。从应用的角度来讲，可以把三极管看作是一个电流分配器。一个三极管制成后，它的三个电流之间的比例关系就大体上确定了，用式子来表示为如图2-5所示 ，和称为三极管的电流分配系数。 图2-5 三极管电流分配关系式及实物图2.2

12、 整流电路整流电路由4个IN4007整流管组成，分别为VD1，VD2，VD3，VD4。如图2-6所示。正半周电路中，当T1次级线圈上端为正半周期间，上端的正半周电压同时加在整流二极管VD1负极和VD3正极，给VD1反向偏置电压而使之截止，给VD3加正向偏置电压而使之导通。与此同时，T1次级线圈下端的负半周电压同时加到VD2负极和VD4正极，给VD4是反向偏置电压而使之截止，给VD2是正向偏置电压而使之导通。因此，T1次级线圈上端为正半周、下端为负半周期间，VD3和VD2同时导通。负半周电路中，T1次级线圈两端的输出电压变化到另一个半周时，次级线圈上端为负半周电压，下端为正半周电压。次级线圈上端

13、的负半周电压加到VD3正极，给VD3反向偏置电压而使之截止，这一电压同时加到VD1负极，给VD1正向偏置电压而使之导通。与此同时，T1次级线圈下端的正半周电压同时加到VD2负极和VD4正极，给VD2反向偏置电压而使之截止，给VD4正向偏置电压而使之导通。因此，当T1次级线圈上端为负半周、下端为正半周期间，VD1和VD4同时导通。 图2-6 整流电路第三章 电路的安装及调试3.1元器件清单 表1-1元件清单元件序号主要参数数量备注Q1 BT151-500R 1 可控硅晶闸管Q3Photo Sen 1光敏二极管DS1 40W 1灯泡P1 220V 1电源D1 IN4007 4整流桥D2 6.8V

14、1稳压二极管D3S9013 1 三极管 R1100K 1电阻R2470K 1电阻R54.7K 1滑动变阻器 两项 1插座3.2 元器件的焊接根据电路原理图，对元件进行组装焊接。3.3调试 调试前，先将焊好的电路板对照电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路等现象发生。通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。如用万用表检测时，将万需表两表笔接触电路板相应处即可。 在通电实验中，首先是将产品的导线与测试中的导线相连接，在开电源前，要用黑塑料袋将光敏电阻挡住，让其背光，然后在打开电源，调节滑动变阻器，使灯泡发光；灯亮一会儿后，再将遮挡物拿开，则灯瞬间熄灭，说明实验成功。第四章

15、课程设计的总结本次设计的晶闸管光控电子开关实现了其自动控制的功能，当光照好时，灯不会亮；没有光时，灯自动点亮。采用光敏电阻，稳压管，整流电路的设计等诸多方面的知识，使整个系统的设计完成后达到了预期的效果，系统工作稳定。通过这次的课程设计让我把电力电子的理论知识运用的实践中，实现了理论与实践的相结合，从中更懂得了理论是实践的基础，实践更能检验理论的真实性，让我受益匪浅。虽然在焊接电路板时出现了很多问题，比如说桥路的方向，稳压管的方向等是否接反，将会导致电路实践的成功，但在同学和老师的帮助下，我们小组顺利的完成了这次课程设计的计划。为时两周的课程设计，由无从下手，到查看资料，电路的焊接与调试等，使我们不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是锻炼了自己的独立动手与思考的能力，希望以后能有更多这样的机会，对我们以后的工作会有一定的帮助。总结人：霍明科2013年11月7日参考文献1 何希才、毛德柱编著. 新型半导体器件及其应用实例. 北京:电子工业出版社2 杨帮文编. 新型集成器件实用电路. 北京:电子工业出版社3 黄继昌主编. 电子元器件应用手册. 北京:人民邮电出版社4 曲学基，王增福，曲敬铠编著. 稳定电源电路设计手册. 北京:电子工业出版社