电力电子技术课程设计

电力电子技术课程设计报告触摸式调光台灯电源的设计

指导教师：苏玉刚

学生：焦春晓

学号：20085276

专业：自动化

班级：08级3班

重庆大学自动化学院

2011年1月

课程设计指导教师评定成绩表

指导教师评定成绩：

指导教师签名：年月日

自动化学院2008级自动化专业

电力电子技术课程设计任务书

一、课程设计的教学目的和任务

电力电子技术是研究利用电力电子器件、电路理论和控制技术，实现对电能的控制、变换和传输的科学，其在电力、工业、交通、通信、航空航天等很多领域具有广泛的应用。电力电子技术不但本身是一项高新技术，而且还是其它多项高新技术发展的基础。因此，提高学生的电力电子领域综合设计和综合应用能力是教学计划中必不可少的重要一环。

通过电力电子技术的课程设计达到以下几个目的：

1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Intel网检索需要的文献资料。

2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。

3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。

4、提高学生的电力电子装置分析和设计能力。

5、提高学生课程设计报告撰写水平。

二、课程设计的基本要求

1. 教师确定方向，在教师的指导下，学生自立题目

注意事项：

①所立题目必须是某一电力电子装置或电路的设计，题目难度和工作量要适应在一周内完成，题目要结合工程实际。学生也可以选择规定题目方向外的其他电力电子装置设计，如开关电源、调光灯、镇流器、UPS电源等，但不允许选择其他班题目方向的内容设计（复合变换除外）。

②通过图书馆和Intel网广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料，确定适应自己的课程设计题目。自立题目后，首先要明确自己课程设计的设计内容。要给出所要设计装置（或电路）的主要技术数据（如输入要求，输出要达到的目标，装置容量的大小以及装置要具有哪些功能）。如：

直流电动机调压调速可控整流电源设计

主要技术数据

输入交流电源：

三相380V 10% f=50Hz

直流输出电压：

0~220V

50~220V范围内，直流输出电流额定值100A

I I

直流输出电流连续的最小值为10A

设计内容：

整流电路的选择

整流变压器额定参数的计算

晶闸管电流、电压额定的选择

平波电抗器电感值的计算

保护电路的设计

触发电路的设计

画出完整的主电路原理图和控制电路原理图

2. 在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方

式以及创造能力。要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过刨析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。（注意：所确定的主电路方案如果没有论证说明，成绩不能得优；设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇，且文中有引注，否则也不能得优）。

3. 在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力。要求学生在教师的

指导下，独力完成所设计的系统主电路和控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型），严禁抄袭。

4. 课题设计的主要内容是主电路的设计，主电路的分析说明，主电路元器件的计

算和选型，以及控制电路设计。

5. 课题设计报告要求图表规范，文字通顺，逻辑性强。课题设计报告字数5000字

左右。

三、课程设计的工作计划

课程设计时间5天。第1天上午，指导教师向学生讲授课程设计的目的、任务、设计方法和注意事项。第1天下午和第2天学生到图书馆和Intel网上按照指导教师的要求查找所需要的文献，并在阅读分析中确定自己的研究题目、技术数据和设计内容，交指导教师审阅。第3天学生的主要任务是确定方案。第4天和第5天，学生的任务是综合所学知识，进行主电路和控制电路的设计，撰写课程设计报告。

四、各班的题目方向

II II

1班题目方向：相控整流技术的工程应用

2班题目方向：斩波技术的工程应用

3班题目方向：交流调压或交流调功技术的工程应用4班题目方向：无源逆变技术的工程应用

III III

目录

1 引言 (1)

2 触摸式调光台灯的电源设计的基本要求 (1)

3 触摸式调光台灯的电源电路总体方案的设计及相关原理 (1)

3.1 基本电路图及相关原理 (1)

3.2 方案论证 (2)

4 触摸式调光台灯的电源主电路设计及参数计算 (2)

4.1 主电路设计 (2)

4.2参数计算 (4)

5 触摸式调光台灯的电源触发电路 (4)

5．1控制电路设计 (4)

5．2控制电路中注意的问题 (6)

6 保护电路 (6)

7 课程设计总结 (6)

参考文献 (7)

焦春晓：触摸式调光台灯的电源设计

触摸式调光台灯的电源设计

1 引言

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。随着科技的不断发展和人们要求的不断提高，电力电子技术的应用越来越广泛。【1】交流调压电路广泛应用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软启动，也用于异步电动机调速。本次课程设计，我设计的是一个触摸式调光台灯【4】的电源的设计。台灯是我们生活中的重要的生活用品，我们正在进入一个低碳的社会，节约能源成了我们生活重要的一部分。而触摸式调光台灯则可以帮助我们节约能源。

2触摸式调光台灯的电源设计的基本要求

2．1主要技术指标

输入：单相220V交流电压，f=50Hz

输出：单相交流电压 0～220V

2．2电源的设计要求

1具有交流调压的功能

2具有输出电压可调的功

3具有保护电路和电子器件的功能

3触摸式调光台灯的电源电路总体方案设计及相关原理

3．1基本电路图及相关原理

第1页

焦春晓：触摸式调光台灯的电源设计

第2页 现在市场上调光台灯的种类繁多，经过对比之后，我决定选择一下设计方案来设计我的触摸式调光台灯电源的设计，电路中应用晶闸管来调节输出电压。

【5】 AC

图1电路设计的总体方案

基本原理：调光台灯电源的设计由主电路和控制电路。主电路采用的是交流调压电路，我采用双向晶闸管来代替两个晶闸管的反并联串入电路中。我们通过控制双向晶闸管的触发角α的大小来调节输出电压。而晶闸管的触发则采用芯片BA2101来控制。BA2101是一个触摸高灵敏度的集成电路，我们通过触摸M 来使芯片来调节晶闸管的触发角，从而来调节输出电压的大小。在电路中有加入了一个电感和电容来组成低通滤波器，用来防止台灯产生的高次谐波辐射对其它电器的影响，比如手机、电脑等。

3．2方案论证

通过与市场先在流行的调光台灯电源的对比，通过触摸式的控制，使人能够更加方便地调节。现在国家正在提倡低碳社会，而触摸式调光台灯电源的设计可以充分地帮助我们节约电能。通过一个集成的BA2101芯片简化了电路，却能够方便的实现触摸控制，对比传统的一个开关的台灯电源设计，本设计有较大的优势。同时新颖的触摸式调光设计也能够吸引人们的眼球。

4触摸式调光台灯的电源主电路设计及参数计算

4．1主电路设计

焦春晓：触摸式调光台灯的电源设计

第3页 主电路我们采用的是交流调压的方式。所谓的交流调压就是把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。【2】相位控制交流调压又称相控调压，是交流调压中的最基本的控制方式，应用最为广泛。主电路如图2所示：

图2单相交流调压电路

图3 电路输入、输出电压和电流波形图【2】

单相交流调压电路的工作原理：单相交流调压电路的基本工作原理是：在 u 1的正半周和负半周，对双向晶闸管分别开通角α

进行控制就可以调节输出电压，

焦春晓：触摸式调光台灯的电源设计

正、负半周α起始时刻（α =0）均为电压过零时刻。稳态时，正、负半周的α相等，负载电压波形是电源电压波形的一部分，带电阻性负载时负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同。

4．2参数计算

由主电路图可知，电路中主要应用带电力电力器件。下面我们来进行参数运算，选择合适的电力电子器件。

主电路中，我们可以看成是电阻性负载，由所学知识可知，晶闸管承受的的最大正向电压和最大反向电压为。流过晶闸管的电流和流过小灯的电流相同。选用晶闸管时，额定电压要留有一定裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的23倍【2】，即

电路中流过灯泡的电流有效值为I T,当控制角时，I T=（U/R）A。晶闸管的通态平均电流选取时考虑到一定的安全裕量，即

我们选用220V，20W的台灯，则由计算可得台灯的电阻大小R=2420，流过台灯的有效电流为=0.0909A=90.9mA。

根据上述公式可求得，要选取的晶闸管必须满足以下要求：额定电压为622.25933.38V,额定电流为86.8115.8mA。

5触摸式调光台灯的电源触发电路

5．1控制电路的设计

BA2101是BEC公司生产的专用于调光台灯的集成电路，它具有高触摸灵敏度的控制特性，可适用于金属感应面板控制。BA2101芯片可适用于50Hz／60Hz两

第4页

焦春晓：触摸式调光台灯的电源设计

种交流市电频率，其控制方式为三段式步进亮度及开关控制，即每触摸一次台灯上的金属感应电极，台灯亮度按“弱光、中光、强光、关、弱光??”变化。【3】BA210l典型应用电路如图4 所示。直流电源由VD1、VS、R3和C4组成，通电后在C4的两端可获得9V左右的直流电压供集成电路用电，R4为集成电路提供交流同步信号，R5是集成电路外接振荡电阻器，C3是隔离安全电容，M为触摸电极。当人手触摸电极M时，人体感应的交流杂波信号经C3、R8、R7送到集成电路第④脚，经集成电路BA2101内部电路处理后，第⑥脚输出触发信号经C1、Rl 加至晶闸管的门极，使VTH导通，电灯E点亮；第二次触摸M时，可改变第⑥脚输出脉冲前沿到达时间，因而可使灯光的亮度发生变化。反复触摸M，灯的亮度就按“弱光、中光、强光、关、弱光”循环变化。改变放电电阻R6的大小和放电电容C2的数值就可以改变各档亮度的差异。该电路非常适用于台灯、壁灯和电风扇的调速控制。【3】

VTH采用MAC94A4型触发电流较小的小型塑封双向晶闸管、VD1采用IN4004、VD2、VD3采用1N4148型开关二极管、VS采用2CW57、R3采用RJ2W型金属膜电阻器，其余的电阻用RTX-l/8W型碳膜电阻器，各电阻的阻值分别为R1为150Ω、R2为10KΩ、R3为39KΩ、R4为2MΩ、R5为620KΩ、R6为2MΩ、R7为470Ω、R8为1kΩ；C1用涤纶电容器；C2、C4用CD11-16V型电解电客器；C3采用耐高压的CBB 1000V型聚丙稀电容器。电容量分别为C1为0.033μF 、C2为l0μF,、C3为560pF、C4为47μF。【3】

第5页

焦春晓：触摸式调光台灯的电源设计

第6页 图4 BA2101芯片的典型应用电路

我们将BA2101芯片接入电路中，发挥它的触摸高灵敏度

【4】，来实现我们的

触摸式调光台灯电源的设计。

5．2控制电路中注意的问题

应当注意的是，控制电路的频率需和主电路一致，能够保证实现对主电路的控制作用。对于触摸极，我们应当予以保护，以免触摸极失效，从而失去对主电路的控制。 6保护电路

我们在设计好的电路，选取合适参数的电力电子器件的同时，也要注意对电路的保护，采取合适的过电压保护、过电流保护、du/dt 保护和di/dt 保护是必要的。

抑制du/dt ，一般采用RC 吸收电路即可，如图5所示。抑制di/dt ，我们采用图6的方法。

L

图5抑制du/dt 图6抑制di/dt

7课程设计总结

通过本次课程设计，我对电力电子技术在生活中的应用有了更深刻的体会，同时巩固和提高了我所学的知识，尤其是有关交流调压电路方面的知识。在本次课程设计中，我对于怎样搜集资料、查找论文、提取自己所需要的知识，有了进一步的提高。通过本次电力电子技术设计，我对于自己所学的知识在生活中的应用有了具体的认识，正如苏老师所讲，21世纪，电力电子技术必将是一门热门的学科。在本次设计中，我也感觉到自己所学的知识太少，有很多不足之处，需要更努力的学习来补充。

焦春晓：触摸式调光台灯的电源设计

参考文献

[1] 梁光耀.电力电子技术的应用. 信息与电脑,2010

[2] 王兆安，黄俊.电力电子技术(第四版).北京：机械工业出版社，2008

[3] 牛轶霞，宋吉江.BA2101、BA5173--两款灯光控制专用集成电路.家庭电子（爱好者），2005

[4] 赵大风，黄树波.触摸式调光台灯.电子世界，2007

[5] 福满.浅谈调光台灯的使用及可控硅的代换.家庭电子，2005

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/edce.html