智能调光LED灯

2014年湖北省电子设计大赛暑期培训

智能调光LED台灯

第六组

组员：张建勋，甘杰，原子桢

指导老师：邵建设，谢伟

本智能调光LED台灯有自动和手动两种模式可以选择，自动模式下，LED 灯可以通过环境光线的强弱来改变亮度；手动模式下，有三级档位可以选择，产生三种模式的亮度，并可在液晶屏上进行显示。采用TI公司的电源芯片TPS40210DGQR作为LED灯的供电芯片，电源采用直流稳压电源的12V输出，通过MSP430F5438A单片机输出PWM来控制LED灯亮度，通过ADC12模块进行AD转换，利用G12864显示屏实时显示当前的模式以及亮度。选用TTP224触摸芯片来选择档位和模式，最终可实现LED灯的智能控制。

关键词：TPS40210；PWM；AD转换；TTP224

目录 (3)

1方案设计及论证 (4)

1.1电源芯片的选择 (4)

1.2显示屏的选择 (4)

2理论分析与计算 (5)

2.1电路分析 (5)

2.2功率及PWM的调整 (5)

3单元电路设计与计算 (6)

3.1电源部分 (6)

3.2 LED驱动部分 (7)

3.2.1电路参数的计算 (8)

4程序设计 (11)

4.1单片机控制及扩展模块 (11)

4.2程序流程图 (11)

4.3程序 (11)

5系统测试 (12)

5.1测试波形 (12)

5.2问题测试及误差分析 (12)

6 结论 (14)

7参考文献 (14)

附录 (15)

1方案设计及论证

1.1方案总体设计

从实际出发，智能LED台灯采用直流稳压电源供电，LED功率可能较大，所以需要升压芯片来升压。可以通过单片机产生PWM来控制LED灯的亮度，再由触摸屏选择模式和档位，液晶屏可以实时显示当前模式和光强。系统框图如下：

直流稳压电源升压芯片LED

PWM

触摸按键单片机液晶显示

1.2电源芯片的选择

方案一：采用TI公司推荐电源芯片TPS40210DGQR

优点：TPS40210是宽输入电压（4.5-52V）电流模式异步升压控制器。具有可编程软启动特性，带自动重启的过流保护和可编程的振荡频率。可以用于LED 照明、电池电源系统中，带使能端，方便单片机控制。

缺点：价格较贵，芯片引脚小，不容易焊接。

方案二：采用TI公司推荐电源芯片TPS7A4001DGNR

优点：TPS7A4001DGNR是降压线性电源，具有7V~100V输入范围。单输出低压差线性电压调整器，输出电压1.175V~90V，带使能端，可以用于LED照明电源中。

缺点：同样是TI公司芯片，价格昂贵，且由于是降压芯片，输入电压不容易设计。

方案三：采用PT4115电源驱动芯片

优点：集成度高、性能较好、应用电路简单、价格较平，性价比有优势。

缺点：没有过流保护，DIM引脚复用可能导致控制精度不够。

总结：综上所述，由于TPS40210DGQ是升压电源芯片，具有宽电压的输入范围，输入电压容易调节，且具有过流保护功能，使能端方便单片机控制，因此采用方案一。

1.3显示屏的选择

方案一：选用G12864液晶屏

优点：可显示中文字符，显示范围较宽。

缺点：只能依靠背光显示。

方案二：选用LCD1602液晶屏

优点：字符型液晶，可以显示字符。

缺点：不能显示中文。

2理论分析与计算

2.1电路分析

由于TPS40210芯片具有使能端和PWM输入口，因此可以用单片机来控制输出电流的平均大小。TPS40210输出电流是一个恒流700mA，恒流状态下，LED灯不会产生色差。通过PWM对电流进行调整，一段时间内关闭电流，从而改变LED 灯的亮度，实现了多档调光。在自动模式下,选用了较大阻值光敏电阻，通过与另外一个电阻串联，由串联分压的原理，可以得到在分压电阻上的电压，从而可以推得光敏电阻上的电压，送到单片机进行AD转换，以实现自动调光。

2.2功率及PWM的调整

虽然TPS40210DGQR具有宽电压输入特性，但较低的电压输入较高的负载会给芯片带来很大压力，容易烧坏芯片，因此采用12V输入。LED灯的输出功率需要达到1W以上，所以选用了10颗LED，输出功率达到了10W，在实验过程中发现，不同的输入PWM频率会造成LED灯闪烁。通过TPS40210的数据手册可以看到，COMP引脚是TPS40210芯片的误差放大器的输出，在COMP引脚和FB引脚之间会形成一个环路补偿网络，而原理图外部同样外接了一个反馈回路，输入的信号会和COMP引脚的信号相与，最终形成的信号送给TPS40210。在用示波器观察时，发现COMP引脚的输出波形达到了33KHz（图1 COMP口波形）。而PWM输入频率不应超过COMP口的20％。因此，单片机产生的PWM频率也达到了30KHz，由于波形一致，相与得到的结果可以送给芯片使其驱动LED。

3单元电路设计与计算

3.1电源部分

智能LED台灯的驱动电源我们采用直流稳压电源。直流稳压电源是以220V 工频电压供电，通过变压器降压，二极管整流，电容滤波，三端稳压器件进行稳压，从而产生±12V，±9V，±5V六个输出。二极管我们采用1N4001二极管，三端稳压器件分别采用LM78xx系列和LM79xx系列。

变压器分别产生一个﹢12V和﹣12V的输出，在±12V正半周期，二极管D1，D2导通，会产生一个稳定的正向直流电压；在负半周期，二极管D3，D4导通，

图1 COMP口波形

会产生一个稳定的负向直流电压。正负电压输出后，会给滤波电容C4，C7充电，当C4，C7充满之后，C4和C7会缓慢的放电，从而可以减小输出电压的纹波。C4，C7的取值越大，输出的纹波越小。在这里我们选择1000μF。二极管C1，C6的作用则是提高电源抗瞬间脉冲干扰的能力的作用，当电网电压或者负载突变的时候由C2提供充电电流，防止输出电压产生大的瞬间跳变。然后再通过三端稳压器进行稳压，从而产生一个稳定的输出电压。

滤波电容的选择。输出不同则滤波电容相应不同，而且由于是串联稳压电源，所以±12V的输出芯片LM7812和LM7912压力会很大。所以±12V我们选择1000μF电容，±9V的输出选择470μF，±5V的输出选择220μF，电容的材质我们采用铝电解电容。

电路原理图如下：

图2 电源电路

3.2 LED驱动部分

LED驱动电路采用TPS40210芯片。电路输入电压采用V

12输入。通过旁路电容进行滤波，然后通过MOS管的打开关断模式来给电感充放电。MOS管开关频率越快，则电压升的越高。通过TPS40210芯片来控制MOS管开关频率，将得到的输出和设定的频率进行比较，最终使之趋于一致。

电路原理图如下：

3.2.1电路参数的计算

输入电压：)148(12V V V V V IN IN <<=

最大输入功率：W P IN 20=

负载采用10只压降为2.4V LED 串联，为了避免LED 长时间超负

荷工作，确定输出电流为：

A I mA I O U T 2,250max ==

输出电压：

)50~12(24V V V V O U T =

图3 升压电路

图4 TPS40210

开关频率：400SW f kHz =,结合特征曲线，选取

400T R k =Ω,100T C pF = 。

占空比估算：

(max)min 24140.542.8%240.5OUT IN FD

OUT FD V V V V V V

D V V V V -+-+≈

=

=++

(min)max 2480.567.3%240.5OUT IN FD

OUT FD

V V V V V V

D V V V V

-+-+≈

=

=++

峰间最大脉冲电流限制在%30：

(max)(max)20.30.3 1.05A 110.428

out lrip I A

I D

=?

=?

=--

电感大小 ：

min (max)

11410.428141.05400IN lrip sw V V L D uH I f A kHz

≈

??

=??= 最小饱和电流：

(max)(Vinmin)1210.718 6.51210.6732

OUT Lpeak RIPPLE MAX

I I I A D ≈

+?=+?=-- 这里使用自己的绕的电感H μ20~15，饱和电流大概为A 5.6。 整流二极管的选择：正向导通肖特基二极管作为整流二极管，以减少功耗和提高效率

这里%80降额使用，在二极管上的最小击穿电压为：

(MAX)

(BR)R(min) 1.255062.50.8

OUT V V V V ≥

=?=

为了保险起见选择最大反向击穿电压为V 100，最大整流电流为

A 2的

B2100肖特基二极管。

输入、输出电容的选择：输出电容的选择必须满足输出纹波和瞬

态响应的要求。

(ripple)120.6731

8

8 5.35400OUT OUT OUT SW I D A C uF V f V kHz

??=?=??=

(ripple)IN(ripple)

1 1.027*******L IN SW I A

C uF V f mV kHz

>

?

==??? 实际电容大小在理论计算上有所调整OUT C 取一个F μ2.2和F μ7.4对地并联，输入电容IN C 则是取两个F μ10。

过流保护和电流检测：

OCP(min)

(peak)12015.61.1()

1.1 6.50.5ISNS L Drive V mV

R m I I A A

<

=

=Ω?+?+

0.10.10.428

1074001MIN IFLT SW IFLT D C pF f R kHz k ??=

==??Ω

这里ISNS R 取Ω15, IFLT C 取pF 100。 开关MOS 管的选择：

(total)11

(1)242(1) 2.50.95

DISS out P P V A W η≈?-=??-=

考虑到实际情况，直接选用已有的CSD195535kcs N 沟道MOS 管。

误差放大器补偿电路参数：

1174.210103014.3HF L FB C pF

f R kHz k ππ≈

==????Ω

11

14.81.514.3HF FB C pF

GBW R MHz k ππ>

==????Ω1010

3.722301

4.3FB L FB C nF f R kHz k ππ=

==????Ω

8

.2146.01.19)(=Ω?=?=V A f Z g K co out M CO

这里HF C 取pF 100，FB C 取nF 3.3。 输出电流采样电阻：

7003250FB IFB OUT V mV

R I mA

=

==Ω 4程序设计

4.1单片机控制及扩展模块

通过单片机产生PWM 信号，控制LED 灯的亮度强弱。通过触摸按键设置中断，进而可以切换手动和自动模式，手动模式下触摸按键可以切换档位。然后可通过G12864显示屏实时对当前模式以及光强进行显示。

4.2程序流程图

开始系统初始化

当前模式

手动模式自动模式

强光中强柔和弱光

结束

图5 流程图

4.3程序

见附录。

5系统测试

5.1测试波形

接通led 灯载，测试芯片FB 口（图7 FB ），可以看到比较平稳的波，说明升压电路正常工作，进行正常的充放电过程。测试MOS 管控制口（错误！未找到引用源。）,可以看到频率比较高的脉冲波形，而且波形基本稳定，说明MOS 管工作很稳定。测试PWM 口（错误！未找到引用源。），可以看到频率很高并且很有规律的脉冲波，说明芯片内部输出很正常，脉冲波符合要求。测试芯片ISNS 口（图6 ISNS ），高次谐波和一些频率高的干扰波已经滤去，内部比较器正常工作没有出现过流保护现象。从以上一些图可以看出，经过系统的测试，本次设计基本符合要求，芯片各个口都正常的进入工作，LED 灯载在很宽的频域范围内正常工作。

5.2问题测试及误差分析

图7 FB 图6 ISNS

本次实验出现了一些问题，以下是解决方案。

由上图可以看出当接入负载时电压被拉低，升压电路未进入正常工作，MOS 管有很长一段时间没有进入工作状态，电压输出极不稳定。通过对现象分析，发现MOS 管之所以没有进入工作状态是由于芯片进入保护状态对其没有控制抑制（即对其没有高低电平的输出），因此可以排除升压电路的干扰问题，接下来转

向对芯片本身的分析。

由上图可以看出证实了是芯片本身或芯片外载电路出现了问题。

由左图可以看出芯片是有输出，

也就可以排除芯片可能被损坏，技术手册显示，TPS40210本身具有过流保护功能，所以问题应出在ISNS

口。

图11 负载输出 图8 空载输出

图12 空载FB&GDRV 图10 负载FB&GDRV

图13 COMP&GDRV

图9 空载FB&GDRV

图14负载ISNS&GDRV

从以上空载ISNS与负载ISNS图，可以看出电路充放电过程是正常的，虽然MOS管工作也正常但是并没有达预期效果。而且从波形来看，芯片有相对较长的一段时间没有工作。从芯片内部图来看， ISNS口有一个比较器，当ISNS口输入超过芯片限定电流时就会使芯片进入保护状态（即过流保护）。ISNS口电容的大小会影响滤波的效果，在原电容两端并联一个电容之后再去检测波形，发现MOS管工作所占的时间有了很大的改变。这可能是因为电容量还是不够，ISNS 口内部电路还是会让芯片进入过流保护状态。再次并联二个电容（这里值得注意的是，以上所并的电容都是瓷片电容，因为对于一些高次谐波电解电容无法滤掉），会发现MOS管很有规律的进入了工作状态。如上（图14负载ISNS&GDRV）。由于MOS管开启电压一般为8V，而430单片机输出口只有3.3V，所以LED灯会不亮。用三极管来代替MOS管之后。LED灯开始工作。用信号发生器产生一个30KHz 脉冲波，改变占空比来控制LED的亮度。最后测定LED占空比工作范围为14%—51%的时候，LED灯载工作正常并且会随着占空比的增大而渐暗。

6 结论

本智能调光LED灯可以实现要求的功能。通过信号发生器模拟，可以最大限度的避免误差的产生。在手动模式下，由PWM对TPS40210输出开关频率进行控制，可以控制LED灯亮度的大小。TPS40210芯片可以对电路产生过流保护作用，电流过大，TPS40210将不会工作。在自动模式下，由光敏电阻阻值大小变化产生中断信号送给单片机，单片机处理之后选择相应的输出。AD转换模块可以实时的显示当前的模式和光强。LED灯的输出功率可达到10W，满足了日常生活的基本要求。自动模式下更能够节能，最大限度的突出了环保的意识。在LED灯主体结构的材料选取上，采用泡沫作为支架，更能体现环保的主题。

7参考文献

[1] TPS40210_datasheet.TEXAS INSTRUMENTS.2008

[2] 曹磊.MSP430单片机C程序设计与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[3] 沈建华，杨艳琴，翟小曙.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.

[4] 谢兴红，林凡强，吴雄英.MSP430单片机基础与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

附录

#include"msp430f5438a.h"

#include"Clock.h"

#include "lcd.h"

#include"Port.h"

/*********************************

软件延时

*************************************/

#define CPU_F ((double)16000000)

#define delay_us(x) __delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000000.0))

#define delay_ms(x) __delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000.0)) /***************************************

***************************************/

#define uint unsigned int

#define PWM BIT2

unsigned char lcd1[]={"智能调光LED"};

unsigned char lcd2[]={"模式选择："};

unsigned char lcd3[]={"光强:"};

unsigned char lcd4[]={"第六小组作品"};

uint i,z_b,n=0,m=0;

uint light;

void int_adc()

{

ADC12CTL0 = ADC12SHT02 + ADC12ON; // Sampling time, ADC12 on

ADC12CTL1 = ADC12SHP + ADC12SSEL0_L; // Use sampling timer,convertion clk srouce select ACLK

ADC12IE = 0x01; // Enable interrupt ADC12CTL0 |= ADC12ENC;

P6SEL |= 0x01; // P6.0 ADC option

select

}

void aa()

{

if(light>3000)

{

TA0CCR1=249;

hanzi_Disp(2,3,"弱光");

}

if(light<=3000&&light>1800)

{

TA0CCR1=196;

hanzi_Disp(2,3,"柔和");

}

if(light<=1800&&light>1000)

{

TA0CCR1=154;

hanzi_Disp(2,3,"中强");

}

if(light<=1000)

{

TA0CCR1=80;

hanzi_Disp(2,3,"强光");

}

}

void int_pwm()

{

P1SEL |=PWM;

P1DIR |=PWM;

TA0CCR0 =530;

TA0CCTL1 =OUTMOD_7;

TA0CTL |=TASSEL_2+MC_1;

}

void anjiang()

{

if(n==0)

{

hanzi_Disp(1,5,"手动");

switch(m)

{

case 0:TA0CCR1=80;hanzi_Disp(2,3,"强光");break;

case 1:TA0CCR1=154;hanzi_Disp(2,3,"中强");break;

case 2:TA0CCR1=196;hanzi_Disp(2,3,"柔和"); break;

case 3:TA0CCR1=249;hanzi_Disp(2,3,"弱光");break;

}

}

if(n==1)

{

hanzi_Disp(1,5,"自动");

ADC12CTL0 |= ADC12SC; // Start sampling/conversion

aa();

}

}

void main()

{

WDTCTL =WDTPW+WDTHOLD;

Init_CLK();

Init_Port();

int_pwm();

int_adc();

lcd_init();

hanzi_Disp(0,0,lcd1);

hanzi_Disp(1,0,lcd2);

hanzi_Disp(2,0,lcd3);

hanzi_Disp(3,0,lcd4);

_EINT(); //中断使能

while(1)

{anjiang();}

}

#pragma vector=PORT1_VECTOR

__interrupt void port_1(void)

{

//P5DIR|= BIT7; //开蜂鸣器

//P5OUT^= BIT7;

if(P1IFG&BIT0)

n=!n;

if(P1IFG&BIT1)

{

m++;

if(m>3)m=0;

}

P1IFG &= ~BIT0;

P1IFG &= ~BIT1;

}

#pragma vector = ADC12_VECTOR

__interrupt void ADC12_ISR(void)

{

light= (uint)(3.3/4095*ADC12MEM0*1000); }

调光台灯电路的原理与安装教案

信息化教学设计 教案 参赛专业：《电子技术应用》 课程名称：《电子技能与实训》教案名称：《调光台灯电路的原理与安装》 时间：2010.11

调光台灯电路的原理与安装 一、【教材及学生分析】 1．教材及内容：中等职业教育国家规划实训教材《电子技能与实训》第2版（石小法编写）第四章中的一个实训项目，是晶闸管的综合应用，晶闸管又名可控硅，广泛应用于工业、家用电器中，是弱电控制强电的重要器件，调光台灯电路是它的一个典型应用电路，通过学习，同学们能掌握这类电路的基本检修方法。 2、学生分析 学生在学习这部分知识之前，已经学习了半导体基础知识，可控硅结构和工作特点，以及单结晶体管的特性，通过本节的学习，把零散的基础知识有机地联系在一起，是对所学知识的一个综合应用，锻炼分析电路和排除故障的能力。 中职学生理论基础较薄弱，但他们有较强的探索、创新欲望，喜欢动手实践课程，本节课的设计就是要因材施教、用实践促进理论的学习，引导学生动手实践、自主探索、合作交流，达到预设的教学目标。 二、【教学目标】 1、知识目标 (1) 巩固可控硅、单结晶体管等主要元件的特性及测量方法； (2) 了解台灯调光电路的工作原理； (3)了解电路板制作的初步知识。 2、技能目标 (1) 能正确识别各种元件； (2) 能根据电路图，在仿真软件上实现正确的电路连接与调试； (3) 能根据故障现象加以排除。 (4)会分析简单电路的原理。 3、情感、态度与价值观 (1) 培养学生的学习兴趣； (2) 养成严谨规范的操作习惯； (3) 培养学生的参与意识，树立学习的信心。 三、【教学重点与难点】 重点：电路安装与调试 难点：故障排除 四、【教学器材及环境】 1.多媒体教室（配备投影、屏幕、安装有电子教室广播软件系统、FLASH动画

调光台灯电路设计

摘要 为了节能和保护视力，市场上出现各种各样的调光台灯，也有很多的人研究更节能的调光方法。通过multisim10.0仿真，设计出一种调光台灯，通过控制单向晶闸管的导通角来改变灯泡的亮度。CD4017的输出接不同的电阻，高电平经过这些不同大小的电阻对电容进行充电，充电的快慢不一样，单向向晶闸管的触发脉冲移动，导通角发生变化，从而达到调光的目的。 关键词： Multisim；调光；CD4017十进制计数译码器；单向晶闸管；单相桥式整流电路

目录 一设计任务 (3) 1.1设计目的和意义 (3) 1.1.1目的 (3) 1.1.2意义 (3) 1.2初始参数和要求 (3) 1.2.1 初始参数 (3) 1.2.2要求 (3) 二系统设计 (4) 2.1系统工作原理 (4) 2.1.1CD4017工作原理 (4) 2.1.2单向晶闸管 (6) 2.1.3单相桥式整流电路 (7) 2.1.4调光台灯电路原理 (8) 2.2 器件选择 (9) 2.3电路设计 (9) 2.4 电路仿真测试 (13) 三总结 (14) 3.1结论 (14) 3.2优点与不足 (14) 3.3 心得与体会 (15) 参考文献 (15)

一设计任务 1.1设计目的和意义 1.1.1目的 1、熟悉和学会multisim的使用； 2、学会进行设计电路的方法； 3、通过查资料了解各种元件的功能、参数等； 4、了解调光电路的工作原理并进行设计； 5、以节能和保护视力为目的设计调光台灯电路。 1.1.2意义 1、学会并熟练掌握multisim的使用； 2、培养创新的能力； 3、使台灯可以达到节能的目的； 4、学会应用已经学过的知识。 1.2初始参数和要求 1.2.1 初始参数 CD4017的输出端所接的电阻在10Ω-100Ω之间分散取，以达到多级的调光目的；电源选择220V 50Hz的交流电源；灯泡选用230V的，由于电源电压是220V，所以灯泡选择230V的可避免灯泡烧坏。触发电路的电阻阻值为100Ω，电容为47μF,起保护LED灯作用的电阻阻值为300Ω。 1.2.2要求 每次按动按钮开关，CD4017的10个输出就变换输出高电平“1”，并影响灯泡的亮度。

基于PWM调光的多功能LED台灯设计方案

基于PWM调光的多功能LED台灯设计方案 2012-04-26 站长统计 中心议题： 基于PWM调光的多功能LED台灯设计方案 解决方案 探究系统硬件电路设计方法 设计基于PWM 调光的多功能LED 台灯 引言 随着全球能源危机和气候变暖问题的日益严重，绿色节能已经成为全球普遍关注的话题，人们正通过各种途径寻找新的节能方式。照明是人类消耗能源的重要方面，在电能消耗中，发达国家照明用电占发电总量的比例是19%,我国也达到12%.随着经济发展，我国的照明用电将有大比例的提高，因此绿色节能照明的研究越来越受到重视。LED 作为一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯（如高压钠灯和金卤灯）之后的第四代新光源。基于白光LED 的固态照明，是一种典型的绿色照明方式，与传统光源相比，具有节能、环保、寿命长、体积小、安全可靠等特点，代表着照明技术的未来，并符合当前政府提出的"建设资源节约型和环境友好型社会"的要求。可以预见不久的将来，LED 必然会进入普通照明领域取代现有的照明光源。 目前，市场上采用白炽灯、卤素灯、荧光灯为光源的台灯普遍存在着低效率、高能耗、不易调光等缺点；至于寿命结束的含汞灯，一旦处理不当，将对环境造成严重危害；而且部分台灯产品功能单一，缺少亮度调节、时钟日历、温度显示等功能，无法适应现代家庭生活的实际需求。为解决当前问题，本文设计了以AT89S51 单片机为核心的多功能白光LED 台灯系统，采用PT4115 大功率LED 恒流驱动方案，可实现对LED 台灯的PWM 调光控制；同时兼有时钟日历、声光闹钟、温度检测、液晶显示等多项功能。在实现高效节能的同时，为家庭使用提供了极大的便捷。 1 系统硬件电路设计 该多功能LED 台灯系统采用20 只5mm 高亮白光LED 灯珠为光源，以A T89S51 单片机为主控芯片，由LED 恒流驱动系统、时钟系统、测温系统、液晶显示系统、蜂鸣系统、按键系统组成。系统结构框图如图1 所示。 该系统可具体实现LED 台灯的10 级PWM 调光控制；液晶屏实时显示时钟、日历与环境温度信息；闹钟功能采用声光报警方式，即一旦到达闹钟时间，LED 台灯自动点亮，并发出蜂鸣声报警，以唤醒用户；用户可通过按键系统实现对时钟日历与闹钟参数的设置、LED 亮度的调节以及闹钟报警的解除。

调光台灯的电路

调光台灯的电路非常简单，仅仅是一个可控硅调压电路而已。市场上见到的电路大多是第二个图所示的电路，工作原理是：当交流电的正半周或副半周到来是，经过全桥整流，加到可控硅上的电源是单向的。该电压通过电位器给电容充电，当电容C1上的电压达到一定数值后，就会触发可控硅导通。调节电位器的旋钮，可以改变充电的时间，从而控制可控硅的导通角。其中单向可控硅使用MCR100-6，二极管使用1N4007。灯泡应选择60W以下的白炽灯。 第一个图所示的电路性能更好一些，可以控制更大功率的电器。 调光台灯电路图一：

调光台灯的典型电路如附图所示。主电路由电源开关S、灯泡H、双向可控硅SCR、电感L等构成；电位器RP1（微调）、RP2（带开关）、电阻R1、电容C2和双向二极管SD组成双向可控硅的触发电路。UC充电电压达到双向二极管正负导通电压阈值时，触发双向控硅SCR 双向导通；当输入电源电压过零时，SCR自动关断。调整电位器阻值可调整充电速率，即可调整可控硅的导通角，从而调节灯光的强弱。另外，L和C1构成高频滤波电路，使高频触发信号不致污染电网。它们的工频阻抗很小，不会影响灯光的亮度。 调光台灯电路图二： 无级调光台灯电路图

1．双向可控硅SCR可根据负载功率大小选择97A6（约1A）、TLC336A（约3A）、BT136-500D（约6A）中的一个，选择原则是触发电流要小于25mA。 2．C4取值在0.1 " 0.47uF之间，C2取值在2200 " 4700pF

之间。五、主要技术指标：电源电压：5V。输出脉宽：40ms。输出触发脉冲导通角：41°"159°。调光周期（从最亮到最亮）：4.2s。电源电流：1.5"2.5mA。输出端灌入电流：≤25mA。输出触发脉冲幅度：Vss-3V。渐暗脉冲：83±3。

五级渐亮调光台灯电路图

五级渐亮调光台灯电路图 夜间起床开灯，突然点亮的灯光对人的眼睛有较大刺激性，很不适应，如果灯光能从弱光逐渐变为强光，让眼睛有一个适应期则比较好。本文介绍的这种调光灯具有五阶段亮度变化，适合于夜间起床照明。它的电路工作原理如图 2-16 所示。它是由单稳态电路、自激多谐振荡器电路、十进制计数／分配器电路、调光控制电路以及电源电路等组成。由 ICI 构成一个单稳态触发器，静态时 ICI 的②脚为高电平，输出端③脚为低电平，继电器 K1无电源处于释放状态，后级电路因无电源不能工作。按动床头按钮 SA , ICI 的②脚变为低电平，于是 ICI 触发置位，其③脚由原来的低电平变为高电平，继电器 Kl 流过电流而吸合。其常开触点Kl 闭合，后级电路的电源接通。由三极管 VTI 、 VT2及阻容元件构成的自激多谐振荡器工作，随着 VTI 、 VT2 管的不断导通与截止，在 VT2 的集电极上产生方波脉冲，作为时钟信号通过 VD2 输送到 IC2 的 CP 端进行计数。在该电路中只利用了 IC2 的五个输出端 YO-Y5 ，从而构成五阶段渐亮调光。接在 IC2 YO-Y5 上的电阻值是不相同的， Yo-Y4 上的电阻值逐渐增大，当相应的输出端变为高电平时，由于

阻值不同，导致三极管 VT3 的导通程度有别，从而给予双向可控硅 V 的触发电流大小不同，又使得 VS 的导通程度不同，从而使流过照明灯 H 的电流也不相同，这样就起到了调光作用。当 IC2 的 Y0～ Y4 依次变为高电平时， H 逐渐由弱光变为较强光。当 YS 变为高电平时，三极管 VT4 导通，继电器 K2 励磁吸合。 K2 吸合后，其触点 K2-1 闭合，使 K2 自保，不管 VT4 是否导通， K2 始终处于吸合状态。触点 K2-2 闭合，使双向可控硅 VS 短接，此时 H 的亮度最大，这样经过五阶段的调光后，达到亮度最大的稳定状态。但由于该电路的前级由单稳态触发器控制，故过一段时间，Kl 释放，其触点 Kl 也随之断开，切断了后级电源，故 H 自动熄灭。其延时时间，由 R2 、 Cl 的数值确定。可按公式T=1.1R2C1 估算。按图中数值约为 4min 。五阶段的调光时间由自激振荡器的工作周期决定，调整电位器 RP ，可使周期在 1 . 4s-2.8s 范围内，从最弱光到最亮光的整个过程为 7-14s ，然后稳态照明近 4min 后，自动熄灯，可见使用是十分方便的。

V自动调光台灯电路图

V自动调光台灯电路图 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

电路工作原理该自动调光台灯电路由电源电路和光控电路组成，如图3-201所示。 电源电路由电源开关S、滤波电容器Cl、C2、电感器L、整流桥堆UR、限流电阻器Rl 和稳压二极管VS组成。光控电路由光敏电阻器RG、电阻器肥-R4、电位器RP、电容器C3、晶位管V1、双向触发二极管V2和晶闸管VT组成。接通电源开关S，交流220V电压经Cl和「滤波、UR整流后分为两路:一路经Rl限流、VS稳压及C2滤波后，为光控电路提供9V直流工作电压;另一路经照明灯EL加在晶闸管VT两端。光敏电阻器RG作为光线检测探头，用来检测书本处的光照度。当书本处光照度不足时，RG的阻值增大，使Vl 的基极电位降低，集电极电流增大，C3的充电时间缩短，使触发脉冲相位前移，晶闸管VT 的导通角增大，EL的亮度增加;反之，当书本处光照度增加时，VT的导通角会变小，EL的亮度会减弱，从而实现了自动调光的目的。 元器件选择Rl选用1/2W金属膜电阻器;R2-R4选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器。 RP选用有机实心电位器或合成膜电位器。RG选用MG43或MG45系列的光敏电阻器，其亮阻应在5-lOkO之间。使用时用两根6Ocm的导线引出，装在带透明窗的塑料盒内，作为光线检测探头。Cl选用耐压值为400V的涤纶电容器或CBB电容器;C2选用耐压值为16V的铝电解电容器;C3选用独石电容器。VS选用lW、9V的硅稳压二极管。UR选用lA、400V的整流桥堆。Vl选用S9012或C8550型硅PNP晶体管;V2选用DB3或2CTS系列的双向触发二极管。VT选用TLC336A(3A、600V)型双向晶闸管。L选用高频扼流圈。

台灯调光电路的制作

台灯调光电路的制作 第一部分： 一、电路工作原理 下图为调光台灯电路，可使灯泡两端交流电压在几十伏至二百伏范围内变化，调光作用显著。 图一、家用调光台灯电路 图二、单结晶体管符号 1．单结晶体管和单向晶闸管 （1）单结晶体管 单结晶体管有两个基极，仅有一个PN结，故称双基极二极管或单结晶体管。图二所示是单结晶体管的图形符号，发射极箭头倾斜指向b1，表示经PN结的电流只流向bl极。国产单结晶体管有BT31、BT32、BT33、BT35等型号。

单结晶体管在一定条件下具有负阻特性，即当发射极电流I增加时，发射极电压Ve反而减小。利用单结晶体管的负阻特性和RC充放电电路，可制作脉冲振荡器。 单结晶体管的主要参数有基极直流电阻Rbb和分压比。Rbb是射极开路时b1、b 2间的直流电阻，约2～10kW，Rbb阻值过大或过小均不宜使用。另外一个是b 1、b2间的分压比，其大小由管内工艺结构决定，一般为0.3～0.8。 （2）单向晶闸管 晶体闸流管又名可控硅，简称晶闸管。广泛应用于无触点开关电路及可控整流设备。晶闸管有三个电极：阳极A、阴极K和控制极G。图三（a）、（b）所示是其电路符号和内部结构。由图可见，晶闸管等效为PNP型三极管与NPN三极管正反馈连接的三端器件。 单向晶闸管有以下三个工作特点：①晶闸管导通必须具备两个条件：一是晶闸管阳极A与阴极K间必须接正向电压。二是控制极与阴极之间也要接正向电压；②晶闸管一旦导通后，降低或去掉控制极电压，晶闸管仍然导通；③晶闸管导通后要关断时，必须减小其阳极电流使其小于晶闸管的导通维持电流。 晶闸管的控制电压Vc和电流Ic都较小，电压仅几伏，电流只有几十至几百毫安，但被控制的电压或电流却可以很大，可达数千伏、几百安培。可见晶闸管是一种可控单向导电开关，常用于弱电控制强电的各类电路。 图三、晶闸管符号和内部结构 2．电路调光原理

调光台灯电路

调光台灯电路 调光台灯的电路非常简单，仅仅是一个可控硅调压电路而已。市场上见到的电路大多是第二个图所示的电路，工作原理是：当交流电的正半周或副半周到来是，经过全桥整流，加到可控硅上的电源是单向的。该电压通过电位器给电容充电，当电容C1上的电压达到一定数值后，就会触发可控硅导通。调节电位器的旋钮，可以改变充电的时间，从而控制可控硅的导通角。其中单向可控硅使用MCR100-6，二极管使用1N4007。灯泡应选择60W以下的白炽灯。 第一个图所示的电路性能更好一些，可以控制更大功率的电器。 普通调光台灯电路剖析 第一个电路中，220V交流电源直接通过灯泡、电阻R1、R2对电容C充电，当C两端电压达到双向触发管（DB-3）的导通电压时，双向触发管导通，双向可控硅VS也同时被触发导通，灯泡点亮。调节R2能改变C的充／放电时间常数，因而改变触发脉冲的长短，改变了VS的导通角（导通程度），达到调 节灯泡亮度的目的。 第二个电路中，由灯泡、开关S、整流管VD1～VD4、单相可控硅VS与电源构成主电路；由电位器RP、电容C、电阻R1、R2构成触发电路。接通220V 交流电源后，经过VD1~VD4全桥整流得到脉动直流电压加至RP，给电容C充电，当C两端电压上升到一定程度时，就会触发可控硅VS导通，灯泡点亮。同样的，调节RP能改变C的充／放电时间常数，因而改变触发脉冲的长短，改变了VS的导通角（导通程度），达到调节灯泡亮度的目的。 调光台灯的设计 电路中，由电源插头XP、灯泡EL、电源开关S、整流管VD1～VD4、单相晶闸管VS 与电源构成主电路；由电位器RP、电容C、电阻R1与R2构成触发电路。将XP插入市电插座，闭合S，接通220V交流电源，VD1~VD4全桥整流得到脉动直流电压加至RP，调节

电力电子技术调光灯控制电路

《电力电子技术》 课题一 调光灯 【学习目标】： 完成本课题的学习后，能够： 1． 用万用表测试晶闸管和单结晶体管的好坏。 2． 掌握晶闸管工作原理。 3． 分析单相半波整流电路的工作原理。 4． 分析单结晶体管触发电路的工作原理。 5． 熟悉触发电路与主电路电压同步的基本概念。 【课题描述】：调光灯在日常生活中的应用非常广泛，其种类也很多。图1-1（a ）是常见的调光台灯。旋动调光旋钮便可以调节灯泡的亮度。图1-1（b ）为电路原理图。 （a ） (b) 图1-1 调光灯 调光 旋钮 晶闸管 同步变压器 调光电位器 触发电路 主电路

（a ）调光灯 （b ）调光灯电路原理图 如图1—1(b)所示，调光灯电路由主电路和触发电路两部分构成，通过对主电路及触发电路的分析使学生能够理解电路的工作原理，进而掌握分析电路的方法。下面具体分析与该电路有关的知识：晶闸管、单相半波可控整流电路、单结晶体管触发电路等内容。 【相关知识点】： 一、晶闸管的工作原理 1．晶闸管的结构 晶闸管是一种大功率PNPN 四层半导体元件，具有三个PN 结，引出三个极，阳极A 、阴极K 、门极（控制极）G ，其外形及符号如图1—2所示，各管脚名称（阳极A 、阴极K 、具有控制作用的门极G ）标于图中。图1—2（b ）所示为晶闸管的图形符号及文字符号。 （ a) （b) 图1-2 晶 闸管的外形及符号 （a ）部分晶闸管外形 （b ）电气图形符号及文字符号 晶闸管的内部结构和等效电路如图1-3所示 小电流塑封式 小电流 塑封式 小电流螺旋式 阴极（K ） 阴极（K ） 阳极（A ） 阳极（A ） 门极（G ） 门极（G ）

BT33型调光台灯电路的制作

BT33型调光台灯电路的制作 一、电路工作原理 下图为调光台灯电路，可使灯泡两端交流电压在几十伏至二百伏范围内变化，调光作用显著。 图一、家用调光台灯电路 图二、单结晶体管符号 1．单结晶体管和单向晶闸管 （1）单结晶体管 单结晶体管有两个基极，仅有一个PN结，故称双基极二极管或单结晶体管。图二所示是单结晶体管的图形符号，发射极箭头倾斜指向b1，表示经PN结的电流只流向bl极。国产单结晶体管有BT31、BT32、BT33、BT35等型号。

单结晶体管在一定条件下具有负阻特性，即当发射极电流I增加时，发射极电压Ve反而减小。利用单结晶体管的负阻特性和RC充放电电路，可制作脉冲振荡器。 单结晶体管的主要参数有基极直流电阻Rbb和分压比。Rbb是射极开路时b1、b 2间的直流电阻，约2～10kW，Rbb阻值过大或过小均不宜使用。另外一个是b 1、b2间的分压比，其大小由管内工艺结构决定，一般为0.3～0.8。 （2）单向晶闸管 晶体闸流管又名可控硅，简称晶闸管。广泛应用于无触点开关电路及可控整流设备。晶闸管有三个电极：阳极A、阴极K和控制极G。图三（a）、（b）所示是其电路符号和内部结构。 单向晶闸管有以下三个工作特点：①晶闸管导通必须具备两个条件：一是晶闸管阳极A与阴极K间必须接正向电压。二是控制极与阴极之间也要接正向电压； ②晶闸管一旦导通后，降低或去掉控制极电压，晶闸管仍然导通；③晶闸管导通后要关断时，必须减小其阳极电流使其小于晶闸管的导通维持电流。 晶闸管的控制电压Vc和电流Ic都较小，电压仅几伏，电流只有几十至几百毫安，但被控制的电压或电流却可以很大，可达数千伏、几百安培。可见晶闸管是一种可控单向导电开关，常用于弱电控制强电的各类电路。 图三、晶闸管符号和内部结构 2．电路调光原理

电子调光台灯的原理与检修

电子调光台灯的原理与检修 电子调光台灯是利用调节可控硅导通角的方法，调节加在白炽灯两端的电压，从而使白炽灯工作在不同亮度状态的小家电产品。 l、电子调光台灯的工作原理 目前，市场上电子调光台灯采用的电子电路很多，应用较广的主要有如图1、图2、图3所示的三种。 实际上，这三种电路的工作原理也基本相同。 区别仅在于：图3和图2中的白炽灯用直流供电，而图1的白炽灯则用交流供电；图2和图3中使用单相可控硅，而图1中则使用双向可控硅；图1和图3中的可控硅用双向二极管触发而图2中的可控硅则用单结晶体管触发。 下面以图1为例，介绍电子调光台灯的工作原理： 开关闭合后，220V市电经白炽灯、L、R、W对电容C2充电。当C2两端的电压上升至双向二极管ST

的阻断电压时，ST开始导通，C2通过ST向可控硅的G极放电。从而触发可控硅导通。可控硅导通后，将市电与白炽灯接通，白炽灯点亮。 在电路中，可控硅的导通角(导通程度)由R、W和C2组成的移相网络的充电时间参数决定。调节W的阻值即可改变可控硅的导通程度。此时的可控硅又象一只阻值可变的降压电阻，改变着白炽灯两端的交流电压值，从而起到调光作用。 可控硅调压电路输出的电压波形中含有大量的高次谐波，工作时容易对无线广播造成射频干扰(对收音机干扰尤为严重)，图1中的L和Cl组成抗射频干扰电路。能将可控硅造成的射频干扰衰减到原来的一半以下。 2、可控硅简介 可控硅(SCR)是一种开关型半导体器件，能在高电压、大电流条件下工作。小家电中常用的可控硅有单相和双相两种。中小功率可控硅大部分采用塑封结构，外型与塑封三极管相似。 可控硅的导通和关断条件如表所示。 3、电子调光台灯常见故障检修实例 例一故障：接通电源后无光。 分析检修：该台灯的调光电路与图1类同。接通电源后调W、C2两端的电压能在15～25V之间变化。说明电压调节电路基本正常。用万用表的R×1档检测SCR(可控琏)正常，检查白炽灯及其接线也正常，怀疑双向二极管损坏。手头没有双向二极管，试用两只3DG6串接后(接法为两C极连在一起，两e极接入电路)代换双向二极管。通电后白炽灯能点亮，但调不到最亮，说明代用的触发二极管击穿电压较高。将R1由100k降为56k，故障排除。 例二故障：一台60W调光台灯，灯光最亮且不能调节。 分析检修：根据调光台灯工作原理分析，灯光最亮且不能调节的故障是由于可控硅阳极和阴极击穿造成的。该调光台灯的电路与图3类似，断电后实测可控硅阳极和阴极间的直流电阻只有20Ω左右。用一只400V3A的单向可控硅代换原可挖硅，故障排除。 调光台灯电路中的可控硅，多采用400V1A的塑封可控硅，故障率很高，在检修时用3A可控硅代换效果较好。

调光台灯电路的原理与安装

调光台灯电路的原理与安装 秦皇岛市职业技术学校曹广智杨慧 一、教学目标 1、知识目标 (1) 掌握调光台灯电路的工作原理掌握，进而掌握可控硅控制在生产生活中的应用。 (2) 巩固可控硅、单结晶体管等主要元件的特性及测量方法 （3）了解电路板制作的初步知识 2、技能目标 (1) 能正确识别各种元件 （2）能根据电路图，在仿真软件上实现正确的电路连接。 (2) 能根据故障现象加以排除。 3、情感、态度与价值观 (1)培养学生的学习兴趣 (2)养成严谨规范的操作习惯； （3）培养学生的参与意识和自主学习的能力 二、教学重点与难点 重点：电路组装及故障的排除 难点：电路的工作原理 三、教学器材及环境 多媒体课件 调光台灯实物 不可调光的普通台灯实物 制作该电路所用元器件及已制作好的调光电路一个 计算机机房 四、教法和学法 教法：启发—探究式；模拟实验探究法；项目教学法 学法：比较法，分组讨论法，角色扮演法，合作探究法

五、课时：2课时 六、教学流程

七、教学过程 （一）引入（5分钟） 《调光台灯电路的原理与安装》教学说明 秦皇岛市职业技术学校武丝曼杨慧曹广智《台灯调光电路的原理与安装》是全国中等职业教育教材审定委员会审定的中等职业教育国家规划实训教材中的第四章中一个实训项目。本内容旨在培养学生的动手能力和对电路的理解。我针对教学中的一些重要环节做了如下的设计： 1、引入环节特点：用实物创设教学情境 我拿来两种台灯，通过实物引入课题，引导学生采用对比的方法联系生活实际，运用启发—探究的教学方式,让学生认识到可控硅调压电路在生活领域中的广泛性和重要性，创设有效的学习情境，吸引学生的注意力。 2、采用信息化手段教学： 教案设计运用先进的Scienceword软件编写，课件用Flash 制作，并鉴于本电路电压较高，易发生触电事故，装错后容易出现烧坏大部分元件的特点，引入仿真软件来辅助教学，先仿真模拟，然后实物焊接。本课就是其中的模拟安装调试部分。由于现代信息技术的介入，带来了以下优点： 1）清晰：展示实物及原理图比单纯的实物展示更清晰明了。

台灯调光的原理

1966年IngoMaurer受惠于波普艺术设计了其第一件作品：一款拥有有巨大灯泡的台灯，完成了其向电灯的发明者爱迪生的敬礼。此后的30多年间，IngoMaurer 一直为光――简单之美的诗意追求而不断创造。1992年，Lucellino带着诗意的天使翅膀飘落人间――这也是IngoMaurer最受赞誉和畅销的作品。工作在慕尼黑的“诗人”既不是极简主义者也不种牢牢守着那些设计理论的设计师。只有对“无限多样性”的追求才是IngoMaure的一件件作品所要平静地阐发的。对他而言，设计不过是一种可以从日常生活就能获取灵感的有趣科学。一件件的作品的创作可以说也就是一次次和灵感的偶遇，IngoMaurer用他安静的敏锐将它们（灵感）捕获，再用他诗人的气质将一切的美展现给一双双为之闪亮的双眸。而IngoMaure对光的材料的研究尝试和革新才是其塑造一件件诗意作品的前提。从还在学生时代作学校的印刷工起Ingo就一直思考这用“纸”来塑造光的形状。1980年的Lampampe和1997年的Zettel?z就是来于纸的创造。而对织物的运用以及塑造雕塑般的视觉效果则是Ingo设计中的又一大特色。而IngoMaure还走在技术的前沿，是一个“先锋诗人”。LED（发光二极管）技术刚出现，IngoMaure马上就把其运用到了LaBellissimaBrutta（1997）的设计上，让新技术散发诗的光芒。其后作品ohoodoo(1999),Stardust(2000)和El.E.Dee(2001)的设计则无一不继续延续了IngoMaure试验风格和技术先锋的诗意设计美学。 [台灯] 台灯 220V电源电压经变压器T降压后输出12V的交流电压，经二极管VD1～VD4整流、电容C1滤波后，由可调稳压集成块LM317稳压，输出稳定的可调电压供白色发光管LED1~LEDl5使用。为了能使灯光可调，这里由三极管VT和电位器RP1等元件组成输出电压调节电路。用三极管作调节元件是由于带开关绝缘性能好、阻值又低的电位器难于找到，只能使用一般调光台灯的电位器，阻抗在500kΩ左右，所以无法对电压直接进行调节，故使用了三极管。调节电压方法是：由于通过电阻R1和三极管集电极的电流为5mA恒定不变，这样三极管VT的集一射极电压可通过调节偏流电阻来改变。当电位器RP1的阻值调小时，偏流变大，集．射极电压变小，输出电压也变小；反之，集一射极电压变大，输出电压也变大。这样通过调节可以使输出电压在8～10V之间变化，实现对发光管的亮度调节。发光管由三只串联为一组，五组并联制成。由于白色发光管最大工作电压在3.5V，三只发光管串联为10.5V，考虑到每只发光管工作电压略有不同，故稳压电源输出电压取10V