霓虹灯光控定时器开关电路设计.doc

诚信申明本人申明：我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 年 月 日霓虹灯光控定时开关电路设计xxx电子信息工程信工xxxx学号xxxxx指导教师刘林生副教授摘 要针对当前世界能源的短缺和照明能源在深夜时过度浪费问题，本文主要阐述了，通过电源变换、光控开关、定时开关和交流无触点开关四部分组长的霓虹灯等光控定时电路的研究。主要是依靠 NE555，CD4060以及光敏电阻来实现。这种照明光控定时控制电路的特点是可以在天黑光线变暗时自动将霓虹灯点亮，并计时到深夜再熄灭。与人工手动操作比较起来，开关及时，拥有良好的节能效果。这有效的缓解了世界当前能源紧缺的情况。在未来必将被越来越多的人依赖，成为霓虹灯及广告的主流控制开关。本文还介绍了相关电路的组成，工作原理以及元件的选择和参数设定。关键词： 555定时器 CD4060计数器 光敏电阻Neon Electric Timer SwitchAbstractIn view of the current world energy shortage and lighting energy in the night excessive waste problems, this article mainly expounds the, through the power transformation, electric switch, timer switch and exchange mon-contact suitch four parts such as leader of the neon electric circuit of the timing. Mainly rely on NE555, CD4060 and photoconductive resistance to achieve. This kind of lighting electric timing control circuit of the features in the dark when the dark neon light will automatically, and time late into the night to go out. Compared with manual operation, switch in time, and has good effect in energy saving. This effectively relieve the world the current situation of the energy shortage. In the future will be more and more people rely on, become the mainstream of the neon lights and advertising control switch. This paper also introduces the related circuit composition, principle and component selection and set parameters.Key words: NE555 timer CD4060 Counter Photoconductive Resistance目 录前言1第1章 霓虹灯光控定时开关的研究价值2第1.1节霓虹灯的发展与特点2第1.2节霓虹灯存在的问题与照明节能5第1.3节霓虹灯光控定时开关的研究目的与方法7第1.4节霓虹灯光控定时开关的优点7第2章 电路总体设计与分析9第2.1节电源转换电路的设计9第2.2节光控开关电路设计16第2.3节定时开关电路设计20第2.4节交流无触点开关电路的设计23第2.5节过压、欠压保护电路分析26第2.6节延时电路的设计32第2.7节整体电路分析33第3章实现安装和系统调制36结论37附 录38参考文献42致谢43前言据统计，上海市年用电总量约为1400亿度，其中392亿度（28%）用于照明。若照明节能50%，则可节约196亿度电，相当于火力发电节约煤399万吨；相当于减排二氧化碳56万吨。上海仅仅是世界照明消耗的缩影。近年来，随着全球经济地迅速发展，人类对能源地需求也在逐日增长。很多国家和地方都出现了能源危机，能源问题日益受到世界各国的关注。资源短缺已经成为阻碍社会发展的主要因素之一，各国都致力于研究资源节约型、环保型技术以缓解日益加剧的资源短缺和环境恶化问题。2010年全国政协十一届三次会议第一号、第二号提案同时聚焦低碳话题。发展低碳经济是我国循环经济之后从国家战略高度触发的又一重大决策。从1992年签署联合国气候变化框架公约、1997年签署京都议定书，到2009年哥本哈根气候会议上温家宝总理向全世界承诺中国到2020年单位GDP碳排放比2005年降低40%50%，我国正积极应对全球气候变暖对人类生存与发展的严峻挑战，加快自身经济发展方式转变。我国大部分省、区、市严重缺电，各地电网出现不同程度的拉闸限电，全年缺电达600亿度，此时正有数亿人受着缺电的“煎熬”。因此，许多人把节能视为度过眼前饥荒的最后“铩手锏”。总所周知，现代城市中的霓虹灯广告牌，大多数只在夜里12点前起作用，子夜一过，街上行人稀少，霓虹灯就失去了广告意义。这在无形中便造成了不必要且严重的能源浪费。正因如此，为霓虹灯设计一种光控定时开关就可以起到节能的作用，它能在天黑时自动接通霓虹灯广告牌的电源，同时开始计时，隔4小时（夏季）或6小时（冬季）后，自动切断电源，直到第二天夜幕降临后再次通电循环，从而实现全自动无人控制，具有良好的节电和延长灯具使用寿命的功能。第1章 霓虹灯光控定时开关的研究价值第1.1节霓虹灯的发展与特点1.1.1 霓虹灯的发展霓虹灯是由英文“氖灯”，即“NEON SIGN”得来的，“霓虹”两字实际上是“NEON”的译音，而现在人们已经把“霓虹灯”当作专用词运用了。霓虹灯的发展可以追溯到英国物理学家和化学家法拉第对气体发电的研究，电流通过含有少量正负离子的气体时，受到紫外线、宇宙射线、微量放射物质的作用，在足够高的外加电压作用下运动，并与中性气体分子碰撞后，使中性分子发生电离，因而离子的数目倍增。电流通过气体时还伴有发光现象，即所谓的辉光放电。其发光的颜色随所充气体的不同而不同。法拉第的理论及其在实验上的成就，为霓虹灯技术的发展奠定了坚实的基础。霓虹灯始源于法国。当时所用的灯体玻璃管的直径是45毫米，现将玻璃管弯制成所需的蚊子或图案，然后再用一只电压为1万多伏的的变压器供电，使之发光。当时，灯管两端电极用石墨制成，内部充入氮气或二氧化碳气体，前者会发红光，后者发白光。由于这两种气体较活泼，很容易和石墨电极起化学反应，阴极溅散出的石墨很快在玻璃管内壁形成黑色薄膜层，并大量吸收充入灯管内的气体，使灯管的充气压力很快下降，致使霓虹灯的寿命很短。当时为了解决这个问题，特在霓虹灯管上加1个特殊的电磁阀门，并在霓虹灯使用一段时间以后再往灯内重新补充一定量的气体，但这样做并未能在根本上克服上述缺陷。因此，这种灯不仅寿命短，制作工艺复杂，而且造价昂贵，很难普及。在1907年至1910年期间，科学家克洛德和林德发明了液态空气分馏。利用这一发明，在霓虹灯内充入一定的惰性气体，这样就明显减缓了气体在灯管内部的消耗速度，颜色也丰富了，可产生红、绿、蓝、黄等颜色。第二次世界大战前夕，光致发光的材料也被研制出来了。这种材料不仅能发出各种颜色的光，而且发光效率也高，我们称之为荧光粉。荧光粉被应用在霓虹灯制作之后，霓虹灯的亮度不仅有了明显提高，而且灯管的颜色也更加鲜艳夺目，变化多端，同时也简化了制灯的工艺。故在第二次世界大战结束后，霓虹灯得到了迅猛的发展。霓虹灯按其玻璃管内壁所涂粉的不同，档分为3种类型：第一种是玻璃内壁不涂任何荧光粉，直接采用无色透明的玻璃管。通常成为明管；第二种是在透明玻璃管内壁涂油荧光粉，我们称它为粉管；第三种是采用彩色玻璃，且在玻璃管内壁均匀涂上荧光粉，我们称它为彩管。霓虹灯的寿命在正常情况下高于日光灯和白炽灯，要达到这一水平必须做到三点：1、制作人员水平过硬，排气人员轰击去气得当、彻底；2、启动它的变压器不得超载；3、安装人员细致合理的安装；只要做到以上要求，实践证明霓虹灯的寿命是高于日光灯和白炽灯的。城市夜间照明大致经历了初创、发展、普及三个阶段。城市夜景照明不仅在照明技术方面有了很大的进步，而且在照明质量上也经历了“暗亮”、“亮美”、“美雅”的发展历程。1.1.2 霓虹灯的特点（1）高效率霓虹灯是依靠灯管两段电极头在高压电场下将灯管内的惰性气体击燃，它不同于普通光源必须把钨丝烧到高温才能发光，造成大量的电能以热能的形式被消耗掉，因此，用同样多的电能，霓虹灯具有更高的亮度。（2）温度低，使用不受气候限制霓虹灯因其冷阴极特性，工作时灯管温度在60以下，所以能置于露天日晒雨淋或水中工作。同样因其工作特性，霓虹灯光谱具有很强的穿透力，在雨天或雾天扔能保持较好的视觉效果。（3）低能耗在技术不断创新的时代，霓虹灯的制造技术及相关零部件的技术水平也在不断进步。新型电极、新型电子变压器的应用，使霓虹灯的耗电量大大降低，由过去的每米灯管耗电56瓦降到现在的每米灯管耗电12瓦。（4）寿命长霓虹灯在连续不断电的情况下，寿命达一万小时以上，这一优势是其他任何电光源都难以达到的。（5）动感强，效果佳，经济实用霓虹灯画面由常亮的灯管及动态发光的扫描管组成，可设置为跳动式扫描、渐变式扫描、混色变色七种颜色扫描。扫描由装有微电脑芯片编程的扫描机控制，扫描管按变好的程序亮或灭，组成一幅幅流动的画面，似天上彩虹、像人间银河、更酷似一个梦幻世界，引人入胜，使人难以忘怀。因此，霓虹灯是一种投入少、效果强烈、经济适用的广告形式。霓虹灯是一种冷阴极辉光发电管，其辐射光谱具有极强的穿透大气的能力，色彩鲜艳绚丽、多姿，发光效率明显优于普通的白炽灯，它的线条结构变现力丰富，可以加工弯制成任何几何形状，满足设计要求，通过电子程序控制，可变幻色彩的图案和文字，受到人们的欢迎。霓虹灯的亮、美、动特点，是目前热河电光源不能代替的，在各种新型光源不断涌现和竞争中独领风骚。由于霓虹灯是冷阴极辉光放电，一次一支质量合格的霓虹灯其寿命可达20000-30000小时。随着我国经济的飞速发展，霓虹灯的品种、规格也已基本系列化，可供各种用途的选择，其质量已逐步向国际水平靠拢，随着我国加入WTO，与国际水平的差距将越来越小，在不久的将来必将赶超国际先进水平，但在目前市场竞争的条件下，也确实有少数厂商缺乏诚信，在一些用户不懂霓虹灯的性能、质量的情况下，生产、制作低劣产品在市场上低价倾销，影响霓虹灯的声誉。为了使广大用户熟悉霓虹灯，了解霓虹灯，我们在次简单介绍一些霓虹灯的品种、规格以及制作霓虹灯的主要器材，以帮助用户识别霓虹灯。霓虹灯的主要部件：（1）以规格分：有6、7、8、9、10、12、15、18、20毫米等粗细。（2）以玻璃材质分：钠玻璃管（或称石灰料玻璃管）这种玻璃管稳定性差，受潮后极易变质、泛碱（风化），易爆裂。目前我国使用此种材料的约占80%左右。铅玻璃管（又称红丹料玻璃管）其热性能、机械性能、电性能、化学稳定性能、真空性能和光学性能优于钠玻璃管，其耐侯性、使用寿命大大超过钠玻璃管，目前国际上通用大都是这种铅玻璃管，我国目前使用量已达20%-30%左右，凡是追求质量好的制作厂家，用户都选用铅玻璃管制作霓虹灯。铅玻璃管又以铅量的多少分为：重铅玻璃管、中铅玻璃管和轻铅玻璃管。彩色玻璃管，这种玻璃管在拉制玻璃管时已充入燃料，生产出的玻璃管已成彩色玻璃管。（3）以霓虹灯管内涂荧光粉材料分：目前使用的多数霓虹灯管喷涂的是“普通荧光粉”，这种粉价格比较便宜，一般也能满足各种色彩要求。“三基色”荧光粉，与普通荧光粉比较，其亮度、色度、鲜度更佳。第1.2节霓虹灯存在的问题与照明节能1.2.1 城市照明规划与节能（1）城市景观灯照明的规划近几十年来，我国城市景观灯照明工作取得了令人瞩目的成就，但同时也出现了景观灯照明中片面追求奢华，攀比亮度，大规模进行盲目、重复、低档次建设的倾向。这不仅导致了人力、财力、物力资源和能源地极大浪费，造成了眩光等夜间环境的光污染，也造成了景观照明的精品不多、品位不高的结果，出现了各自为政、粗制滥造的现象，影响了人民群众的生活和健康。造成这种现象最主要的原因之一，就是缺少统一、规范、科学、合理的城市景观照明规划。目前从全国看来，除了少数城市，许多城市的景观照明规划相对滞后或者尚未提上日程。或是规划设计不规范，以临时的方案设计代替展项设计规划等。以致出现了脱离城市的客观实际和需要，盲目进行景观照明建设的局面，浪费了资源，破坏了环境。这种现象应当引起充分重视。（2）城市景观照明规划与节能的重要性和意义建设部和国家发改委关于加强城市照明管理促进节约用电工作的意见作为我国城市照明工作的第一个规范性文件，明确提出了编制城市照明专项规划的要求和城市照明建设管理的原则。国务院关于加强节能工作的决定强调了节能工作的极端重要性和紧迫性，明确将“绿色照明”列为十大重点工程之一，要求做好节能的规划工作。城市照明专项规划包括功能照明和景观灯照明规划。加强城市景观照明工作，首要任务就是城市景观照明规划的编制。城市景观照明工作是城市基础设施建设和城市管理的重要内容，具有多方面的功能效益。以科学合理的城市景观照明规划作为指导和依据实施城市的景观照明工程建设和管理，不仅可以美化城市，提高城市文化品位和城市风貌水平，提升和展示现代化文明城市的形象，而且可以通过改善投资环境，提高人们的生活质量，活跃和繁荣城市夜间经济，为城市经济发展注入新的活力，带动照明、商业、旅游、文化、餐饮、广告、经济事业以及相关产业的发展，并对城市周边地区的经济发展起带动和辐射作用，增强商家投资、经商、办企业的信心，加快城市建设发展的步伐，甚至在城市的交通、治安等方面能带来相关效益，其积极作用是显而易见的。加强城市景观灯照明的规划，提高城市照明质量，提倡绿色照明，保护生态，改善城市人居环境，具有深远的社会影响和重要的政治经济意义。1.2.2 当前霓虹灯控制的缺点随着我过经济建设的快速发展，国内各地城镇景观照明也发生了变化，霓虹灯产业发展迅速，据不完全统计，全国霓虹灯企业以逾几千家，年总产值超过30亿元人民币，出口创汇方面也有骄人的业绩。中国经济持续快速健康发展，西部大开发、振兴东北经济、长三角、珠三角东西互动、各地旅游、商贸、餐饮以及文化娱乐事业日益繁荣，越来越多的城市已将亮化、美化工程列入城市建设发展规划，霓虹灯已成为不可缺少的夜间文化，夜间霓虹灯广告也成为不可缺少的媒体，霓虹灯行业迎来一个新的发展机遇。21世纪的今天中国霓虹灯企业不断地走进国际舞台，产品远销欧美等国际市场，在国际这个大舞台上扮演着越来越重要的角色。而当今状况下的霓虹灯，是在被人工控制的情况下点亮和熄灭的。在控制人员感觉太黑时，将霓虹灯开启，直到第二天早晨，才会被熄灭。这不仅大大地浪费了电能源，同时还加快了霓虹灯的寿命损耗。这是一个不科学地开关霓虹灯的方法。我们需要寻找到更好的办法来解决这些问题。大面积霓虹灯、彩泡等高亮度、高能耗灯具常被用作造景灯具。道路和广场上的霓虹灯、景观灯排列密集，每当夜幕降临便出现“火树银花不夜天”的景象。据统计，每年我国仅城市照明就要消耗掉目前三峡电站5%的发电量。很多城市照明严重超标，一些建筑内部耗电竟然高达25W·，照度超出标准35倍；有些景观灯95%以上的光线射向天空，只有不到5%的光线照到路面，能源浪费和光污染严重。霓虹灯广告牌在全世界各国的商业、学习、工作和生活等各个领域中起着重要的作用。世界各国无论大中小城市、城镇、人口聚集地都会有大量的霓虹灯广告牌。这鞋霓虹灯就如上文所说，从天黑开始，就被控制人员点亮，之后直到凌晨才会被人关闭。这种过度使用霓虹灯的行为，极度的浪费了能源，这给我们目前紧张的资源供应问题，增加了负担。据不完全统计，2007年中国用电量为7千多亿瓦，而且还在以每年增加百分之1.2的速度增加。减少霓虹灯的过度浪费使用，已经到了刻不容缓的地步。第1.3节霓虹灯光控定时开关的研究目的与方法本文所设计研究的霓虹灯光控定时电路，是为了在科技发达的现代社会，利用作者所掌握的知识，使霓虹灯不会在深夜无人时点亮，即可以在深夜无人时自动熄灭。这样的电路设计可以给城市节省下很多的能源，还可以延长霓虹灯等元件的使用寿命。这是一个绿色科技，相信在不久的将来，它将被越来越多的人所认可。霓虹灯光控定时开关电路的设计，是通过作者大学期间学到有关数字电路，传感器，通信原理等知识。利用光敏电阻、NE555电路、CD4060、双向可控硅、二极管、三极管、电容和电阻等元件。组成一个由220v交流电源供电，光敏电阻与NE555芯片组成的施密特触发器所控制，CD4060进行点亮计时的控制点亮时间的电路。在天黑时光控电路触发信号，通过计时系统开始计时，双向可控硅导通，点亮霓虹灯，并在计时结束以后自动熄灭霓虹灯。而计时时间的长短可以根据季节或天气等因素的不同，通过人工进行调节。本电路开关容易控制，方法可行，具有很高的研究价值和使用价值。第1.4节霓虹灯光控定时开关的优点1.4.1 可以在天黑时亮起霓虹灯光控定时开关，可以在天黑光强明显变弱时，自动开启电源，使霓虹灯点亮。这种点亮方式，可以在人们觉得光线变暗时，自动亮起，起到了最好的广告作用。“光控照明电路的制作主要是利用半导体光电器光敏电阻的特性制作而成的。它利用光线的强弱来控制照明开关的动作，动作点可根据实际光线的强弱调节。巡行时无须人员操作，避免了人工开关不及时等不利因素，因而有效的节约了电能9”。1.4.2 可以保持有效的点亮时间霓虹灯光控定时开关，在整个电路系统中加入了定时器，可以在点亮后自动进入计时状态，人们可以简单的设计它的点亮时间，自动决定合适关闭。定时/计数器是单片机芯片中最基本的外围接口，也是单片机的最重要的组成部分，它的用途广泛，常为测试时间、速度、频率、脉宽提供定时脉冲信号等。例如，我们可以在夏天时调节定时/计数器使其点亮4小时，而冬天调节定时/计数器使其点亮6小时。这样，不仅可以自由决定霓虹的点亮时间，还有效的节约了能源。1.4.3 全自动智能化无需人工控制随着现在信息技术的飞速发展，智能化成为工业装置的发展趋势。在高压开关领域，智能化开关发展迅速，其动力首先来自电力系统越来越高的可靠性要求及其越来越高的自动化程度。现代配电和用电系统包括供电小区或智能大厦的电器设备都要求在监测、控制及保护等方面完全自动化和智能化，开关作为重要的电流系统控制元件，其智能化则是上述自动化和智能化的基础。只需要在安装霓虹灯光控定时开关时，调试好点亮时间即可。之后无需人工控制，开关可以自行根据光的强弱，决定点亮与否。这有效的节省了人力资源。第2章 电路总体设计与分析第2.1节电源转换电路的设计在电源供电中，有很多种供电电路，其中有开关电源，变压器降压，阻容降压，下面我们分别做下简要介绍。图2.2 开关电源随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展1。 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和开关器件（MOSFET、BJT等）构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。这里主要介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源（粗电），如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压（精电）。直流开关电源的核心是DC/DC转换器。因此直流开关 电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。也就是说，直流开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就是直 流开关电源的分类。 直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离 式DC/DC转换器。 隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。双管DC/DC转换器 有双管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），双管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter） 和半桥式（Half-Bridge Converter）四种。四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。 非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。单管DC/DC转换器共有六种，即降压式（Buck）DC/DC转换器 ，升压式（Boost）DC/DC转换器、升压降压式（Buck Boost）DC/DC转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPIC DC/DC转换器。在这六种 单管DC/DC转换器中，Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。双管DC/DC转换 器有双管串接的升压式（Buck-Boost）DC/DC转换器。四管DC/DC转换器常用的是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。 隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器来实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用 范围，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。 在功率开关管的电压和电流定额相同时，转换器的输出功率通常与所用开关管的数量成正比。所以开关管数越多，DC/DC转换器的输出功率越 大，四管式比两管式输出功率大一倍，单管式输出功率只有四管式的1/4。 非隔离式转换器与隔离式转换器的组合，可以得到单个转换器所不具各的一些特性。 按能量的传输来分，DC/DC转换器有单向传输和双向传输两种。具有双向传输功能的DC/DC转换器，既可以从电源侧向负载侧传输功率，也可 以从负载侧向电源侧传输功率。 DC/DC转换器也可以分为自激式和他控式。借助转换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期性开关的转换器，叫做自激式转换器，如洛耶尔 （Royer）转换器就是一种典型的推挽自激式转换器。他控式DC/DC转换器中的开关器件控制信号，是由外部专门的控制电路产生的。 按照开关管的开关条件，DC/DC转换器又可以分为硬开关（Hard Switching）和软开关（Soft Switching）两种。硬开关DC/DC转换器的开关器件 是在承受电压或流过电流的情况下，开通或关断电路的，因此在开通或关断过程中将会产生较大的交叠损耗，即所谓的开关损耗（Switching loss）。当转换器的工作状态一定时开关损耗也是一定的，而且开关频率越高，开关损耗越大，同时在开关过程中还会激起电路分布电感和寄生 电容的振荡，带来附加损耗，因此，硬开关DC/DC转换器的开关频率不能太高。软开关DC/DC转换器的开关管，在开通或关断过程中，或是加于 其上的电压为零，即零电压开关（Zero-Voltage-Switching，ZVS），或是通过开关管的电流为零，即零电流开关（Zero-Current·Switching，ZCS）。这种软开关方式可以显着地减小开关损耗，以及开关过程中激起的振荡，使开关频率可以大幅度提高，为转换器的小型化和模块化创造 了条件。功率场效应管（MOSFET）是应用较多的开关器件，它有较高的开关速度，但同时也有较大的寄生电容。它关断时，在外电压的作用下， 其寄生电容充满电，如果在其开通前不将这一部分电荷放掉，则将消耗于器件内部，这就是容性开通损耗。为了减小或消除这种损耗，功率场 效应管宜采用零电压开通方式（ZVS）。绝缘栅双极性晶体管（Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor，IGBT）是一种复合开关器件，关断时的电流拖 尾会导致较大的关断损耗，如果在关断前使流过它的电流降到零，则可以显着地降低开关损耗，因此IGBT宜采用零电流（ZCS）关断方式。IGBT在 零电压条件下关断，同样也能减小关断损耗，但是MOSFET在零电流条件下开通时，并不能减小容性开通损耗。谐振转换器（ResonantConverter ，RC）、准谐振转换器（Qunsi-Tesonant Converter，QRC）、多谐振转换器（Mu1ti-ResonantConverter，MRC）、零电压开关PWM转换器（ZVS PWM Converter）、零电流开关PWM转换器（ZCS PWM Converter）、零电压转换（Zero-Vo1tage-Transition，ZVT）PWM转换器和零电流转换（Zero- Vo1tage-Transition，ZVT）PWM转换器等，均属于软开关直流转换器。电力电子开关器件和零开关转换器技术的发展，促使了高频开关电源的发展5。开关电源其优点就是工作稳定，电流输出大，由于其体积相对比较大，在我们的电路我没有考虑使用，下面看下变压器降压电路，变压器是一种很多设备里面常用的，成本比较低的一种方案。2.1.1 变压器供电图2.3 电源变压器变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。变压器就是将大电压，转变成小电压，提供个设备所需要的电能，变压器是变换交流电压、交变电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。 变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。如果采用变压供电，还需要选用一定的原件，组成交流转直流的电路，即整流电路，与电源滤波电路，经过这两个电路，才能给电路提供稳定的直流电能，否则电不是温恒的，是脉动的，这样是不行的，下面我们看下常用的整流滤波电路。图2.4 桥式整流电路上图为常用的桥式整流电路。桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。其工作原理是：桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、D1、Rfz 、D3通电回路，在Rfz 上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz 、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。 如此重复下去，结果在Rfz 上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图2.4中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。经过以上电路的分析，与电路考虑，开关电源由于我们不需要很大电流，而变压器由于体积大，变压器又是必不可少的原件，这样无疑增大了我们的体积，所以在电路中，我选用了电容降压电路，而没有采用开关电源，变压器供电，因为其结构简单，电流需求小，所以电容降压电路完全能够胜任，电容降压子在很多电器中都有采用过，这里我们看下其原理：工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。例如,在50Hz的工频条件下,一个1uF的电容所产生的容抗约为3180。当220V的交流电压加在电容器的两端,则流过电容的最大电流约为70mA。虽流过电容的电流有70mA,但在电容器上并不产生功耗，因为如果电容是一个理想电容,则流过电容的电流为虚部电流,它所作的功为无功功率。根据这个特点,我们如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件,则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。例如,我们将一110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联,在接到220V/50Hz的交流电压上,灯泡被点亮,发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA,它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。同理,我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF电容串联接到220V/50Hz的交流电上,灯泡同样会被点亮,而不会被烧毁。因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。因此,电容降压实际上是利用容抗限流。而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色6。 采用电容降压电路有几点需要注意的事项：（1）根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容,而不是依据负载的电压和功率。 （2）限流电容必须采用无极性电容,绝对不能采用电解电容。而且电容的耐压须在400V以上。最理想的电容为铁壳油浸电容。 （3）电容降压不能用于大功率条件,因为不安全。 （4）电容降压不适合动态负载条件。 （5）同样,电容降压不适合容性和感性负载。 （6）当需要直流工作时,尽量采用半波整流。不建议采用桥式整流， 因为全波整流产生浮置的地，并在零线和火线之间产生高压，造成人体触电伤害。而且要满足恒定负载的条件。 容降压式简易电源的基本电路如图2.5，C1为降压电容器，VD2为半波整流二极管，VD1在市电的负半周时给C1提供放电回路，VD3是稳压二极管，R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。在实际应用时常常采用的是图2.4的所示的电路。 电容电压可以应用在电流小的电路中，因为我们的电路没有强负载，所以采用了电容降压电路，减少成本，提高效率。下面我们看下在我的电路中构成电容降压的电路：图2.5电容降压电路图中C1，R2，组成了阻容降压电路，D2是9v稳压管，也就是说当电压大于9v时，D2两端的电压不变稳定保持在9v，位后续电路提供温恒电能，D1为整流二极管，与c3配合即完成了我们整个电路的供电工作，在C3两端，就是温恒的直流电了，注意整个电不可以接大负载，因为上述说明了，这里不在叙述。第2.2节光控开关电路设计光控开关由感光元件（光敏电阻）采集信号，555电路做延时控制输出与检测。  图2.6NE5552.2.1 NE555及施密特触发器NE555 （Timer IC）为8脚时基集成电路，大约在1971年由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30年中非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，后来基于CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。芯片简介：NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。NE555由于只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久，它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配，其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载，它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜，所以在本电路中，采用555这个器件，由于555的组合电路相当之多，在这里我们采用由555组成的施密特触发电路，下面我们看下什么是施密特触发电路。图2.7施密特出发电路门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。 它是一种阈值开关电路，具有突变输入输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。 利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。 当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压