電工電子課程設(shè)計(jì)-雙端無源電子節(jié)能開關(guān)

1、課題名稱: 雙端無源電子節(jié)能開關(guān) 所在院系: 材料科學(xué)與工程學(xué)院 班 級(jí): xxxxxx 學(xué) 號(hào): xxxxxxx 姓 名: xxxxxxx 指導(dǎo)老師: xxxxx 時(shí) 間: 2009年10月31日 xxx學(xué)院目錄任務(wù)書（3）1.引言（4）2.方案設(shè)計(jì)（5）2. 1 設(shè)計(jì)描述和要求(5)2. 2 考慮開關(guān)的選擇（5）2. 3 考慮電流和其他方面的要求（5）3.單元電路設(shè)計(jì)（7）3. 1無源開關(guān)推薦（7）3. 2無源開關(guān)主要技術(shù)指標(biāo)（7）3. 3對(duì)開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)（7）4.總體電路設(shè)計(jì)（9）4. 1電路圖（9）4. 2電路圖分析（9）5.課程設(shè)計(jì)總結(jié)（10）6.電子元件清單（12）7.總電路圖（13

2、）8.參考文獻(xiàn)（14）雙端無源電子節(jié)能開關(guān)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)課題：雙端無源電子節(jié)能開關(guān)課程設(shè)計(jì)課題的任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一個(gè)雙端無源電子節(jié)能開關(guān)，基本要求如下：1、便于安裝，在不改變市電接線的條件下能與現(xiàn)有的照明開關(guān)互換、即要求電子節(jié)能開關(guān)是一個(gè)雙端器件。 2、要求電子節(jié)能開關(guān)關(guān)斷時(shí)電阻無窮大，通態(tài)電阻越小越好，即電子節(jié)能開關(guān)可近似地看作是一個(gè)無源器件。 3、容易制作，造價(jià)低、體積小，避免使用變壓器和繼電器。4，隨便接入，降低工程成本和工程人員要求，提高工程速度 設(shè)計(jì)步驟1.查閱相關(guān)資料；2.總體方案設(shè)計(jì)與工作原理說明；3.單元電路設(shè)計(jì)與說明；4.元器件參數(shù)選擇5.總體電路的繪制及電路原理圖相關(guān)說明

3、；參考文獻(xiàn)1錢照明程肇基電磁兼容設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及抗干擾抑制技術(shù)杭州:浙江大學(xué)出版社2000.2 張占松蔡宣三 開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì) 北京電子工業(yè)出版社 1998.3 曲學(xué)基，王增福穩(wěn)定電源實(shí)用手冊(cè)北京:電子工業(yè)出版社 1994.4秦曾煌主編電工學(xué)簡明教程高等教育出版社20065電子報(bào)合訂本1991年 第：150頁6 電子節(jié)能燈與電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)與制造陳傳虞 編1 引言 上世紀(jì)60年代，開關(guān)電源的問世，使其逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和SCR相控電源。40多年來，開關(guān)電源技術(shù)有了飛迅發(fā)展和變化，經(jīng)歷了功率半導(dǎo)體器件、高頻化和軟開關(guān)技術(shù)、開關(guān)電源系統(tǒng)的集成技術(shù)三個(gè)發(fā)展階段。功率半導(dǎo)體器件從雙極型器件(BPT、S

4、CR、GTO)發(fā)展為MOS型器件(功率MOSFET、IGBT、IGCT等)，使電力電子系統(tǒng)有可能實(shí)現(xiàn)高頻化，并大幅度降低導(dǎo)通損耗，電路也更為簡單。 自上世紀(jì)80年代開始，高頻化和軟開關(guān)技術(shù)的開發(fā)研究，使功率變換器性能更好、重量更輕、尺寸更小。高頻化和軟開關(guān)技術(shù)是過去20年國際電力電子界研究的熱點(diǎn)之一。 上世紀(jì)90年代中期，集成電力電子系統(tǒng)和集成電力電子模塊(IPEM)技術(shù)開始發(fā)展，它是當(dāng)今國際電力電子界亟待解決的新問題之一。 為了杜絕樓梯、走廊、過道等公共場所的長明燈現(xiàn)象，達(dá)到節(jié)電的目的，出現(xiàn)了不少電子節(jié)能開關(guān)，用延時(shí)關(guān)燈的方式自動(dòng)熄滅電燈。但筆者認(rèn)為要想種開關(guān)得到推廣使用，必須解決以下三個(gè)問

5、題：1、便于安裝，在不改變市電接線的條件下能與現(xiàn)有的照明開關(guān)互換、即要求電子節(jié)能開關(guān)是一個(gè)雙端器件。2、要求電子節(jié)能開關(guān)關(guān)斷時(shí)電阻無窮大，通態(tài)電阻越小越好，即電子節(jié)能開關(guān)可近似地看作是一個(gè)無源器件。3、容易制作，造價(jià)低、體積小，避免使用變壓器和繼電器。2 方案設(shè)計(jì)2. 1 設(shè)計(jì)描述和要求認(rèn)為要想使這種開關(guān)得到推廣使用，必須解決以下問題。 1、便于安裝，在不改變市電接線的條件下能與現(xiàn)有的照明開關(guān)互換、即要求電子節(jié)能開關(guān)是一個(gè)雙端器件。 2、要求電子節(jié)能開關(guān)關(guān)斷時(shí)電阻無窮大，通態(tài)電阻越小越好，即電子節(jié)能開關(guān)可近似地看作是一個(gè)無源器件。 3、容易制作，造價(jià)低、體積小，避免使用變壓器和繼電器。4，隨便

6、接入，降低工程成本和工程人員要求，提高工程速度2. 2考慮開關(guān)的選擇無源開關(guān)；具有閉合和斷開的2種狀態(tài)；2個(gè)接點(diǎn)之間沒有極性，可以互換； 1、各種開關(guān)如：限位開關(guān)、行程開關(guān)、腳踏開關(guān)、旋轉(zhuǎn)開關(guān)、溫度開關(guān)、液位開關(guān)等； 2、各種按鍵； 3、各種傳感器的輸出，如：環(huán)境動(dòng)力監(jiān)控中的傳感器：水浸傳感器、火災(zāi)報(bào)警傳感器、玻璃破碎、振動(dòng)、煙霧和凝結(jié)傳感器； 4、繼電器、干簧管的輸出；開關(guān)的種類很多，選用時(shí)應(yīng)首先滿足電路的電壓2. 3考慮電流的要求，在考慮其他方面的要求1)根據(jù)電路的工作電壓與通過的電流等選擇合適的開關(guān)，在選用時(shí)，其額定電壓、額定電流都要留有余量，一般為工作電壓與電流的12倍即可。2)根據(jù)電

7、路數(shù)和每個(gè)電路的狀態(tài)，來確定開關(guān)的刀數(shù)和擲數(shù)。3)根據(jù)開關(guān)安裝位置，選擇外形尺寸、安裝尺寸及安裝方式。4)根據(jù)電路的用途，選擇不同類型的開關(guān)。5)在維修中如要更換開關(guān)，又沒有原型號(hào)可換時(shí)。則需考慮引腳的多少、安裝位置的大小、引腳之間的間距大小等問題。3 單元電路設(shè)計(jì)31 無源開關(guān)推薦MAX4888A是雙路單刀/雙擲(2xSPDT)開關(guān)，理想用于切換兩組雙向(Rx或Tx)PCIe數(shù)據(jù)。每個(gè)單向通道可以由一個(gè)信號(hào)源和兩個(gè)終端組成，也可以由兩個(gè)信號(hào)源和一個(gè)終端組成。MAX4888A將Rx和Tx數(shù)據(jù)在不同的器件內(nèi)進(jìn)行處理，最大程度地減小了串?dāng)_。MAX4889A四路開關(guān)將容量擴(kuò)至兩倍，可處理四組雙向(R

8、x或Tx)PCIe數(shù)據(jù)。MAX4888A和MAX4889A具有一個(gè)數(shù)字控制輸入(SEL)，用于切換信號(hào)路徑。器件還可最大程度地減小功耗和擺率，從而實(shí)現(xiàn)零延時(shí)切換。MAX4888A/MAX4889A雖為PCIe應(yīng)用而設(shè)計(jì)，但同時(shí)也適用于其它差分信號(hào)應(yīng)用。3.2無源開關(guān)主要技術(shù)指標(biāo)使用溫度范圍TEMPERATURE25+55 耐壓 WITHSTAND VOLTAGEAC500V（50Hz)/min 絕緣電阻 INSULATION RESISTANCE100M 額定負(fù)荷 RATED LOADDC 30V 0.3A 動(dòng)作力 ACTUATING FORCE28N 接觸電阻 CONTACT RESISTA

9、NCE0.02 壽命 LIFE次3.3對(duì)開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)1)直觀檢測(cè)觀察開關(guān)的手柄是否能活動(dòng)自如，或有松動(dòng)現(xiàn)象，能否轉(zhuǎn)換到位。觀察引腳是否有折斷、緊固螺釘有否松動(dòng)等現(xiàn)象。2)測(cè)量觸點(diǎn)間的接觸電阻 測(cè)量方法是:用萬用表的Rx1擋，一支表筆接開關(guān)的刀觸點(diǎn)引腳，另一支表筆接其他觸點(diǎn)引腳，讓其開關(guān)處于接通狀態(tài)，所測(cè)阻值應(yīng)在0.1-0.5以下，如大于此值，表明觸點(diǎn)之間有接觸不良的故障。3)測(cè)量開關(guān)的斷開電阻測(cè)量方法是:用萬用表的Rx10k擋，-艾表筆接開關(guān)的刀觸點(diǎn)引腳，另一支表筆接其他觸點(diǎn)的引腳，讓開關(guān)處于斷開狀態(tài)，此時(shí)所測(cè)的電阻值應(yīng)大于幾百千歐姆。如小于幾百千歐姆時(shí)，表明開關(guān)觸點(diǎn)之間有漏電現(xiàn)象。4)測(cè)量各

10、觸點(diǎn)間電阻用萬用表Rx1Ok擋測(cè)量各組獨(dú)立觸點(diǎn)間的電阻值，阻值應(yīng)為，各觸點(diǎn)與外殼之間的電阻值也應(yīng)為叨。若測(cè)出一定的阻值表明有漏電現(xiàn)象。5)開關(guān)的故障開關(guān)的故障率比較高，主要故障是:接觸不良、不能接通、觸點(diǎn)間有漏電、工作狀態(tài)無法轉(zhuǎn)換等。其中接觸不良的故障較為多見，表現(xiàn)為時(shí)通、時(shí)斷，且造成的原因有多種。其中有觸點(diǎn)氧化，觸點(diǎn)打火而損壞，觸點(diǎn)表面臟污等。此類故障可通過無水酒精清洗觸點(diǎn)的方法得以解決。6)推推開關(guān)被彩色電視機(jī)廣泛用于電源4總體電路設(shè)計(jì)41電路圖42電路圖分析按一下S，220V交流電經(jīng)橋式整流后通過V5向電容器C充電，當(dāng)電容器上的電壓高于單向可控硅SCR的控制極觸發(fā)電壓時(shí)，單向可控硅被觸發(fā)

11、導(dǎo)通，燈泡點(diǎn)亮。松開S后，電容器上的電荷通過電阻器R放電，維持單向可控硅導(dǎo)通，延時(shí)到預(yù)定時(shí)間后（本電路參數(shù)亮燈時(shí)間在12分鐘內(nèi)），單向可控硅在導(dǎo)通電流小于維持電流時(shí)關(guān)斷，燈泡熄滅。 本開關(guān)電路只有兩個(gè)接線端，是一個(gè)雙端器件，開關(guān)在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，電阻呈無窮大，在導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)上的壓降小于3V，僅為市電電壓的1.36%，因此，又可以近似地把它看作是一個(gè)無源器件。如果把圖中的橋式整流部分去掉，雖然可以降低成本，但燈泡上只能得到半波電源，燈泡會(huì)出現(xiàn)閃爍，照明效果不好。若去掉橋式整流部分后再把單向可控硅換成雙向可控硅，燈泡上可得到全波電源，但為了使雙向可控硅在電源負(fù)半周時(shí)能可靠地導(dǎo)通要增大電容器C的容量，因

12、此成本要略高于圖中所示電路。5課程設(shè)計(jì)總結(jié) 這學(xué)期我們開設(shè)了電工學(xué)簡明教程這門課，這門學(xué)科屬于電子電工范疇，與我們的專業(yè)也都有聯(lián)系，且都是理論方面的指示。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行。”學(xué)習(xí)任何知識(shí)，僅從理論上去求知，而不去實(shí)踐、探索是不夠的，所以在學(xué)習(xí)這門課之際，中間來一次電子電路課程設(shè)計(jì)是很及時(shí)、很必要的。這樣不僅能加深我們對(duì)電子電工課程學(xué)習(xí)的興趣，而且還及時(shí)、真正的做到了學(xué)以致用。 通過這段時(shí)間不懈的努力與切實(shí)追求，我們小組終于做完了課程設(shè)計(jì)。通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問題的能力.在課程設(shè)計(jì)的過程中我想了很多種方案對(duì)同一個(gè)問題(像計(jì)數(shù)器的接法)都想了很多種不同的

13、接法運(yùn)用不同的芯片進(jìn)行了比較最后還是采取了上面的方法進(jìn)行連接從開始做課程設(shè)計(jì)那天起腦中天天都想著同樣的問題怎么去接線怎么去把電路弄得更加簡單怎么別人更容易看懂.你會(huì)花更多的時(shí)間才會(huì)做好.課程設(shè)計(jì)有利于提高我們的動(dòng)手能力能把我們所學(xué)的書本知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中去.同時(shí)也豐富了我們的業(yè)余生活提高我們對(duì)知識(shí)的理解能力.通過分析以往電子節(jié)能開關(guān)的缺點(diǎn)和不足之處提出了其更新、改造的設(shè)計(jì)方案。新設(shè)計(jì)的雙端無源電子節(jié)能開關(guān)既滿足經(jīng)濟(jì)性、可靠性、技術(shù)性的要求，又使用方便。估計(jì)雙端無源電子節(jié)能開關(guān)將會(huì)被社會(huì)所接受，被廣大群眾所接受，家家戶戶都使用它，解決了過去不便于安裝、造價(jià)不低等一系列問題，在節(jié)電省能方面發(fā)揮了重要的作用。6. 電子元件清單 燈泡 1個(gè)二極管V5 1個(gè)單向可控硅SCR 1個(gè)電容器220/10V 1個(gè)雙端開關(guān)S 1個(gè)電阻器300K 1個(gè)橋式整流V1-