智能感应灯研究-pcb论文

1、第一章系统框架研究忖标智能感应灯，有两个方向，一是做独立的感应开关，用来控制普通 的紧凑型节能灯；另外是将感应开关直接设计在节能灯内，做成一体化的节能灯。 拥有基本功能人到灯亮，人离灯熄，并在白天环境亮度高时保持熄灭状态。考虑成本、性能和受广大用户欢迎程度，采用被动式热释电红外探头作为智 能感应灯的传感器。基于节能方便等要求，要求节能灯有感光抑制功能，即在白 天环境亮度很高时，灯处于灭的状态，不会受传感器触发而点亮。人到灯亮，灯 需处于点亮状态一段时间后再判断是否熄灭，需要输出有一定的延时，并由个人 喜好不同要求能方便的调节延时时间。环境亮度低时，灯被触发点亮，环境亮度 会提高，即使灯光光谱与

2、口光光谱不同，这种影响也不可忽略。为消除这类干扰, 在感光抑制屮，可以更改电路结构，使灯在点亮后提高对环境亮度判断的阀值。 在红外探测中，结构上尽量避免灯光直射；在线路功能中，加入使灯在熄灭后在 一定时间内禁止点亮的功能，使红外探头有足够的时间回复到平稳状态。红外探头和光敏元件经信号放人及处理电路，输出可控制灯状态的触发信 号。触发信号经转化电路可实现控制灯供电系统、电了镇流器振荡状态等就可实 现日标功能。信号收集、处理及输出部分的供电系统采用低压直流系统，可用各种线路取 得。由此，可由基本功能得到系统基本框图。第二章主要元件及电子镇流器原理2.1被动式热释电红外探头热释电红外传感器是一种非常

3、有应用潜力的传感器。它能检测人或某些动 物发射的红外线并转换成电信号输出。早在1938年，有人就提出利用热释电效 应探测红外辐射，但并未受到重视。直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速 发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电品体的应用开发。近年來，伴 随着集成电路技术的飞速发展，以及对该传感器的特性的深入研究，相关的专用 集成电路处理技术也迅速增长。2. 1. 1热释电效应当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种 由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。通常，晶体自发极化所产生 的束缚电荷被来空气屮附着在晶体表面的白由电子所屮和，其发极化电矩不 能表现出来

4、。当温度变化时，晶体结构屮的正负屯荷重心相对移位，自发极化发 生变化，晶体表而就会产生电荷耗尽，电荷耗尽的状况正比于极化程度。能产生 热释电效应的晶体称z为热释电体或热释电元件，其常用的材料有单晶 （litao3等）、压电陶瓷（pzt等）及高分子薄膜（pvfz等）。热释电传感器利用的正是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧 化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有 t的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷aq,即在两电极z间产 生一微弱电压av。由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行 阻抗变换。热释电效应所产生的电荷aq会跟空气中的离子

5、所结合而消失，当环 境温度稳定不变时，at二0,传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度 与环境温度有差别，产生则有信号输出；若人体进入检测区后不动，则温 度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。 传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件pzt、场效应管fet等组成。其屮，滤 光片设置在窗口处，组成红外线通过的窗口。滤光片为6mni多层膜干涉滤光片， 对太阳光和荧光灯光的短波长（约5mm以下）可很好滤除。热释电元件pzt将波 长在8mml2mm之间的红外信号的微弱变化转变为电信号，为了只对人体的红外 辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片，使环境的干

6、扰受到 明显的抑制作用。如果我们在热电元件接上适当的电阻，当元件受热时，电阻 上就有电流流过，就可以在两端得到电压信 号。2.1.2被动式热释电红外传感器的工作原理与特性在口然界，任何高于绝对温度（-273k）的物体都将产生红外光谱，不同温 度的物体释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关 的，而且辐射能量的人小与物体表面温度有关。人体都有恒定的体温，一般在37° c左右,会发出10mm左右特定波长的红 外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。红外线通过 菲涅耳滤光片增强后聚集到热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射变化时 就会失去电荷平衡

7、，向外释放电荷，后经检测处理后就能产生报警信号。被动红 外探头，其传感器包含两个互相宙联或并联的热释电元件，而且制成的两个电极 化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生 释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。2.1.3被动式热释电红外探头的优缺点不同于主动式红外传感器，被动红外传感器本身不发任何类型的辐射，隐蔽性好，器件功耗很小，价格低廉。但是，被动式热释电传感器也有缺点，如： 信号幅度小，容易受各种热源、光源干扰； 被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收； 易受射频辐射的干扰； 环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失

8、 灵； 被动红外探测器的主耍检测的运动方向为横向运动方向，对径向方向运 动的物体检测能力比较差。2. 1.4热释电红外探头处理芯片原理及应用虽然被动式热释屯红外探头有些缺点，但是利用特殊信号处理方法后，仍然 使它在某些领域具有广阔的应用前景。因此，有很多生产商根据p1r传感器的特 性设计了专用的信号处理器，比如pti pt8a26xxp> weltrend wt8072, biss0001 o由于pir信号变化缓慢、幅值小，针对该特点，专用信号处理器一般分为 三步处理，具体处理步骤如下： 滤波放人普通pir传感器输岀信号幅值一般都很小，大约儿百微伏到儿毫伏，为了后 续电路能作有效的处理，

9、考虑到传感器的信噪比，通常取増益72. 5db,通带 03hz7hz。同时，由于是处理模拟小信号，所以为了保证放大器的工作稳定可 靠，电路中需要一个稳压器用于给传感器、放人器和比较器供电。 窗口比较器经过放大后的信号通过窗口比较器后检出满足幅值要求的信号后，再转换成 一系列数字脉冲信号。 噪声抑制数字信号处理根据对人体运动特点以及传感器的特性的长期研究，用固定时间内计脉冲个 数和测脉冲宽度的方法来甄别有效的人体信号，这里由系统振荡黠提供时钟源 (16kllz) o具体判别方法如下：判别操作限制在2s内；脉冲宽度低于24ms的都算作噪声，不予处理；单 个有效脉冲：宽度必须大于340 ms；双脉冲

10、，其屮宽的必须大于160ms ,窄的 大于24ms ；三个脉冲有效，每个都必须大于24ms。经过上述三步处理后就能准确、可靠地判断人体信号。根据具体应用场合实 现既定控制，例如报警器白动告警，自动开启某个设备。pt8a26xx系列主要是 用于口动延时开关，其中延时可调，还可设定白天不工作。另外其它儿个公司处 理器功能都基本类似，在节能领域应用较广。2. 2菲涅尔透镜菲涅尔透镜（fresnel lens）多是由聚烯坯材料注压而成的薄片，也有玻璃 制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利 用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的耍求很 高，一片优

11、质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在limn 左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成 木比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜 放大镜、红外探测器等。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在 pjlr上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的 移动物体能以温度变化的形式在pir上产生变化热释红外信号。菲涅尔透镜，简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹.通过这些齿纹，可以 达到对指定光谱范围的光带通（反射或者折射）的作用传统的打磨

12、光学器材的带 通光学滤镜造价昂贵。菲涅尔透镜可以极大的降低成本。典型的例子就是pir（被 动红外线探测器）。pir广泛的用在警报器上。如果你拿一个看看，你会发现在 每个pir±都有个塑料的小帽子。这就是菲涅尔透镜。小帽子的内部都刻上了齿 纹。这种菲涅尔透镜可以将入射光的频率峰值限制到10微米左右（人体红外线 辐射的峰值）。成木相当的低。菲涅耳透镜可以把透过窄带干-涉滤光镜的光聚焦在硅光电二级探测器的光 敏面上，菲涅尔透镜由有机玻璃制成，不能用任何有机溶液（如酒精等）擦拭，除 尘时可先用蒸馆水或普通净水冲洗，再用脱脂棉擦拭。2.3光敏电阻光敏电阻器（photovaristor）又叫光感

13、电阻，是利用半导体的光屯效应制 成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光 弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变 化转换为电的变化）。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照 射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子一空穴对，参与导电，使电路中电 流增强。2.3. 1光敏电阻原理用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和晞化物等半导体。 在黑暗环境里，它的电阻值很髙，当受到光照时，只要光子能量大于半导体 材料的禁带宽度，则价带屮的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价 带屮产生一个带正电荷的空穴

14、，这种由光照产生的电子一空穴对增加了半导体材 料中载流子的数fl,使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强， 阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子一空穴对将逐渐复合，光敏电 阻的阻值也就逐渐恢复原值。2.3.2光敏电阻分类根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光頌电阻器等，用于探 测紫外线。红外光敏电阻器：主要有硫化铅、确化铅、硒化铅。鲜化钢等光敏电阻器， 广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通 信等国防、科学研究和工农业生产中。可见光光皱电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、晞化镉、不巾化镣

15、、硅、错、 硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电口动开关门户，航标 灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动 保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机£1动曝光装置，光 电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。2.3.3光敏电阻主要参数光敏电阻的主要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性 光谱特性，频率特 性，温度特性。在光皱电阻两端的金属电极z间加上电压，其中便有电流 通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变人，从而 实现光电转换。没有极性，纯粹是个电阻期间，使用时可加直流也可以加 交流。2.3.4光敏电阻制作材

16、料用于制造光敏电阻的材料主耍是金属的硫化物、硒化物和确化物等半导 体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻 体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以 免受潮影响其灵敏度。光敏电阻的原理结构如图2.6.1所示。在黑暗环境 里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁 带宽度，则价带屮的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带 中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子一空穴对增加了半导 体材料屮载流子的数冃，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子一空穴对将 逐渐

17、复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。2. 5红外热释电处理芯片biss0001biss0001是一款高性能的传感信号处理集成电路。静态电流极小，配以热 释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外传感器，就能用 于本系统中。biss0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封 锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。其外接引脚图及内部框图如下： 各引脚的定义和功能如下：vdd_12作电源正端。范围为35v。vss工作电源负端。一般接0v。tb运算放大器偏置屯流设置端。经rb接vss端，rb取值为1m左右。un-一第一级运放放大器的反相输入端。1in+第一

18、级运放放人器的同相输入端。10ut第一级运算放大器的输出端。2in-一第二级运算放大器的反相输出端。20ut第二级运算放人器的输出端。vc触发禁止端。当vc<vr时禁止触发；当vovr时允许触发。vr0.2vdd。 vrf参考屯压及复位输入端。一般接vdd。接“0”时可使定时器复位。a可重复触发和不可重复触发控制端 当a二“1”时，允许重复触发，当a二“0” 时，不可垂复触发。vo控制信号输出端。由vs上跳边沿触发使vo从低电平跳 变到髙电平时为有效触发。在输出延时间tx z外和无vs上跳变时vo为低电平 状态。rr1rc1输出延迟时间tx的调节端。tx49152rlcl。rr2rc2触

19、发封锁时间ti的调节端。ti24r2c2。不可重复触发工作方式下的波形，來说明其工作过程。不可垂复触发工作 方式下的波形。首先，根据实际需要，利用运算放大器0p1组成传感信号预处理电路，将信号放 大。然后耦合给运算放大器0p2,再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为 vmgo. 5vdd）后，将输出信号v2送到由比较器cop1和c0p2组成的双向鉴幅器, 检出有效触发信号vs。由于vh0 7vdd、vl0 3vdd,所以，当vdd=5v时，可 有效抑制土iv的噪声干扰，提高系统的可靠性。cop3是一个条件比较器。当输 入电压vcvr时，c0p3输出为高电平，进入延时周期。当a端接“0”电平时，

20、 在tx时间内任何v2的变化都被忽略，直至tx时间结束，即所谓不可重复触发 工作方式。当tx时间结束时，v。下跳回低屯平，同时启动封锁时间定时器而进 入封锁周期ti。在ti时间内，任何v2的变化都不能使vo跳变为有效状态（高 电平），可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。以下图3-9所示的可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。可 重复触发工作方式下的波形在vc二“0”、a二“0”期间，信号vs不能触发vo为 有效状态。在vc二“1”、a二“1”时，vs可重复触发vo为有效状态，并可促使 vo在tx周期内一直保持有效状态。在tx时间内，只耍vs发生上跳变，则vo 将从vs 上跳变时刻起

21、继续延长一个tx周期 若vs保持为“1”状态，则vo直保持有 效状态；若vs保持为“0”状态，则在tx周期结束后v。恢复为无效状态，并且, 同样在封锁时间ti时间内，任何vs的变化都不能触发vo为有效状态。2.6电子镇流器电了镇流器是一个将工频交流电源转换成高频交流电源的变换器，其基本工 作原理是：工频电源经过射频干扰（rfi）滤波器，全波整流和无源（或有源） 功率因数校正器（ppfc或apfc）后，变为宜流屯源。通过dc/ac变换器，输出 20k-100khz的高频交流电源，加到与灯连接的lc串联谐振电路加热灯丝，同时 在屯容器上产生谐振高压，加在灯管两端，但使灯管放屯变成导通状态，再 进入

22、发光状态，此时高频电感起限制电流增大的作用，保证灯管获得正常：t：作所 需的灯电压和灯电流，为了提高可靠性，常增设各种保护电路，如异常保护，浪 涌电压和电流保护，温度保护等等1。2. 6.1半桥逆变电路工作原理bx是10欧姆的保险电阻，用于保护整个电子镇流器，也是抗浪涌电阻，在 接通电源的瞬间，整个电子镇流辭上的电容，尤其是大电解电容，会有很大的瞬 时充电电流，对电网及电了镇流器会产生冲击，加上电阻后，就可以很大程度的 消除这种瞬时冲击。合理选择电阻功率，可以起到保险丝作用，乂不会影响镇流 器寿命。二极管vd1vd4组成桥式整流电路将交流电压（频率为50/60hz）转换为电解电 容c1上的只留

23、脉动电压。电容c0起平滑滤波之用，其值越大，此电压也越稳定。 在电路分析和计算时，均视此电压为某一恒定的直流电压，其值约为输入电压峰 值,并以vdc（e）表示之。三极管vt1、vt2组成有源半桥支路，电容co、c11组成无源半桥支路，半 桥中点电压为直流电压的一半，即为e/2,灯管作为负载与电感b1相串联，跨 接在两个半桥中点之间。vt1、vt2是半桥逆变电路中的重要组件，起着功率开 关的作用，选择时，应优先考虑其开关参数。其工作原理是：加上电源后，由直 流电压vdc（e）提供的电流经r1对积分电容c2充电，一日-此电压达到并超过触 发二极管db3的转折电压（约3040v）后，该二极管击穿导通

24、，并有电流流入 vt2的基级，使vt2导通，此时，电流流经的路径为电源vc1co灯丝一c4 灯丝一电感b1磁环变压器tr的初级绕组l3vt2的集电极一地。vt2集电极电流的增长趋势在磁环变压器的初级绕组l3上产生感应电动势, 同时在次级（li、l2）也产生感应电动势，其极性是使各绕组上用表示的同名 端为正，从而使vt2的基级电位升高，基级电流、集电极屯流进一步加人，即在 电路中产生如下的连锁反应：触发电流-ib2 t -ic2 f ->通过 tr、l2 与 l3 耦合 vb2 t -tb2 f这种连锁式的正反馈作用使vt2导通并饱和。在vt2导通后，电容c2上的 电荷通过二极管d5放屯，

25、其电压下降，不再使触发管导通，该支路也不再对vt2 基级产生影响。所以，由rl、c2及db3提供的触发信号只在电源接通后对vt2 起触发作用。在vt1、vt2轮流t作后，具工作频率较高，vt2截止时间很短， 在这样短的时间内c2来不及得到充分的充电。而vt2导通后，c2又很快放电。 这样，它上面的电压是一些幅度很小的锯齿波，达不到足以使db3导通的电压。 因此，电路一旦转换，vtk vt2轮流导通与截止后，db3将不能再导通，对vt2 也不起任何作用。在三极管vt2导通后，开始tc2. tb2> vb2均增加，在某一时刻vb2达到一 个峰值，ib2也有一个峰值，以后由于磁环导磁率下降，v

26、b2、vl2将随着lc2 的上升而卜-降，ib2也卜降，由于基区存在人量的少数载流子没有通过集电结被 拉走，管子处于饱和状态。随着tc2的增加和磁环导磁率的下降，会出现磁环绕组上的电压vt2低于vb2 的情况，使基级电流反向，ib2变为负值，依靠此一反向电流，使基区多余的电 子消失，vt2从饱和状态追出，进入放大状态，电流ic2的下降通过磁环的正反 馈使ib2减小，ic2进一步减少，vt2很快地跳变为截止，与此同时，磁环绕组 l1上的电压改变极性，上正下负，延迟一段时间后，vt1上有电流产生与ic2 増加时相反的感应电动势，并形成一下连锁反应。icl f -vcl t f ibl f ->

27、;icl t结果vt1迅速由截止变为导通。上述过程周而复始地重复下去，vt1、vt2轮流导通与截止，在两个半桥中点 之间形成交变的方波电压，其幅度为e/2 （有源半桥屮点的电压由e下降到0, 以后又由0跳变为e,而无源半桥屮点的电压为e/2）o此交变电压经过启动电容 c4,电感b1的串联谐振作用，其电流变为接近正弦波，并在c4两端产生了一个 很高的电压（其值由电感bl的q值及电容c4值决定）加到灯管上，从而将灯管 启辉点亮。如果将灯丝预热（如加ptc,或通过在电感上的副绕组给灯丝预热） 将会使灯触发点亮的电压降低，灯管很容易启辉。灯被点亮后，灯管可视为一个等效电阻，其值由稳定后的灯管电压与灯管

28、电 流之比求得。2.6.2电容c5的续流作用在半桥电路屮每个三极管的导通时间均应小于半个周期，即两个三极管之间 存在一段死区时间，以免两个三极管同时导通而烧毁。但是，流过电感及灯管的 电流乂必须是连续的交变电流。为了解决这个孑盾，图中c5起着续流作用，在 两管都不导通时，它能保证有电流流过灯管，使电流是连续的。当vt2导通、vt1截止时，由电解电容c1送出的电流经电容co,灯管、电 感b1到地。在此期间，c5被充电，其电压为上正下负。当vt2截止，vt1尚未导通时，电流经电容co,灯管、电感b1 （由于vt2 电流减小，其感应电动势为右正左负）到c5,此时，co与b1上的电压串联对 c5反向充

29、电，通过电容c5维持元来流过vt2的电流，电流反向是出c5的下端 向上流。当然，也可以看成c5与b1上电压串联对co充电。当vt1导通，vt2截止时，流过灯管电流反向，波形与半周期前相似。此时 c5上电圧近似为零。当vt1截止，vt2尚未导通时，流过vt1的屯流由c5的电流续流，屯流是 由上而下的，与前一半周期的电流的反向相反。因此，流经c4的电流是一个正负交替的脉冲。由于工作时有高频脉冲电流 流过电容c5,它将因高频损耗而发热，此电容采用损耗小的聚丙烯电容。安装 时也不更靠近镇流器中的发热组件如三极管、电感b1等，因为电容过热会爆裂, 一旦电容c5损坏，三极管也会很快损坏。曲于电容的c5的续

30、流作用，流过电容 c5的电流和流过两个晶体管电流相叠加，构成一个连续的接近正弦波电流，流 过电感b1及灯管，保证灯管连续正常发光。第三章电路原理分析3. 1供电系统3. 1. 1阻容降压原理及电路将交流市电转换为低压直流的常规方法是采用变压器降压后再整流滤波，当 受体积和成本等因素的限制时，最简单实用的方法就是采用电容降压式电源。一、电路原理电容降压式简易电源的基本电路，c1为降压电容器，d2为半波整流二极管，d1 在市电的负半周时给c1提供放电冋路，d3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4-2的所示的电路。整流后未经稳压的直流电压一般会高于30伏，

31、并且会随负载电流的变化发 生很大的波动，这是因为此类电源内阻很大的缘故所致，故不适合大电流供电的 应用场合。二、器件选择1. 电路设计时，应先测定负载电流的准确值，然后参考示例来选择降压电容 器的容量。因为通过降压电容c1向负载提供的电流io,实际上是流过cl的充 放电电流ic。cl容量越大，容抗xc越小，则流经c1的充、放电电流越大。当 负载电流to小于c1的充放电屯流时，多余的电流就会流过稳压管，若稳压管的 最大允许电流idmax小于ic-lo时易造成稳压管烧毁.2. 为保证c1可靠工作，具耐压选择应大于两倍的电源电压。泄放电阻r1 的选择必须保证在要求的时间内泄放掉c1上的电荷。三、设计

32、举例已知c1为0. 33 p f,交流输入为220v/501iz,求电路能供给负载的最大电流。 c1 在电路中的容抗 xc 为:xc二 1 / (2 nf c) = 1/ (2*3. 14*50*0. 33*10-6) = 9. 65k 流过电容器cl的充电电流(ic)为：tc = u / xc = 220 / 9. 65 = 22ma。通常 降压电容cl的容量c与负载电流lo的关系可近似认为：014.51,其屮c的容 量单位是uf, to的单位是a。电容降压式电源是一种非隔离电源，在应用上要 特别注意隔离，防止触电。3. 1.2电阻分压原理及电路将较髙的直流电压转化为常用的低压直流电源，在用

33、于微小功率电路时，最 简单常用的方法是使用电阻分压式电源。电阻降压式简易电源的基本电路如图4, r24为分压电阻，1)10为稳压二极管， cio、c18为滤波电容。稳压二极管起钳制输出电压作用。流过电阻的电流，一 部分做为输出供电，另一部分流经稳压管到地。电路设计时，主要是电阻阻值及功率的选择。因此，设计时应先确定负载电 流的准确值，而电阻上的电压即为输入电压与输出屯压差值，由此可得屯阻上的 消耗功率，实际选择电阻时，为了电路稳定，一般留一倍的功率余量。出上可见，电阻分压式电路的能量利用率是很低的。尤其是输入电压比输出 电压高得多是，电路功耗就主要集屮在电阻上。并且，电路不能用于输入电流波 动

34、很人的电路中，否则，稳压管和滤波电容都会处于不正常的工作状态，极易损 坏。为了更好的得到一个稳定小功率低压电源，可以使用三端稳压模块，如正电 源78系列和与z对应的负电源79系列。三端固沱输出电圧式稳压电源78xx系 列其器件内部电路有过压保护、过流保护、过热保护，这使它的性能很稳定。能 够实现1a以上的输出电流，且器件具有良好的温度系数，产品有多种电压输出 值3.3v24v,可以运用本地调节来消除噪声影响，解决了与单点调节相关的分 散问题。输出电圧性能优良，电压误差精度分为土3%和土5%应用中，特别注意78系列输入电压与输出电压压差和静态电流。例如使用7805 时输入电压一般为9v左右，输入

35、输出压差也不能太小,太小效率很差，同时输入 输出压差也不能太人，太人则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏；输出电流 不能太大，1.5a是其极限值。大电流的输出，散热片的尺寸耍足够大，否则会 导致高温保护或热击穿；当输出电流很小时，7805木身消耗的电流即静态电流 就不能忽略，静态电流一般为2. 55ma。do是输出保护二极管，一日.输出电压高于输入电压，保护7805稳压器不被 损坏。3. 2信号采集及处理系统利用红外热释电探头re200b、直径5mm暗阻2050千欧光敛屯阻、红外热 释电专用处理芯片b1ss00001供电屯压vcco取+5v, r7是限流屯阻，给re200b提供偏置屯压和屯流。

36、由 于红外探头输出信号很小（小于loomv, 一般只有几毫伏到十几毫伏），所以其 对输入电压波动非常敏感，所以增加稳压滤波电容c4, r1对信号输出端提供合 适的偏置电压，一般为0.6v左右，c1对输出信号进行预处理，可滤除高频干 扰,一般为lonfo电阻r14、光敏电阻rom和电阻r15,构成检测环境亮度回路，当环境亮度 由亮转暗时，光敏电阻阻值增大，光敏电阻及r15±的总承受电压增大，即输给 btss0001的9脚电位升高，当此电位超过0.2vcc0即iv时，芯片内部不再屏蔽 红外探头输入信号，可在2脚高电位的输出控制信号。调整r15的阻值，就可以 控制整个系统对环境亮度的灵敏度

37、，增大r15,就可使系统在环境亮度更高时就 输出控制信号。bissoool的14、15、16脚是分别一级运放的正向输入端、反向输入端和输 出端，10n的电容c3跨接在正方向输入端z间起滤除髙频朵波作用，r3和电解 c21接反向输入端形成虚地,r2、c2接反向输入端与输出端间构成负反馈放人器。 放大后信号经电解c22、r8耦合到二级运放反向输入端13脚。r6、c6接在运放 反向输入端及输出端12脚之间构成二级负反馈放大器。其正向输入端接芯片内 部屯源0. 5vcc0 bp 2. 5v,使输出信号直流电位抬升至1/2vcc0,便于芯片内部通 过两个并联的比较器，检测到有用的双向触发信号。将检测到的

38、正反向触发信号 经一个或门电路，就可以得到可供使用的触发信号7 o1脚为可重复触发/不可重复触发模式设置口。应用时，为了根据需要方便 更改，接电阻r4到vcco, r5到信号地，使用时两电阻择一使用。要设置为可重 复触发，即接“1”，jw r4接上零欧到几十千欧的电阻，而r5空置。反之，只 需r5接上，r4空置。8脚为计时器重置口，闲置未用，可直接接高电位。为减小偏置电流采用限 流电阻，稳压电容。5脚、6脚组成封锁时间定时器外围控制组件，封锁时间ti24rc,在封锁 时间内，任何触发信号都不能使输出从低电位触发为高电位。3脚、4脚组成延吋时间定时器外围控制组件。延时时间tx50000rc,延

39、时时间为输出信号为髙电位的最小输出时间，在可重复触发模式下，延时时间可 在延时周期内被触发信号清零重计，表现为延时时间可为无限长。2脚为输出极接r17输出有效的高电平应用信号。芯片输出能力很弱，实际 供出电流小于0. 5ma,应用时应特别注意。封锁时间需要足够长，保证灯在无触发信号而熄灭的瞬间产生的伪触发信号 不会产生有效动作。如果此时间过短，此伪触发信号不及恢复而产生动作，宏观 表现为系统控制的灯在无任何触发信号时出现交替的亮灭，即产生失控的现象。 而此时间如果过长，即灯熄灭后在很长时间内都不能点亮，也违背了人来灯亮的 设计初衷。所以，在设计灯结构时，应尽量避免强光直射，从而减小红外探头恢

40、复时间。其实，灯光对光敏电阻也有影响，同而出现灯在能否点亮临界点附近会 闪烁。在此系统屮，光敏抑制只作为辅助控制系统，对使用的影响很小，改进方 案在后章中叙述。3.3输出控制系统由信号处理系统得到实际可用的触发信号，利用此信号，输出控制系统要将 其转化为实际可以控制灯状态的信号。信号处理系统的信号地与电子镇流器内部的功率地，在嫁接时应注意隔离问 题，因此，输出控制系统与供电系统，存在一定的关联关系。输出控制系统控制方法实现基本有两个思路：一、输出控制实现控制电子镇 流器的供电系统，即做一个受信号处理系统控制的可恢复开关。；二、控制电了 镇流器内部振荡回路，使振荡回路停振，从而控制灯状态。可用于

41、小电压或小电流控制人电流回路的常用器件如可控硅、继电器等，而 使电子镇流黠停振的基木方法是控制振荡回路两个三极管的导通状态。由此可得 三个基本方案：可控硅控制、继屯器控制、停振控制。3. 3. 1应用可控硅控制方案分析1、可控硅元件的工作原理及基木特性可控硅是p1n1p2n2四层三端结构元件，共有三个pn结，分析原理时，可以 把它看作由一个pnp管和一个npn管所组成当阳极a加上正向电压时,bg1和bg2 管均处于放人状态。此时，如果从控制极g输入一个正向触发信号，bg2便有基 流ib2流过，经bg2放大，其集电极电流ic2=(3 2ib2o因为bg2的集电极直接 与bg1的基极相连，所以ib

42、l=ic2o此时，电流ic2再经bg1放大，于是bg1的 集电极电流icl=p libl=|3 1132ib2o这个电流又流冋到bg2的基极，表成正反 馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使 饱和导通。由于bg1和bg2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使 控制极g的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发 作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性 需要一定的条件才能转化2、具体电路原理分析电路中无法得到一直存在的直流电压，采用最简单的阻容分压式电路，阻容

43、分压式电路得到的电压不够稳定，不能直接用作信号处理系统供电，所以必须加 三端稳压块7805, 7805的输出电压即可用作信号处理系统供电，信号处理系统 输hi经电阻r17就可接可控硅控制极。信号处理系统输出高电位时，即在逻辑上 灯该是亮的状态，可控硅导通，从而有电流流向电子镇流器，灯与逻辑一致为点 亮状态。当信号处理系统输出跳变冋低电位时，可控硅在一个供电电压周期内输 入电流小于维持电流时关段，灯随z熄灭。可控硅阴极与阻容分压电路、7805、 信号处理系统共信号地接零线。电子整流器一端接可控硅阳极，另一端与阻容分 压电路正输入端并接直接接火线或经开关接火线。3、电路实用性分析可控硅又称品闸管，

44、其在触发脉冲的作用下导通，在过“零点”时关断，也 就是说在流过晶闸管的电流小于“维持电流”时关断，所以流过晶闸管的电流必 须是断续的，才能是可控的。所以，可控硅与呈容性负载的电了镇流器一起工作 时，可控硅只在整流主电压比储能电容储能高时才导通，这将使电子镇流器功率 因数恶化，并给功率因数校正带來怵i难。同时，可控硅使用时需要串联一个电感 来限制可控硅触发时电流的上升时间。若没有这个电感，将会产生大量高频谐波 电流，并引起不可忽视的辐射和传到干扰问题。因为镇流器电流的负载为容性， 所以此电感与容性负载产生谐振，当可控硅触发后引起“振荡”，导致可控硅闪 烁式的开关，给电子镇流器增加风险。方案中可控

45、硅也可使用双向可控硅。3.3.2应用继电器控制方案分析1、继电黠的工作原理和特性继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入冋路）和被控制系 统（乂称输出凹路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去 控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换 电路等作用。电磁式继电器一般曲铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两 端加上一定的电压，线圈屮就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会 在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与 静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随z消失，衔铁就会在 弹簧的反作用

46、力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。 这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的h的。对于继电器的“常 开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点， 称为“常开触点”:处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。2、具体电路原理分析应用继电器方案与可控硅方案供电系统一致，继电器工作电压+5v过小，所 以用7805输入屯压驱动。信号处理系统产生的触发信号经限流电阻r17到常用 小功率npn三极管9013, 9013集电极接继电器另一控制端，发射极接地。二极 管d4反向并接在继电器控制极间，用与在三极管突然关段时，给继电器内电流 提供通路，以免其产

47、生的感应电动势烧传三极管等。当信号处理系统产生高电位 输出时，其信号使9013饱和导通，从而有电流流过继电器控制极，使原“常开 触点”吸合，使灯接通电源而点亮。当信号处理系统输岀回复低电位，9013转 为截止，流过继电器电流很快消失，“常开触点”由吸合而释放，灯电源断开， 灯很快熄灭，以上过程复合应有的逻辑过程。3、方案实用性分析此方案应用阻容分压供电，7805稳压，继电器控制，功耗低（小于0.5瓦， 性能稳定，继电器被控制端可以承受比较大的功率，可以用于控制多盏灯实现集 群控制，是制作独立式红外控制开关的理想选择。但继电器体积大，不适合用于 一体化智能感应灯设计。3. 3. 3停振控制方案分

48、析1、电路原理分析要使半桥逆变电路停振，只要破坏两个三极管依次导通的状况，常使用的方 法是使两个三极管其一无法被触发导通，这里使用卜管基级接地的方法实现。三极管饱和导通电压很小，就可用于实现可控的基级接地。屯子镇流器屮是 正信号系统，无法使用pnp三极管实现。对于npn三极管，其基级与集电极电位 呈现是反向逻辑，即基级输入高电位时，三极管饱和导通，集电极呈现低电位， 使下管处于截止状态，灯不亮。此逻辑过程与需要逻辑和反，所以需再增加一个 三极管使逻辑反向。同时，当基级电位为低时，下管截止，振荡电路停振，上管 亦截止。此时，则启动触发下管冋路口然工作，电流流过启动电阻触发电阻给启 动触发电容充电

49、，电容电位做够高时击穿触发管，进入正常启动动作。所以个别 灯会出现闪烁的现象。为此，在启动触发回路启动触发电容上，也并接一个npn 三极管，使在基级被控制而饱和导通接地时，触发电容也被控制而饱和导通接地, 从而触发电容无法充电而消除触发启动的过程，消除了灯闪烁的现象。因此，整个逻辑过程是：信号处理系统输岀高电位，经过限流电阻r17使第 一个三极管vt3饱和导通，vt3的集电极电位近似为零，所以t5、t4基级屯位 都为零，t3、t4两管均截止，所以t5、t4对触发启动电容和下管基级都没影响， 灯可以正常触发点亮并维持在此状态。反z,信号输出低电位，则t3截止，vcco 经电阻r4,再分别经r19

50、、经r18使t4、t5饱和导通，从而使触发电容、下管 基级分别接地，镇流器振荡电路停振并保持为无法启动的状态，灯熄灭。由于信号处理系统与控制系统的信号地与镇流器中功率地共用，所以，低电压供 电系统必须在镇流器内部取电，无法使用阻容分压式供电系统。因此，采用从镇 流器内部振荡回路供电中直接采用电阻分压式取电。应用此种分压方式，振荡回 路中电圧已相当稳定，使用7805的重耍性大幅减弱。同时，由于7805有25nia： 的静态电流，此静态电流将在分压电阻上产生lw左右的热损耗，将人幅增加系 统的散热难度。综上所述，使用7805将得不偿失。2、方案实用性分析此方案应用电阻分压式供电，放弃了使用三端稳压

51、块7805,而采用直接稳 压管钳制并稳定电压为了得到比教稳定的电压，使稳压管有适当的偏置电流流 过，电解电容也适当加人。对实现输出控制的三极管要求较高，特别是使基级接 地的三极管，本身基级信号很弱，要求其集电极与发射极间漏电流足够小，例如 使用13003与9013型号的三极管时，灯就无法正常点亮，而使用贴片封装的3904 时，就可以实现正常控制。而控制此三极管饱和导通的输入电流jlb过小时，三 极管饱和导通不完全，灯将无法熄灭而失控。由实测电路可得，应用3904时0. 5ma 左右的基级电流可以实现正常控制。考虑b1ss0001的输出驱动能力，限流电阻 r17取50k欧左右的电阻，使输出为0.

52、 1ma的基级电流。控制触发电容的基级输 入电流可以较小，取0. 05ma左右。同时为了减小输入电流波动，则要减小控制 输出电流波动，通过适当减小t3截止时电位，即适当增加r4电阻值，减小r19、 r18阻值实现。此方案屮电路性能良好，功耗适当，除儿个电解电容和供电电阻，可以全部 采用贴片封装的电阻、电容，三极管，稳压管，因而可以将整个智能控制系统集 成在很小的片板上，适合应用于一体化智能感应调光灯中。3.4电子镇流器应用电路分析电子镇流器在实际应用中，灯功率、功率因数、谐波含量，启动特性、寿 命等都取决与电子镇流器。相比半桥逆变原理图，实际应用中，在全桥整流电路后，増加了 型emc 滤波电路

53、，将启动电容拆分为两个。型emc滤波电路主要用来滤除半桥逆变屯路所产生的屯磁干扰信号，不使 它们通过电源线进入其他设备引起传导干扰。电磁兼容性(emc)是指设备或 系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍 受的电磁干扰的能力。emc 包括 emi (interference)和 ems (susceptibility),也就是电磁干扰和电磁抗干扰。启动电容的主要作用有两个：一是在灯管穴辉时，启动电容、扼流电感 和灯丝电阻纽.成二阶串联谐振电路，在启动电容上可得到瞬时高压，击穿 灯管，使灯启辉点亮。灯在点亮前后，启动电容同时给灯丝提供电流通路。灯在1e常点亮后， 所需的灯丝屯流大幅减小，否则灯丝发热严重，影响灯丝寿命。所以，当 耍求启动电容过大是，使用如上的拆分方式。拆分后，在交流通路上，两 屯容近似为并联，总电容为两个屯容量之和，不影响启动特性；灯丝电流 则因与灯丝串联的电容减小，容抗增大，电流减小，维持在理想状态。第四章硬件电路的调试使用电路停振方案构建硬件测试电路，测试系统性能和稳定性。将供电系统、 红外信号处理系统、控制系统集成与一块小片板上，应用于控制使用3u灯管的 电子镇流器。4.1控制小片板设计与制作结构上要求控制片板可装载在3u灯管屮间，菲涅尔透镜仲出灯管外。对控 制片板尺