触控式无级调速控制器74470858.doc

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1、河南科技学院新科学院河南科技学院新科学院 本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计） 触控式无级调速控制器触控式无级调速控制器 所在系别：所在系别： 电气工程系电气工程系 所学专业：所学专业： 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 触控式无级调速控制器触控式无级调速控制器 摘要摘要 随着经济发展的加快，科学技术的进步，人们生活水平得到了提高，设备随着经济发展的加快，科学技术的进步，人们生活水平得到了提高，设备 逐渐完善，人们的安全意识也在逐渐增强。本设计实现对电动机触摸式连续调逐渐完善，人们的安全意识也在逐渐增强。本设计实现对电动机触摸式连续调 速。本系统是低电压控制高电压的一种简易、安全的无级

2、调速装置，是经过触速。本系统是低电压控制高电压的一种简易、安全的无级调速装置，是经过触 摸芯片摸芯片 SGL8022W 产生移相触发脉冲通过控制双向晶闸管的导通角，从而改变产生移相触发脉冲通过控制双向晶闸管的导通角，从而改变 电动机两端电压，实现电动机的无级调速。电动机两端电压，实现电动机的无级调速。 关键词关键词:安全意识，无级调速，触摸式，晶闸管安全意识，无级调速，触摸式，晶闸管 Touch type stepless speed controller Abstract With the development of economy, the progress of science and

3、 technology, peoples living standard has been improving, safety consciousness also gradually increased. The design and implementation of touch type continuous speed control motor. The system is a simple, safe stepless speed regulating device of low voltage control of high voltage, after touch chip S

4、GL8022W to generate trigger control thyristor conduction angle pulse through, thus changing the voltage at both ends of motor, to achieve the stepless speed regulation motor. Keyword: safety consciousness, stepless speed regulating, touching-type, thyristor 目录目录 1 绪论1 1.1 课题背景.1 1.2 课题设计的目的和意义.2 2 方

5、案设计3 2.1 方案选择.3 2.2 设计结构框图.4 3 单元电路的设计4 3.1 电源电路.4 3.1.1 电源电路主要组成4 3.1.2 电源电路的元器件及其参数5 3.2 触摸控制电路.6 3.2.1 触摸控制电路设计6 3.2.2 触摸芯片 SGL8022W 基本原理 7 3.3 调速电路.9 3.3.1 调速电路分析9 3.3.2 PWM 调速原理9 3.3.3 双向晶闸管的原理及应用10 3.4 输出电路.11 4 整体电路规划12 4.1 整机电路的工作原理.12 4.2 参数计算及选择.12 4.2.1 参数计算12 4.2.2 元器件的选择14 5 电路的组装调试14 5

6、.1 电路的组装.14 5.2 电路调试.15 6 结论15 致谢17 参考文献18 附录19 1 1 绪论绪论 1.1 课题背景课题背景 电风扇，通常是指带有两片或以上数量的扇叶，由电动机驱动扇叶旋转产 生气流，从而达到通风纳凉效果的一种常用家电。近年来市场上出现的由电机 驱动叶轮旋转的空调扇和塔扇等也是电风扇的种类之一。尽管由于空调的逐渐 普及，电风扇的产销量曾一度出现下滑，但由于电风扇具有使用方便，价格低 廉，能耗较低等诸多优势，加之我国能源形势日趋紧张，且随着不少知名风扇 厂家不断加强科技创新，完善产品质量，丰富产品功能，推出如遥控负离子风 扇，蒸发式冷风扇等，电风扇依然得到广大消费者

7、的欢迎，具有较大的市场潜 力。 电风扇在我国已有五十多年的生产历史，不管是在城市和农村的普及率都 比较高，2008 年产量超过 1 亿台，除了国内市场外，还大批量的出口到世界各 地，占全球市场的绝大部分份额。由于电风扇结构较为简单，技术含量相对较 低，市场上品牌较多，主要产地集中在华南和江浙地区，尤以广东最为集中。 经过多年的积累，市场上也形成了规模和技术上都较具竞争力的优势品牌，其 中以美的、艾美特为市场主导品牌，先锋、联创、格力等风扇品牌紧随其后， 占据一席之地。 由于全球性的经济危机尚未解除，宏观经济走势尚未企稳走高，风扇出口 出现萎缩的形势下，广大风扇厂家纷纷大力开拓国内市场，市场竞争

8、日趋激烈。 健康多功能，时尚新外观等特点成为实现市场突破的重要条件。如遥控负离子 风扇、氧吧灭蚊风扇、集成吊顶风扇等等，满足现代人健康时尚，个性化和多 功能的各种不同需求。不断涌现的新产品让电风扇这种“老家电”焕发出新活力。 据调研显示，电风扇的热销很大程度上得益于产品外观的新颖和功能的人 性化。电风扇企业要想在市场上站稳立足并引领潮流，在产品的外观和功能上 下些功夫，不失为快速提高市场份额的好方法。随着市场的发展、消费者审美 习惯的转移以及健康节能观念的不断深入等，电风扇在功能和外观上的适时变 换也是大势所趋。 从功能上要求：便捷、健康、新奇、节能。 从最近几年的电风扇市场情况来看，越来越多

9、的厂家特别是比较专业的厂 家已经充分认识到了产品功能上的差异化的重要性，如美的的大厦扇、小厦扇， 艾美特的气流扇、联创的空调扇等个性鲜明、功能独特的电风扇，都具有很好 的市场占有率。调研结果显示：电风扇的便捷、健康、新奇、节能四项功能指 2 标占调查结果的前四位。 在目前市场上，开发较早且比较实用的电风扇首推走红 2005 年夏季的遥控 电风扇。由此可见，在如今工作节奏日益加快的工业化时代，生活上的便捷性 成为了现代都市人的时尚选择。具体来说，便捷性产品不仅使操作摆脱了一定 的空间限制，而且加上液晶屏幕的动态显示，操作起来一目了然。 近年来，厂家也开始围绕着提高空气质量做起了文章，于是电风扇便

10、增添 了负离子、氧吧、紫外线杀菌等健康功能。如美的的紫外线杀菌电风扇专门用 于杀灭空气中的细菌，从而提高空气的质量等，此产品在近年的市场上的销量 不断提升。随着生活水平的不断提高，消费者对健康也日益关注，所以消费者 对健康产品的需求将逐步增强。 新奇，顾名思义是奇怪、奇特的意思，我们也可以理解为差异化。比如带 有“飘香”功能的小风扇、带有照明功能的吊扇等产品在产品技术同质化现象相 当严重的电风扇行业中，无一不得到消费者的青睐，所以功能上的新奇性在以 后几年的市场上仍然将继续是厂家制胜的重要法宝。 基于目前国际能源短缺，以及国内近年来电荒频频发生的情况，节能型将 是电风扇一个不可忽视的发展方向。

11、比如近年市场上出现的带蓄电池风扇利用 太阳能作为能源的节能环保风扇、利用水为介质的空调扇等，这些节能产品在 未来几年都将得到社会较大力度的推广和应用。 1.2 课题设计的目的和意义课题设计的目的和意义 随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段，触摸感应技术得到了显著 的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。触摸 式技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并 掌握触摸式的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。 为了提高对调速器的认识和了解，尤其是对触摸式调速器的深入研究以及 其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用 PWM

12、 调速原理结合触摸式芯片而开发设计了这触摸调速系统。 触摸技术在国内的三大领域中应用得趋势：第一是家用电器业，例如全自 动触摸式干洗机、智能玩具；第二是通讯业，包括电话、手机和传真机等等； 第三是仪器仪表和计算机外设制造，例如软盘、硬盘、收银机、电表。除了上 述传统领域外，汽车、电子工业在国外也逐渐趋于全自动化和触摸式。它成本 低、集成度高、功耗低、控制功能多，能灵活的组装成各种智能控制装置，由 它构成的智能仪表解决了长期以来测量仪器中的误差的修正、线性处理等问题。 在现代工业中，为了实现各种生产工艺过程的要求，需要采用各种各样的 3 生产机械，这些生产机械大多采用电动机拖动。交流电动机结构简

13、单、坚固耐 用、经济可靠，且能在恶劣的甚至在有易燃易爆性气体的环境中安全运行，因 而被广泛应用。很多国家一直致力于发展交流传动技术，而且交流调速系统的 方案也早已有多种发明并得到实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统 相匹敌。 随着电力电子技术、计算机技术的发展和电力电子器件的更新换代，交流 调速技术获得了飞速发展，交流调速系统已从直流调速的补充手段发展到与直 流调速系统相竞争、相媲美、相抗衡，并逐渐取代的地位。晶闸管串级调速是 通过绕线式异步电动机的转子回路引入附加电动势而产生的，它属于转差功率 回馈型调速系统，具有结构简单、可靠、经济、维护方便等优点，在工业生产 中得到了越来越广泛的应

14、用。 串级调速是异步电动机十分经典的调速方法之一，它可以将异步电动机的 功率回馈电网或是转化为机械能送回到电动机轴上，因此效率高。串级调速系 统能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比较硬，是结构简单、发展较快、 技术难度较小、性能比较完善的一种控制系统。晶闸管串级调速技术除可用于 新设备设计外，还可用于对旧设备进行技术改造，这样不仅能改善调速性能， 又可以节约能源。因此，研究和应用晶闸管串级调速技术具有极大的技术和经 济意义。 本设计应用性比较强，设计的原理和理念可算为调速技术的一次革新，如 果稍微改装可以作调速产品的加工生产原理。对电风扇的触摸式无级调速所实 现的新奇，节能等功能则能符合电风

15、扇的发展趋势要求。 本课题主要研究电风扇的触摸式无级调速则重点研究以下问题： （1）如何实现对风扇实现触摸调速； （2）如何实现对电风扇的无级调速； （3）如何将 220V 交流电压转化成直流 5V 电压； （4）如何采用 PWM 调速原理调速。 2 方案设计方案设计 2.1 方案选择方案选择 方案一：采用传统的电位器调速，此方案需要的元件、电路和制作都很简 单，达不到课程设计的要求。 方案二：采用单片机技术，以 BISS0001 和单片机组成的红外传感控制电路， 能够实现有人时且外界光较弱时自动感应启动，无人时感应制动。 方案三：以 SGL8022W 为核心元件，通过人体的杂波作为输入信号，

16、控制 单向可控硅的导通角，从而改变电压实现调速。 4 综合上述的方案，方案三的难度适中，应用广泛，符合毕业设计的要求， 元件易购，故采取方案三。 2.2 设计结构框图设计结构框图 如图 1 所示，该设计是由触摸式集成芯片 SGL8022W 控制双向晶闸管，通 过脉宽调制调节占空比，从而改变电风扇端电压，实现电风扇的无级调速。 电电源源电电路路显显示示电电路路稳稳压压电电路路振振荡荡电电路路触触摸摸电电路路 输输出出电电路路触触发发电电路路调调速速电电路路保保护护电电路路 图图 1 整体结构框架整体结构框架 各组成部分作用如下： 整流电路将交流电变成单方向的脉动直流电。 触发电路给晶闸管提供可控

17、的触发脉冲信号。 晶闸管 根据触发信号出现的时刻（即触发延迟角 的大小） ，实现可 控导通，改变触发信号到来的时刻，就可改变风扇两端交流电压的大小，从而 控制电风扇的速度。 3 单元电路的设计单元电路的设计 3.1 电源电路电源电路 3.1.1 电源电路主要组成 一个完好的电路必须有一个稳定、安全、可靠的电源，本小节对本系统的 电源电路做一个详细介绍。本实验所用集成芯片 SGL8022W 对电压的要求也是 很高的。其控制电压在 4.2-5.5V 范围内任意选择，本设计选择直流电压 5V。 电源电路由电容和电阻、整流桥、电容器 C1、滤波电容 C2、稳压二极管 等组成。如图 2 所示。 5 22

18、0 V 474/250V C1 680 R1 1K R2 220uF C2 D5 1K R3 5.1V VS 3 4 1 2 3 4 101 C7 图图 2 电源电路电源电路 交流 220V 电压经过电容器 C1 和电阻 R1，又经整流桥电路将交流电压转 换成直流 12V 电压，然后经电阻 R2 降压，最后经稳压电源得到一个直流的 5V 电源，作为 SGL8022W 的工作电源，同时经 R3 将 VL 发光二极管点亮。C7 是 交流和直流实现共地的电容。 3.1.2 电源电路的元器件及其参数 A、稳压二极管 稳压二极管 Zener diode(又叫齐纳二极管)，它的电路符号是：此二极管是 一种

19、直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点 上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压保持恒 定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压二极管主要被 作为稳压器或者电压基准原件使用。 其伏安特性见图 3，稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压使用，通 过串联就可获得更多的稳定电压。 图图 3 稳压二极管伏安特性及其动态电阻稳压二极管伏安特性及其动态电阻 6 稳压管在此处的应用：稳压管在准确的电压下击穿，这就使得它可作为限 制和保护之元件来使用，因为各种电压的稳压二极管都可以得到，故对于这种 应用特别适宜。本设计中稳压二极管就是作为过压保护

20、器件。只要电源电压超 过二极管的稳压值就导通，使继电器 J 吸合负载就可以与电源分开。 B、整流二极管 Rectifier diode 整流二极管一种用于将交流电转变为直流电的半导体器件。 通常它包含一个 PN 结，有阳极和阴极两个端子。整流二极管是利用 PN 结的单 向导电特性，把交流电变成脉动直流电。整流二极管流电流较大,多数采用面接 触性料封装的二极管。 整流二极管一般为平面型硅二极管，用于各种电源整流电路中。 选用整流 二极管时，主要应考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向 恢复时间等参数。 普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管，对截止频率的 反向恢复时间要求不高，只要

21、根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工 作电流符合要求的整流二极管即可。例如，1N 系列、2CZ 系列、RLR 系列等。 开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管，应选用工作频 率较高、反向恢复时间较短的整流二极管（例如 RU 系列、EU 系列、V 系列、 1SR 系列等）或选择快恢复二极管。还有一种肖特基整流二极管。 最高反向工作电压 VR：指二极管两端允许施加的最大反向电压。若大于 此值，则反向电流(IR)剧增，二极管的单向导电性被破坏，从而引起反向击穿。 通常取反向击穿电压(VB)的一半作为(VR)。例如 1N4001 的 VR 为 50V，1N4002-1n4006

22、分别为 100V、200V、400V、600V 和 800V，1N4007 的 VR 为 1000V 。 选用二极管型号:IN4007/IN4001， 安装方式:直插功率特性，小功率频率 特性。 3.2 触摸控制电路触摸控制电路 3.2.1 触摸控制电路设计 触摸控制电路由 SGL8022W 触摸集成芯片、电容 C3 至 C5、电阻 R4 和电 极片组成。本次设计采用 SGL8022W 的渐明渐暗有记忆功能的功能特性，5 引 脚作为触摸端接入铜极片，6 引脚接高电平，8 引脚接低电平，其他引脚则是参 考 SGL8022W 的固定参数设置。其触摸控制电路如图 4。 7 103 C5 104 C3

23、 1 2 3 45 6 7 8 SGL8022W 47K R4 C4 100uF Touch +5 V GND 双双双双双双双 图图 4 触摸电路触摸电路 触摸控制电路如图 4 所示，A 手触电极片，用铁片或黄铜片等材料加工而 成，形状和大小均无严格要求。电阻 R4 和电容 C4 组成振荡电路接在芯片的 1 引脚控制其输出的频率变化，引脚 2 经电容 C5 直接接地，5 引脚则是触摸引脚。 3.2.2 触摸芯片 SGL8022W 基本原理 A、概述 SGL8022W 是一款用于 LED 灯光亮度调节及开关控制的单通道触摸芯片。 使用该芯片可以实现 LED 灯光的触摸开关控制和亮度调节。具有如下

24、功能特 点和优势： （1）灯光亮度可根据需要随意调节，选择范围宽，操作简单方便。 （2）可在有介质（如玻璃、亚克力、塑料、陶瓷等）隔离保护的情况下实 现触摸功能，安全性高。 （3）应用电压范围宽，可在 2.4 至 5.5V 之间任意选择。 （4）应用电路简单，外围器件少，加工方便，成本低。 （5）抗电源干扰及手机干扰特性好。EFT 可以达到2KV 以上；近距离、 多角度手机干扰情况下，触摸响应灵敏度及可靠性不受影响。 B、主要特性 TI 触摸输入对应 SO 灯光控制输出。共有四种功能可选，由 OPT1 和 OPT2 管脚上电前的输入状态来决定。具体如下： （1）OPT1=1，OPT2=1 对应

25、：不带亮度记忆突明突暗的 LED 触摸无级调 8 光功能； （2）OPT1=0，OPT2=1 对应：不带亮度记忆渐明渐暗的 LED 触摸无级调 光功能； （3）OPT1=1，OPT2=0 对应：带亮度记忆渐明渐暗的 LED 触摸无级调光 功能； （4）OPT1=0，OPT2=0 对应：LED 三段触摸调光功能。 1不带亮度记忆突明突暗的 LED 触摸无级调光功能如下： 初始上电时，灯为关灭状态。 点击触摸（触摸持续时间小于 550ms）时，可实现灯光的亮灭控制。一次 点击触摸，灯亮；再一次点击触摸，灯灭。如此循环。灯光点亮或关灭时，无 亮度缓冲。且灯光点亮的初始亮度固定为全亮度的 50%。 长

26、按触摸（触摸持续时间大于 550ms）时，可实现灯光无级亮度调节。一 次长按触摸，灯光亮度逐渐增加，松开时灯光亮度停在松开时刻对应的亮度， 若长按时间超过 3 秒钟，则灯光亮度达到最大亮度后不再变化；再次长按触摸， 灯光亮度逐渐降低，松开时灯光亮度停在松开时刻对应的亮度，若长按时间超 过 3 秒钟，则灯光亮度达到最小亮度后不再变化。如此循环。 点击触摸和长按触摸可以在任何时候随意使用，相互之间功能不受干扰和 限制。 2不带亮度记忆渐明渐暗的 LED 触摸无级调光功能是在不带亮度记忆突明 突暗的 LED 触摸无级调光功能的基础上，在点击触摸开灯和关灯时，通过使灯 光由一个较低亮度缓慢平滑过渡到开

27、灯初始亮度，在点击触摸关灯时，使灯光 由当前亮度缓慢平滑降低直至关灭，从而达到亮度缓慢变化的视觉缓冲效果， 起到保护眼睛和视力的效果。 3带亮度记忆渐明渐暗的 LED 触摸无级调光功能是在不带亮度记忆渐明渐 暗的 LED 触摸无级调光功能的基础上增加了亮度记忆功能。即在 AC220V 电源 不断电的情况下，每次点击触摸关灯时的亮度会被记忆，下次点击触摸开灯时 会以此亮度作为初始亮度。在 AC220V 电源掉电的情况下，重新上电后的第一 次点击触摸开灯，初始亮度固定为全亮度的 50%。 LED 三段触摸调光功能初始上电时，灯为关灭状态。每次点击触摸，灯光 亮度按低亮度-中两度-高亮度-灭 依次循

28、环变化。 C、SGL8022W 的应用电路 集成芯片 SGL8022W 各引脚的电路连接，该芯片参数要求严格，输入为直 流电压 2.4V 至 5.5V,输出为高频率的移相脉冲，脉冲触发三极管 8050，控制三 极管 8050 的导通角调节灯光的亮度。其应用电路如图 5 所示。 9 VCC 1 2 3 45 6 7 8 SGL8022W S1 S2 103104 +100uF 47K 1K D1 8050 NPN GND TOUCH GND 图图 5 GL8022W 的应用电路的应用电路 3.3 调速电路调速电路 3.3.1 调速电路分析 调速电路由金属极片 TOUCH、调光集成芯片 SGL80

29、22W、电阻器 R2、R4R7、电容器 C2、C3、C4、C6 和晶闸管 VT 组成。 用手触摸电极片 TOUCH 时，人体感应的杂波信号经 R6、R7 加至 SGL8022W 的 5 引脚（触摸信号输入端） ，作为触发控制信号。此触发控制信号 经 SGL8022W 内部电路处理后，从 SGL8022W 的 7 引脚（触发脉冲输出端） 输出触发脉冲信号，使 VT 导通工作，电风扇开始旋转。 若用手短时间触摸电极片 M（时间少于 0.55s）时，则 SGL8022W 的 7 引 脚输出的触发脉冲信号会使 VT 导通或截止，电风扇启动或者停转。 若用手长时间触摸电极片 M（时间超过 0.55s）时

30、，则 SGL8022W 的 7 引 脚将输出相位连续变化的触发脉冲信号，使 VT 的导通角由小变大又由大变小， 电风扇转速则由慢变快又由快变慢，手离开电极片时，电风扇转速恒定不变。 3.3.2 PWM 调速原理 脉宽调制更是广泛运用，调速器脉宽调制的全称为：Pulse WidthModulator、简称 PWM、由于它的特殊性能、常被用于直流负载回路中、 灯具调光或直流电动机调速、HW-1020 型调速器、就是利用脉宽调制(PWM)原 理制作的马达调速器、PWM 调速器已经在:工业直流电机调速、工业传送带调 速、灯光照明调解、计算机电源散热、直流电扇等、得到广泛应用。 采样控制理论中有一个重要

31、结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯 性的环节上时,其效果基本相同。PWM 控制技术就是以该结论为理论基础,对半 10 导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相 等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的规则对各脉冲 的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。PWM 控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世 纪 80 年代以前一直未能实现.直到进入上世纪 80 年代,随着全控型电力电子器件 的出现和迅速发展,PWM 控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术，微电子 技术和自动控制技术的发

32、展以及各种新的理论方法,如现代控制理论，非线性系 统控制思想的应用,PWM 控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已出现了 多种 PWM 控制技术,根据 PWM 控制技术的特点,到目前为止主要有相电压控制 PWM、线电压控制 PWM、电流控制 PWM、空间电压矢量控制 PWM、矢量控 制 PWM、直流转矩控制 PWM、非线性控制 PWM 和谐振软开关 PWM 几种方 法。 3.3.3 双向晶闸管的原理及应用 双向晶闸管是由 N-P-N-P-N 五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极， 双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只有一个控制极。其结构图 如图 6 所示。 图图 6 双向晶闸管

33、的结构图双向晶闸管的结构图 双向晶闸管与单向晶闸管一样，也具有触发控制特性。不过，它的触发控 制特性与单向晶闸管有很大的不同，这就是无论在阳极和阴极间接入何种极性 的电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲，也不管这个脉冲是什么极性 的,都可以使双向晶闸管导通。 由于双向晶闸管在阳、阴极间接任何极性的工作电压都可以实现触发控制， 因此双向晶闸管的主电极也就没有阳极、阴极之分，通常把这两个主电极称为 T1 电极和 T2 电极，将接在 P 型半导体材料上的主电极称为 T1 电极，将接在 N 型半导体材料上的电极称为 T2 电极。 11 由于双向晶闸管的两个主电极没有正负之分，所以它的参数中也就没有

34、正 向峰值电压与反向峰值电压之分，而只用一个最大峰值电压，双向晶闸管的其 他参数则和单向晶闸管相同。 双向晶闸管的伏安特性曲线具有对称性，如图 7 示。 图图 7 双向晶闸管的伏安特性曲线双向晶闸管的伏安特性曲线 由于双向晶闸管正、反特性具有对称性，所以它可在任何一个方向导通， 是一种理想的交流开关器件。 3.4 输出电路输出电路 输出电路由电阻 R5、晶闸管 VT、二极管 D1、电阻 R6、电动机 M 和压敏 电阻器 RV。如图 8 所示。 1 2 3 45 6 7 8 SGL8022W D1R5VT M 220 V R6 30 R7 0.1uF C6 图图 8 输出电路输出电路 M 为单相

35、异步电动机即电风扇,可用 1A/400V 的双向晶闸管 VS 来控制。若 风扇功率大于 100W，则应该相应加大双向晶闸管 VS 的额定电流(最大可达 12 10A)。芯片 A(SGL8022W)使用的 5V 直流电源直接由 VD1、R8 与 C5 组成电阻 降压半波整流稳压电路从 220V 交流市电中获取。SGL8022W 的引脚 7 输出脉 冲信号，通过脉宽控制导通角来控制双向晶闸管的电压从而调节电动机的转速。 4 整体电路规划整体电路规划 4.1 整机电路的工作原理整机电路的工作原理 触控式无极调速控制器的电路图如图 9 所示。左边是为了便于说明电路原 理而绘出的被控电风扇电路。在该电路

36、图中,M 为不大于 100W 的电风扇,可用 1A/400V 的双向晶闸管 VTH 来控制。若电风扇的功率大于 100W，则应该相应 加大双向晶闸管 VTH 的额定电流(最大可达 10A)。芯片 A(SGL8022W)使用的 5V 直流电源直接由 680k 电阻、474/250V 的电容、整流桥、稳压二极管 VS、 滤波电容 C2 从 220V 交流市电中获取。同时经过电阻 R3 点亮发光二极管导通 发光组成指示电路，R5 为双向晶闸管 VTH 控制极的限流，隔离电阻器，它可 以防止因晶闸管 VTH 控制极出现故障高压而导致芯片 SGL8022W 的损坏。 Touch 为手触电极片，用裸露的金

37、属丝环绕加工而成。 如将相零线位置接反，电路不能正常工作。触摸一下 Touch，电风扇启动； 再次触摸，电风扇停转。长时间触摸电极片时，电风扇的转速由慢渐快、又由 快渐慢进行循环变化。 220 V 1K R2 3.2K R5 VT M R6 220uF C2 D5 1K R3 5.1V VS 103 C5 104 C3 1 2 3 45 6 7 8 SGL8022W 47K R4 C4 100uF D6 Touch 474/250V C1 680 R1 +12 V 1 2 3 4 30 R7 0.1uF C6 101 C7 图图 9 整机原理图整机原理图 4.2 参数计算及选择参数计算及选择

38、13 4.2.1 参数计算 主要技术指标： 在环境温度 25下测试（除非特殊注明） 。3、SGL8022W 的引脚说明及电气参数 表表 1 SGL8022W 的引脚说明的引脚说明 管脚序号管脚名称输入/输出功能描述 1OSC 输入振荡电阻接入脚 2VC 输入采样电容接入脚 3VDD 电源电源正 4GND 电源电源负 5TI 输入触摸输入脚 6OPT1 输入选项输入脚 1 7SO 输出灯光控制输出 8OPT2 输出选项输入脚 2 表表 2 电气参数电气参数 参数典型值单位 工作电压 5.1V 工作电流 700uA 待机电流 20uA 输入高电平 (2/3)VDDV 输入低电平 (1/3)VDDV

39、 输出高电平电流 7mA 输出低电平电流 12mA 14 工作温度 -2070 储存温度 -50100 电源电压：5V。 输出脉宽：40ms。 输出触发脉冲导通角：41至 159。 调光周期（从最亮到最亮）：4.2s。 电源电流：1.5 至 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。 4.2.2 元器件的选择 A 宜选用浙江宁波雨晶微电子有限公司生产的 SGL8022W 集成电路，与 SGL8022W 有 CS7232、SM7232、BA2103 等型号的集成电路。双向可控硅 VTH 可根据负载功率大小选择 MAC97A6（约 1A） 、TLC

40、336A 约（3A） 、 BT136-500D（约 6A)中的一个，选择原则是触发电流要小于 25mA,使用 MAC97A6 时，其负载不应超过 60W，超过 60W 的应选用 BT134、BT136 等。 使用时应加散热片。 采用阻容降压，电阻 R1 为 680K，电容 C1 为 474/250V； 整流二极管 VD1 至 VD5 采用 IN4007； VS 采用 IN4733 0.5W/5.1V 稳压二极管； C2 至 C4 采用 CD11 一 10V 型电解电容器； C5 至 C7 采用 CT1 型瓷介电容器； M 采用 60W 以下电风扇。 5 电路的组装调试电路的组装调试 5.1 电

41、路的组装电路的组装 电路初步设计完成之后需要安装、焊接做出实验电路，采用环氧基质单面 铜箔板制作。将电路中的元器件按照图中原理顺序依次焊在万用板上。先将较 大的集成芯片和其他电子元器件安放好，然后依次组装其他元器件并焊接好。 组装电路时要注意，电路之间要共地。正确的组装方法和合理的布局，不 仅使电路整齐美观，而且能够提高电路工作的可靠性，便于检查和排除故隙。 焊接时电烙铁外壳一定要良好的接地，以免交流感应电压击穿 A 内部的 CMOS 集成电路。 15 双向晶闸管的实物引脚判断：用万用表的“R100,挡分别测量双向晶闸管 的任意两引脚之间的电阻值,正常时一组为几十欧姆,另两组为无穷大,电阻值为

42、 几十欧姆时表笔所接的两引脚为 T l 和 G,剩余的一个引脚为 T2。 然后再判别 T l 和 G,假定 T l 和 G 两电极中的任意一个引脚为 T l,用黑表笔 接 T l,红表笔接 T2,将 T2 与假定的 G 瞬间短路,如果万用表的读数由无穷大变为 几十欧姆,则说明双向晶闸管能被触发并维持导通。再调换两表笔重复上述操作, 若结果相同,说明假定正确。 如果调换表笔操作时,万用表瞬间指不为几十欧姆,随即又指示为无穷大,说 明原来的假定是错误的,因为调换表笔后,双向晶闸管没有维持导通,原假定的 T1 极实际上是 G,而假定的 G 实际上是 T l。 发光二极管的正负极判别：对于实物的发光二

43、极管，脚长的是正极短的是 负极，也可以仔细观察管子内部的电极，较小的是正极，大的是负极。 稳压二极管的正负极判别：测量的方法与普通二极管相同，即用万用表 R1k 档，将两表笔分别接稳压二极管的两个电极，测出一个结果后，再对调两 表笔进行测量。在两次测量结果中，阻值比较小的那一个，黑表笔接的是稳压 二极管的正极，红表笔接的是稳压二极管的负极。 5.2 电路调试电路调试 调试所用的仪器有万用表，220V 交流电源等。 调试前不加电源的检查：首先检测每一个元件是否良好，对照电路图和实 际线路连线是否正确，包括看看有没有错接、少接、多接等情况，如果有及时 更正；用万用表电阻挡检查焊接和接插是否良好；良

44、好；元器件引脚之间有无 短路，连接处有无接触不良，二极管、晶闸管、集成电路和电解电容的极性是 否正确；电源供电包括极性、信号源连线是否正确；电源端对地是否存在短路 （用万用表测量电阻） 。 调试时要接上电源，用手触摸电极片，电风扇的速度有快慢变化，并能按 照设计要求“无级连续”调速。 电路调试要求掌握常用仪器设备的使用方法和一般的实验测试技能，调试 中要求理论和实际相结合，既要掌握书本知识，又要有科学方法，才能顺利的 进行调试工作。整个调速开关对外只有 a、b 两个引线端，可像普通机械开关一 样直接串在交流电源的相线回路中，这是符合电工接线规范的。如被控电风扇 功率超过 100W，则需相应加大

45、双向晶闸管 VTH 的额定工作电流容量。为了提 高装配精度，提出两点印制板设计注意事项：1.左边为输入，右边为输出；2.地 线的走线尽量面积大一些，电源三限引出线也应相对粗一点。如果通电后触摸 不起作用，只要调换一下电源插头在 220V 交流电源插座内的位置即可解决问 16 题。整机联调时应观察各单元电路连接后各级之间的信号关系，主要观察动态 结果，检查电路的性能和参数，分析测量的数据是否符合设计要求，对发现的 故障和问题及时采取处理措施。 6 结论结论 本设计具有体积小、重量轻、工作稳定性和可靠性高的优点；采用触摸式 无机械开关和机械摩擦，并具有记忆功能；在低电压、隔离下触摸能保证人们 的安

46、全。但是由于实验室器件有限，本设计主要使用在功率较小的负载中。若 要使用大功率的负载，则需要改变其输入电压和输出脉冲的驱动能力，添加特 定的保护电路，提高晶闸管两端的耐压值等参数。 从这次的毕业设计中，我真正的意识到，在学习中，要理论联系实际，把 我们所学的理论知识用到实际当中，这次不仅使我真正的学会了触摸式无级调 速电风扇的设计，而且通过这次的学习我能够达到举一反三的效果。本次设计 是在于对小功率负载的触摸无级调速，这是进一步实现大功率负载触摸式无级 调速的基础和准备阶段。 17 致谢致谢 弹指一挥间，四年的大学生活已经接近尾声了，在这四年中我不仅学到 了课本上的知识，还学会了做人，学会了如

47、何独立生活，独立学习，独立思考 的能力。这都要感谢河南科技学院机电学院的老师们，是你们孜孜不倦的教导， 才让我学有所获。还有曾经给我帮助的同学们，谢谢你们在我最需要帮助的时 候伸出援手，给予我继续前进的力量。 当我最初拿到这个设计时，我的头脑里是一片空白，完全不知道如何下手， 是我的导师不辞辛苦的为我分析题目，理清条理。我才得以顺利开题。在本次 论文设计中，我也遇到了诸多的难题，比如在电压变化着一阶段的时候，由于 自己学艺不精，我有点摸不清头脑，我的同学给我说了相关资料，才让我得以 顺利完成。 经过一学期的制作，本次设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计， 由于经验的匮乏，难免有许多考虑不

48、周的地方，如果没有导师的督促指导，以 及同组同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里要感谢指导老师，他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我们无 尽的启迪；他严谨细致，一丝不苟的作风一直是我们工作、学习中的榜样；并 将积极影响我今后的学习和工作。然后要感谢大学 4 年来的所有老师，为我们 打下了电子专业知识的基础；同时还要感谢 09 级所有的同学们，正是因为有你 们的支持和鼓励。我才能在温暖的环境中茁壮成长并顺利完成毕业设计。 最后，我要向在百忙之中的抽出宝贵的时间对论文进行审阅，评议和参与 本人论文答辩的各位老师表示诚挚的感谢。并祝所有老师培育出越来越多的人 才，桃李满天下。 18

49、 参考文献参考文献 1颜荣江.集成电路使用手册.人民邮电出版社，2011 2方大千，鲍俏伟.使用电源及其保护电路.人民邮电出版社，2011 3张双庆.电子元器件的选用与检测.机械工业出版社，2009 4Marty Brown. Power Supply Cookbook (second edition)P.Boston Oxford Johannesburg New Delhi，2009 5Guiyun Tian. Foundation and application of microcontroller M.Higher Education Press，2006 6全新实用电路集粹上册/全新实用电路集粹编辑委员会编著.北京：机械 工业出版社，2012.1 7曲永印.异步电机的高性能变频调速控制策略及系统实现研究D.上海： 东华大学，2006 8李志愿.控制式差动无级变速器调速控制的研究D.陕西：陕西科技大学， 2012 9贾忠友，谢先明.浅谈触控芯片原理及应用J.民营科技，2010(8)：P1-15 10胡细帅.一种便宜有效的新型触摸电路J.大众商务，2010(2)：P3-9 11李加鹏.触摸调光控制芯片的设计与