一种简易的可控硅调光控制器设计方案分享

可控硅调光在平时的生活中是非常常见的，无论是工厂、学校还是医院，都需要用到可控硅调光控制器来把控亮度调整。今天我们将会分享一种比较建议的可控硅调光控制器设计方案，该方案基于单片机控制设计，调光时间短，设计比较简单，实用性比较强。

硬件部分设计

在这种基于单片机的可控硅调光控制器设计方案中，我们所设计的调光控制器的框图如下图图1所示：

图1 调光控制器框图

可以看到，这种简单的可控硅调光控制器的设计中，主要分为控制、驱动、负载三个部分。在控制部分的设计中，我们为了便于灵活设计，选择可多次写入的可编程器件，这里选用的是ATMEL的AT89C51单片机。在驱动部分的设计中，由于要驱动的是交流，所以可以用继电器或光耦+可控硅（晶闸管SCR）来驱动。可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不象继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性高。所以这里选用的是可控硅。需要注意的是，本电路只能控制白炽灯（纯阻负载）的亮度。

软件部分

由于我们所设计的这种可控硅调光控制器的控制对象是50Hz正弦交流电，因此需要通过光耦取出其过零点的信号（也可以称之为同步信号），将这个信号送至单片机的外中断，单片机每接收到这个同步信号后启动一个延时程序，延时的具体时间由按键来改变。当延时结束时，单片机产生触发信号，通过它让可控硅导通，电流经过可控硅流过白炽灯，使灯发光。延时越长，亮的时间就越短，灯的亮度越暗。这里需要特别说明的一点是，在这种可控硅控制器的应用中，使用者并不会有闪烁的感觉，因为重复的频率为100Hz，且人的视觉有暂留效应，因此不会看到闪烁现象。由于延时的长短是由按键决定的，所以实际上就是按键控制了光的强弱。

按照这种设计理念来看，我们所设计的这种可控硅调光控制器的延时时间应该是0～10ms内的任意值。在程序中，将一个周期均分成N等份，每次按键只需要去改变其等份数，在这里，N越大越好，但由于受到单片机本身的限制和基于实际必要性的考虑，只需要分成大约100份左右即可，实际采用的值是95。

在本方案中，由于可控硅的触发脉冲宽度要根据具体的光耦结合示波器观察而定，因此在本设计中取20μs。程序中使用T1来控制这个时间。对两个调光按键的处理，我们可以随按键时间的不同、调整方法不同的方式进行设计，短按只调整一个台阶，长按可以连续调整。

交流电压过零点信号提取。

图2 过零信号提取电路

在这一可控硅调光控制器的方案设计中，交流电压过零点信号提取电路如图2所示，图中的同步信号就是我们需要的交流电压过零点信号。各部分波形如图3所示。

图3 过零信号波形图

通过对图2、图3的结合判断，我们可以看到，图3过零信号波形图中整流后波形中的水平虚线表示光藕P52l输入二极管的门限电压。P521是TLP521的简称，下图是其引脚图。引脚图中器件名的后缀“-1”表示包含一组光耦。

图4 P521引脚图

图5 单片机电路图

上图中图5所展示的，是单片机的电路图。我们所设计的可控硅调光控制器，其主控单元以AT89C51单片机为核心，交流电压过零点信号提取电路中产生的同步信号SYN接到AT89C5l的INT0，此信号的下降沿将使AT89-C51产生中断，以此为延时时间的起点。三个按键只用于控制一路灯：一个为开关，另外两个分别为提高亮度和降低亮度。74HC573用于输出控制可控硅的导通的触发信号。220V交流主电源导通区间、同步信号和触发信号的时序关系如图6所示。

图6 主电源导通区间、同步信号和触发信号时序图

在图6所展示的主电源导通区间、同步信号和触发信号时序图中，我们可以看到，图中的阴影部分表示可控硅的导通区间，它的大小决定了灯的亮度。改变延时时间可改变触发信号和同步信号的相位关系，也改变了可控硅的导通区间的大小，达到调光的目的。

驱动单元设计

图7 可控硅主电源导通区间、同步信号和触发信号时序图

图8 MOC3022引脚图

上图中，图7为这种可控硅调光控制器的主电源导通区间、同步信号和触发信号时序图，其中，L1_D是单片机输出的触发信号，该信号通过光控可控硅MOC3022去驱动可控硅T435。受控的白炽灯接在Ll和零线（图中未画出）之间。MOC3022是DIP-6封装的光控可控硅。其1、2脚分别为二极管的正、负极：4、6脚为输出回路的两端；3、5脚不用连接。如图8所示。T435-400是可控硅，“4”表示主回路电流是4A；“35”表示触发端的最大电流是35mA，一般该端有最大电流的5%就可保证可靠地触发。