專利名稱：可控式調(diào)功型可控硅過零觸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進的可控硅過零觸發(fā)控制器件，特別是一種具有電壓補償和過壓保護及多種控制功能的可控式可控硅過零觸發(fā)器。
現(xiàn)有市售的可控硅過零觸發(fā)器，例如KC07、KC08及uHA1016型等，共有的缺點是功耗大，通用性差。這種過零觸發(fā)器雖有調(diào)功功能，但無專用的開關(guān)量控制輸入端，所以只能用于模擬量輸入控制。最近幾年問世的固態(tài)繼電器，雖有通/斷開關(guān)量控制輸入端，但無調(diào)功功能，因而使用時仍有很大的局限性。而且，這兩種器件的控制電路中均無對可控硅工作的輸出穩(wěn)定性和安全可靠性關(guān)系極大的電壓補償及過電壓保護功能。
本發(fā)明的任務(wù)是要提供一種集現(xiàn)有的可控硅調(diào)功型過零觸發(fā)器件和固態(tài)繼電器功能于一體，具有使可控硅工作于通/斷和調(diào)功三種工作狀態(tài)的專用控制端，既可用模擬量控制輸出，又可用開關(guān)量控制輸出，且具有電壓補償和過電壓保護功能的使用方便、工作安全可靠、通用性強的可控式調(diào)功型可控硅過零觸發(fā)器。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的在控制電路中設(shè)置有橋式全波整流電路，經(jīng)整流后的脈動電壓經(jīng)隔離、濾波和限流等措施后，使內(nèi)部工作電源和工作設(shè)定電壓的質(zhì)量大為提高，有利于提高工作的穩(wěn)定可靠性;適當?shù)卣{(diào)配延時電路的時間常數(shù)，使觸發(fā)脈沖在電源電壓過零前的無效部分盡可能地狹，而過零后的有效工作部分盡可能地寬，以便在確?？煽坑|發(fā)的前提下，有效地降低功耗;在工作電路中還采取了電壓補償和過壓保護措施，利用積分器的非線性工作區(qū)的特性，補償電源電壓變化所引起負載的功率變化，使輸出穩(wěn)定，并具有過壓保護功能;同時，還設(shè)置有可供開關(guān)量輸入和模擬量輸入的專用控制端，便于對可控硅進行接通、斷開和調(diào)功三種工作狀態(tài)控制。
基于上述構(gòu)思的本發(fā)明可控式調(diào)功型可控硅過零觸發(fā)器，控制方式靈活，控制功能多，功耗低、通用性強、外圍元件少、使用時安全、可靠、方便，是一種多功能、實用性強的可控硅觸發(fā)器件。
下面結(jié)合附圖作進一步詳細說明。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本發(fā)明的電氣工作原理框圖;
圖3是本發(fā)明的電氣工作原理圖;
圖4是本發(fā)明中積分器的輸出-時間特性曲線圖;
圖5是本發(fā)明的典型應(yīng)用實例之一的接線示意圖;
圖6是本發(fā)明的典型應(yīng)用之二的接線示意圖。
參閱圖1，本發(fā)明的可控硅觸發(fā)器件主要由引出接線端1～9、塑料外殼10、印刷線路板11及封填物12組成。
參閱圖2、圖3，本發(fā)明的電氣部分主要有由二極管D1～D4組成的橋式整流電路13、由運算放大器IC4、二極管D10和電阻器R1、R2組成的過零檢出電路14、由二極管D5充任的隔離電路15、由電容器C1充任的濾波電路16、由穩(wěn)壓管DW和電阻器R14組成的穩(wěn)壓電路17、由電阻器R6充任的電源電壓采樣電路18、由二極管D9和電阻器R3、R4組成的啟動電壓電路19、由可控硅T等組成的負載電路20、脈沖變壓器21、由三極管Q充任的脈沖放大電路22、由二極管D8和電阻器R5、電容器C2組成的延時與門電路23、由運算放大器IC1和IC2、電容器C3、電阻器R10～R13及二極管D6和D7組成的壓控鋸齒波發(fā)生器24、由運算放大器IC3和電阻器R7、R8組成的比較電路25和由電阻器R8、可變電阻器W組成的控制設(shè)定電路26。其中，可控硅及負載電路20和控制設(shè)定電路26系本觸發(fā)器的工作外圍電路，在具體使用時通過引出接線端1、2和5、8外接，其余電路可以以分立元件形式設(shè)置在印刷線路板11上，然后加上塑料外殼10及封填物12制成模塊化形式，也可以以線路板形式直接接入線路中應(yīng)用。
工作時，交流電源由引出接線端3、4送入，經(jīng)橋式整流電路13進行全波整流后，其脈動電壓一路經(jīng)R1、R2分壓后在D10的保護下與D9、R4上的電壓由運算放大器IC4進行比較，當電源電壓過零時輸出為高電平，即檢出電源電壓過零點;脈動電壓另一路經(jīng)D5隔離、C1濾波和DW穩(wěn)壓后送到引出接線端5、8供外接的設(shè)定電路26用，利用R8、W的分壓得到設(shè)定電壓Es;同時，在電壓采樣電阻R6上得到的與電源電壓成比例的采樣電壓與來自啟動電壓電路19的啟動電壓相疊加后，在引出接線端8、9間形成一個壓控輸入電壓Esr。
壓控鋸齒波發(fā)生器24主要由以運算放大器IC1為主的遲滯比較器和以運算放大器IC2為主的積分器組成。其正向積分時間常數(shù)為C3·R11，反向積分時間常數(shù)為C3·R10。當電源電壓接通，由于啟動電壓的存在而使IC1的輸出為零時，IC2通過C3、R11開始正向積分，其輸出電壓Usc上升，D6導(dǎo)通，此時D6上的壓降為UD6，當Usc＝(1+R12/R13)Esr-UD6·R12/R13時，IC1階躍為正，使D6截止，D7導(dǎo)通，積分器便開始快速反向積分。當鋸齒波電壓Usc下降到等于Esr時，IC1再次翻轉(zhuǎn)，重復(fù)上述過程。圖4系積分器的輸出-時間特性曲線圖，Y軸為積分輸出電壓Usc，X軸為積分時間T。曲線具有指數(shù)函數(shù)特性，區(qū)域Ⅰ為近似線性工作區(qū)，區(qū)域Ⅱ為非線性飽和區(qū)。本發(fā)明中的積分器主要利用區(qū)域Ⅱ的非線性飽和特性，當電源電壓升高時，壓控輸入電壓Esr相應(yīng)增加△Esr，積分器輸出電壓增量△Usc＝(1+R12/R13)△Esr。當積分器工作于非線性飽和區(qū)時，其輸出電壓增加不多，但時間T卻有較大增加，所以使鋸齒波的幅值增加不多，而時間T卻增加了很多。該鋸齒波的電壓Usc與設(shè)定電壓Es經(jīng)比較器IC3相比較后，使可控硅關(guān)斷的時間相應(yīng)增加。反之使可控硅關(guān)斷時間相應(yīng)減少，從而實現(xiàn)當電源電壓變化時使輸出的總功率恒很多。該鋸齒波的電壓Usc與設(shè)定電壓Es經(jīng)比較器IC3相比較后，使可控硅關(guān)斷的時間相應(yīng)增加。反之使可控硅關(guān)斷時間相應(yīng)減少，從而實現(xiàn)當電源電壓變化時使輸出的總功率恒定不變，即起到電壓自動補償?shù)淖饔?。當電源電壓過高，上升到一定值時，積分器輸出達到完全飽和，不能形成鋸齒波。其輸出電壓Usc大于設(shè)定電壓Es，所以無觸發(fā)脈沖輸出，可控硅處于斷開狀態(tài)，實現(xiàn)過壓自動保護。當電源電壓恢復(fù)正常時，即能重新產(chǎn)生鋸齒波，觸發(fā)器自動地恢復(fù)工作。
當采用模擬量控制輸出時，從壓控鋸齒波發(fā)生器24出來的鋸齒波電壓經(jīng)R7送到比較器IC3的反相輸入端6。由設(shè)定電路26提供的模擬量設(shè)定電壓Es經(jīng)R8輸入到比較器IC3的同相輸入端7。當同相端7的電壓高于反相端6的電壓時，比較器25輸出為正。反之為零。
當采用開關(guān)量控制輸出時，由于R7、R8的隔離及壓控輸入電壓Esr的偏置作用，使6、7二輸入端間有一個閥值電壓，其大小等于壓控輸入電壓Esr，所以6、7二端間可外接各種開關(guān)量輸入電路，實現(xiàn)可控的三種輸出狀態(tài)。其工作情況如真值表所示。其中“0”表示端電壓低于壓控輸入電壓Esr或與端9相短接;“1”為該端浮空或開關(guān)應(yīng)用時的高電平。
從比較器25輸出的電壓信號與過零檢出器14輸出的脈沖信號經(jīng)由R5、C2和D8組成的延遲與門電路23后經(jīng)IC4形成一組與市電同步的過零前狹、過零后寬的觸發(fā)脈沖，并由脈沖放大器Q放大，經(jīng)脈沖變壓器21耦合，在輸出端1、2處輸出觸發(fā)脈沖信號，控制可控硅減量，使壓控輸入電壓Esr保持不變。D9提供反向偏壓，提高了該管的開關(guān)性能。R4為分流電阻。采取上述措施后，使Q管在高電壓小電流的狀態(tài)下可靠地工作，且也有利于降低功耗。
參閱圖1、圖3，引出接線端1、2為觸發(fā)器的輸出端;3、4為交流電源輸入端;5、8為控制設(shè)定電路26的接線端;6為比較器25的反相輸入端;7為比較器25的同相輸入端;9為內(nèi)部電源接零端。其中，引出接線端6和7也即為本發(fā)明觸發(fā)器的二個開關(guān)量輸入專用控制端。其中，端7還兼負有模擬量輸入的專用控制端的作用。
圖5給示了用開關(guān)量輸入控制時的曲型應(yīng)用實例-路燈自動控制開關(guān)系統(tǒng)。按圖所示接線，F(xiàn)為CMOS反相器，用5、9二端供電，比較器同相端7與壓控輸入電壓Esr接線端8相連。當白天光照較強時，光敏管Tc導(dǎo)通，F(xiàn)輸出為高電平，大于Esr，1、2端無觸發(fā)脈沖輸出;當天黑光線較暗時，光敏管Tc與R的分壓大于7、8二端電壓的一半，F(xiàn)輸出為零，低于Esr，1、2端有觸發(fā)脈沖輸出，可控硅T被觸發(fā)導(dǎo)通，負載電路接通，路燈Rl發(fā)亮。
圖6給示了用模擬量輸入控制時的曲型應(yīng)用實例-比例式溫度控制器。按圖示方式接線，采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt作為采樣電阻，當加熱器溫度升高時，Rt阻值減少，使其分壓值變小，從而使觸發(fā)器的調(diào)功輸出按比例減少，反之使其輸出增加。直到熱平衡為止。由于采用發(fā)明的觸發(fā)器后，電源電壓的波動得到補償，所以控溫性能得到進一步提高。
權(quán)利要求
1.一種可控制式調(diào)功型可控硅過零觸發(fā)器，主要由橋式整流電路、過零檢出電路、隔離電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、電源電壓采樣電路、啟動電壓電路、可控硅及負載電路、脈沖變壓器、脈沖放大電路、延時與門電路、鋸齒波發(fā)生器電路、比較電路及控制設(shè)定電路組成，其特征在于橋式整流電路13由二極管D1～D4組成；過零檢出電路14由運算放大器IC4、二極管D10和電阻器R1、R2組成；隔離電路15由二極管D5充任；濾波電路16由電容器C1充任；穩(wěn)壓電路17由穩(wěn)壓管DW和電阻器R14組成；電源電壓采樣電路18由電阻器R6充任；啟動電壓電路19由二極管D9和電阻器R3、R4組成；可控硅及負載電路20由外接于引出接線端1、2的工作電路負載R1和可控硅T組成；脈沖變壓器21上帶有控制輸出端1、2；脈沖放大電路22由三極管Q充任；延時與門電路23由二極管D8、電阻器R5和電容器C2組成；壓控鋸齒波發(fā)生器電路24由運算放大器IC1和IC2、電容器C3、電阻器R10～R13及二極管D6和D7組成；比較電路25由運算放大器IC3和電阻器R7、R8組成；控制設(shè)定電路26由外接于引出接線端5、8間的電阻器R8和可變電阻器W組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅過零觸發(fā)器，其特征在于所述的壓控鋸齒波發(fā)生器24由以運算放大器IC1為主的遲滯比較器和以運算放大器IC2為主的積分器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的可控硅過零觸發(fā)器，其特征在于所述的壓控鋸齒波發(fā)生器24中的積分器主要地工作于非線性飽和區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅過零觸發(fā)器，其特征在于所述的比較器25的輸入端設(shè)置有開關(guān)量輸入的專用控制端6和兼作開關(guān)量和模擬量輸入的專用控制端7。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅過零觸發(fā)器，其特征在于所述的脈沖變壓器21的控制輸出端1、2輸出的是一組與交流電源同步的過零前狹、過零后寬的可控硅觸發(fā)脈沖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅過零觸發(fā)器，其特征在于所述的穩(wěn)壓二極管D9的穩(wěn)壓值略大于1.5V，并可由特殊引出端b加以引出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅過零觸發(fā)器，其特征在于所述的橋式整流電路13和隔離電路15之間設(shè)置有可供特殊應(yīng)用的脈動電壓輸出端a。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅過零觸發(fā)器，其特征在于所述的過零觸發(fā)電路14中的IC4運算放大器可用三極管取代。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有多種控制方式的調(diào)功型可控硅過零觸發(fā)器，主要由橋式整流、過零檢出、濾波、穩(wěn)壓、電壓采樣、鋸齒波發(fā)生及比較等電路組成。設(shè)置有專用的模擬量和開關(guān)量輸入控制端，可對可控硅進行接通、斷開和調(diào)功三種工作狀態(tài)控制，且具有電壓補償和過壓保護功能，使用時控制方式靈活、控制功能多。
文檔編號H02M1/06GK1081544SQ9210851
公開日1994年2月2日 申請日期1992年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月21日
發(fā)明者余仁昌 申請人:上海環(huán)球日用電器實業(yè)公司