專利名稱：低功耗可集成電壓過零觸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種可控硅電壓過零觸發(fā)器。
可控硅電壓過零觸發(fā)器是用于大中功率工業(yè)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室電子儀器中的關(guān)鍵器件之一。但已有的同類產(chǎn)品多是由于功耗大而影響整個(gè)儀器設(shè)備的性能指標(biāo)。比如在D.A.T.A.Digest Linear Integrated Circuits Ed.40.1988，Ed.39.1987，Ed.38.1987產(chǎn)品手冊(cè)和航空航天部六九一廠1988年10月的產(chǎn)品手冊(cè)中所羅列的關(guān)于可控硅過零觸發(fā)器參數(shù)，其最小的功耗指標(biāo)是200mW(22.5V)，如果按應(yīng)用在220V單相電網(wǎng)上考慮，再加上自生電源降壓電阻的功耗，則總功耗高達(dá)5W以上，國內(nèi)公開的CN－2042257“可控硅過零觸發(fā)調(diào)功器”專利，雖說是可將單相調(diào)功器控制電路功耗降低到小于0.5W，但仍然是本實(shí)用新型的整體總功耗的2.5倍。同時(shí)又由于該調(diào)功器的電路原理是采用將觸發(fā)脈沖通過變壓器耦合到可控硅的控制極，因而不便于小型化，極大地限制了器件的應(yīng)用領(lǐng)域。
本實(shí)用新型的目的在于避免上述已有技術(shù)的不足，提供一種低功耗、便于集成小型化、可廣泛應(yīng)用于大中功率工業(yè)設(shè)備的可控硅電壓過零觸發(fā)器。
本實(shí)用新型由自生直流電源、電壓過零檢測、過零脈沖成形、過零脈沖信號(hào)放大、觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路和可控硅構(gòu)成(如

圖1所示)。其中自生直流電源與電壓過零檢測電路二者通過四只橋式連接的穩(wěn)壓二極管交替工作在反向擊穿與正向?qū)顟B(tài)而合二為一體(如圖2所示)，即四只穩(wěn)壓二極管既作為自生電源的穩(wěn)壓管，又作為電壓過零檢測的檢測管。該檢測的c、d兩點(diǎn)電壓信號(hào)分別通過兩個(gè)不同阻值的電阻連接到過零脈沖成形電路的三極管基極和發(fā)射極，在電網(wǎng)電壓的過零瞬間進(jìn)行相減，從其集電極輸出一負(fù)的窄脈沖(如圖3所示)。故當(dāng)電網(wǎng)電壓不處于過零瞬間時(shí)，過零脈沖成形電路中的T1管工作在導(dǎo)通狀態(tài)，其集電極電位控制后級(jí)電路的晶體管處于在常斷狀態(tài)，而在電網(wǎng)電壓的過零瞬間T1管截止時(shí)，則通過脈沖放大管T2與其外圍二極管形成的通路，將脈沖成形電路輸出的負(fù)脈沖輸入到后級(jí)放大，獲取觸發(fā)驅(qū)動(dòng)脈沖。
以下參照附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理。
圖1是本實(shí)用新型的方框圖。
圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖。
圖3是本實(shí)用新型的波形圖。
圖1中Z為負(fù)載，(1)為自生直流電源和電壓過零檢測，(2)為電壓過零脈沖成形，(3)為過零脈沖信號(hào)放大，(4)為觸發(fā)驅(qū)動(dòng)。
圖2中的電阻R1、R2，二檢管D5和穩(wěn)壓二極管D1，D2，D3，D4構(gòu)成自生直流電源，同時(shí)D1，D2，D3，D4又作為過零檢測。電阻R3，R4，D5，二極管D8，D9和三極管T4構(gòu)成過零脈沖成形電路，三極管T2和外圍件D6，D7，R6構(gòu)成過零脈沖信號(hào)放大，三極管T2和電阻R7、R8、R9構(gòu)成觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路。穩(wěn)壓二極管D1、D2、D3、D4橋式連接，其節(jié)點(diǎn)a、b分別連接在整流二極管D5的負(fù)端和電網(wǎng)電壓的一端作為自生直流電壓的穩(wěn)壓管。節(jié)點(diǎn)c和節(jié)點(diǎn)b作為過零檢測輸出，其電壓波形如圖3b和圖3c所示。c點(diǎn)電壓通過電阻R3連接到三極管T1的基極，d點(diǎn)電壓通過電阻R4連接到T1管的發(fā)射極，并在電網(wǎng)電壓過零瞬間進(jìn)行相減，從其T1管的集電極輸出一負(fù)脈沖，其波形如圖3d所示。該脈沖通過二極管D6、D7輸入到三極管T2的基極進(jìn)行放大倒相，從T2管的集電極輸出，其電壓波形如圖3e所示。T2管的輸出通過開關(guān)k連接到三極管T3的基極，從T3管的集電極輸出觸發(fā)脈沖經(jīng)電阻R7、R8控制可控硅。橋式二極管的a、b兩點(diǎn)連接有可變電阻R2，以調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的寬度。電容C2連接在T1管集電極與直流電源之間，以濾除電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)附近的干擾對(duì)觸發(fā)器的影響，使電路可靠地工作。電阻R1、R2可調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖電路與觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)電路的導(dǎo)通時(shí)間，R2也可用電容C2代替，用電阻電容網(wǎng)絡(luò)效果更佳。圖2中的虛線部分可集成為一體。
該電路的工作原理取電容C1正極電位為參考零電位。
電網(wǎng)電壓如圖3a所示。該電壓經(jīng)電阻R1、R2降壓，橋式二極管D1－D4穩(wěn)壓和二極管D3整流以及電容C1濾波后在C1兩端產(chǎn)生一個(gè)約負(fù)5V的直流電壓，當(dāng)電網(wǎng)電壓大于VB時(shí)(VB為D1～D4的反向擊穿電壓，一般為6V左右)D1、D4反向擊穿，D2、D3正向?qū)?，?jié)點(diǎn)c上的電壓VD2＝VJ＝0.6V(VJ為二極管的結(jié)電勢)，節(jié)點(diǎn)d上的電壓VD4＝V8＝6V，使得T1管導(dǎo)通，D9也隨之導(dǎo)通，T1管集電極輸出的電位被D9鉗位在VJ＝0.6V。D6、D7、T2均不導(dǎo)通，T2管的集電極輸出電位為電容C1的負(fù)極電位，即約－5V。如果開關(guān)k接通，因T2管上的BE結(jié)電壓約為0，故T2也不導(dǎo)通，輸出電平為0?？煽毓杩刂茦O相對(duì)陰極電壓為0，不觸發(fā)。當(dāng)電網(wǎng)電壓小于－VB時(shí)(負(fù)半周)，D1、D4正向?qū)?，D2、D3反向擊穿。VD2＝－VJ＝－0.6V，VD4＝－VB＝－6V，此時(shí)T1管導(dǎo)通。但由于T3管的各極電位均為負(fù)值，故D9管截止，Vrlc＝－1V(T1集電極電壓)，所以D6、D7、T3及T2管均不導(dǎo)通，其工作狀態(tài)與正半周相同，仍處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出電平為0，不觸發(fā)。
當(dāng)電網(wǎng)電壓處于＋VB與－VB之間時(shí)，偏壓不足以使D1～D4各管進(jìn)入導(dǎo)通或擊穿狀態(tài)，因此，在電網(wǎng)電壓過零時(shí)，VD2和VD4均為0，T1管截止，T2、D6、D7、D8均導(dǎo)通而構(gòu)成通路，使T1管的集電極電壓Vrlc≈－2V，T2管的集電極電壓接近0V，若接通開關(guān)k，則T3管也導(dǎo)通，輸出負(fù)脈沖加到可控硅控制極上觸發(fā)可控硅導(dǎo)通。該觸發(fā)脈寬在0.12～0.4ms內(nèi)可調(diào)。
由此可見，橋式連接的二極管D1、D4與D2、D3交替工作在反向擊穿與正向?qū)顟B(tài)，使得過零檢測與自生電源合二為一，且絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)T1管導(dǎo)通，T2、T3管截止，只有在電網(wǎng)電壓的過零瞬間T1管截止時(shí)，T2、T3管導(dǎo)通，從而在T1與T2上分別得到負(fù)的窄脈沖。該T2、T3管的導(dǎo)通時(shí)間僅占總時(shí)間的1.2％～4％。
本實(shí)用新型由于采用了過零瞬間的窄脈沖觸發(fā)方式和多數(shù)晶體管工作在常斷狀態(tài)以及自生電源與電壓過零檢測電路的合并，因而使功耗大為減小，其直流功耗典型值只有0.7mW，最大值為1.2mW，在220V電網(wǎng)下整體功耗典型值為120mW，最大值為200mW(直流功耗與交流功耗之總和)，是已有的KJ007、KJ008電路的數(shù)十分之一，同時(shí)由于該觸發(fā)器不僅在穩(wěn)態(tài)下可過零觸發(fā)，而且在掉電后瞬間立即合閘也能可靠地保證過零觸發(fā)，因而消除了浪涌、打火現(xiàn)象，延長了可控硅的壽命，并可避免電磁污染；此外由于該觸發(fā)器具有功耗低，便于集成的特點(diǎn)，所以開拓了可控硅過零觸發(fā)器的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在小功率電阻性負(fù)載的控制中尤為廣泛。
權(quán)利要求1.一種可控硅過零觸發(fā)器，包括電壓過零檢測電路，自生直流電源，過零脈沖成形，過零脈沖信號(hào)放大電路，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路及可控硅，其特征在于a.自生電源與過零檢測電路由四只橋式連接的穩(wěn)壓二極管交替工作在反向擊穿與正向?qū)顟B(tài)而合二為一，四管既作為自生電源的穩(wěn)壓管又作為過零檢測的檢測管；b.橋式二極管電路所檢測到的c、d兩點(diǎn)信號(hào)分別通過電阻R2和R4連接到脈沖成形三極管T1的基極和發(fā)射極，在電網(wǎng)電壓的過零瞬間進(jìn)行相減，并輸出可調(diào)的窄的負(fù)脈沖，僅當(dāng)該負(fù)脈沖出現(xiàn)時(shí)，放大管T2，驅(qū)動(dòng)管T3才導(dǎo)通，并輸出負(fù)觸發(fā)脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸發(fā)器，其特征在于觸發(fā)脈沖放大電路與觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)電路的導(dǎo)通時(shí)間僅為總時(shí)間的1.2％～4％，其數(shù)值可由R1、R2或電阻電容網(wǎng)絡(luò)調(diào)整。
專利摘要本實(shí)用新型是一種低功耗可控硅電壓過零觸發(fā)器。該觸發(fā)器由自生電源，電壓過零檢測，過零脈沖成型，過零脈沖信號(hào)放大、觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路及可控硅構(gòu)成。其中自生電源與電壓過零檢測兩個(gè)電路利用四只橋式連接的穩(wěn)壓二極管交替工作在反向擊穿與正向?qū)顟B(tài)而實(shí)現(xiàn)合二為一，且只有在電網(wǎng)電壓過零瞬間過零脈沖成型電路的晶體管截止，過零脈沖信號(hào)放大和觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路的晶體管導(dǎo)通，輸出窄的負(fù)脈沖，而在電網(wǎng)電壓的正半周和負(fù)半周多數(shù)晶體管均處于常斷狀態(tài)。該觸發(fā)器具有功耗低，便于集成等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各種電阻性負(fù)載的調(diào)功控制中。
文檔編號(hào)H03K5/153GK2082486SQ9021602
公開日1991年8月7日 申請(qǐng)日期1990年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月7日
發(fā)明者張鴻欣, 單佩鈞 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)