CN101976941B - 一种双向晶闸管触发电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双向晶闸管触发电路及方法，该电路包括第一引出端子、第二引出端子、双向晶闸管、触发二极管、第一电容和电容充电控制电路，第一引出端子外接在电源的火线上，第二引出端子与双向晶闸管的第一主电极连接，第一引出端子和第二引出端子分别连接外接负载的两端；双向晶闸管的第二主电极外接电源的零线；所述双向晶闸管的门极、触发二极管、第一电容、双向晶闸管的第一主电极依次连接；所述电容充电控制电路的一端连接在触发二极管与第一电容的联结点上，其另一端外接电源的零线；电容充电控制电路外接脉冲宽度调制方波信号源。本发明可通过脉冲宽度调制方波对双向晶闸管的触发相位进行调节，可应用到自动控制系统中充当执行器。

Description

一种双向晶闸管触发电路及方法

技术领域

本发明属于触发电路技术领域，特别涉及一种双向晶闸管触发电路及方法。

背景技术

传统的双向晶闸管触发电路如图1所示，由可调电阻1、电阻2、电容3、触发二极管4、双向晶闸管5组成的双向晶闸管触发电路，电源的火线33通过第一引出端子6接在外接负载35的一端，可调电阻1通过第二引出端子7接在外接负载35的另一端，电源的零线34接在电容3的一端、双向晶闸管5的一个主电极上，电源两端的电压为220v。在电源的正半周，电源通过可调电阻1、电阻2对电容3进行充电，电容3两端电压以指数规律上升，当电容3两端电压上升到触发二极管4的正向转折电压，触发二极管4正向触发导通，电容3、触发二极管4、双向晶闸管的门极和其一端形成回路，电容3向双向晶闸管5的门极放电，双向晶闸管5触发导通，电容3两端电压回复到初始状态，电源加在负载的两端使负载获得功率。同理，在电源的负半周，电源通过可调电阻1、电阻2对电容3进行反向充电，当电容3两端电压反向上升到触发二极管4的反向转折电压，触发二极管4反向触发导通，电容3、触发二极管4、双向晶闸管的门极和其一端形成回路，电容3向双向晶闸管的门极反向放电，双向晶闸管5触发导通，电容3两端电压回复到初始状态，电源加在负载的两端使负载获得功率。若可调电阻1、电阻2和电容3的取值合理，在系统运行的过程中，手动调节可调电阻1的大小，改变电容的充电常数，就能控制双向晶闸管5在电源正负半波触发的相角，从而控制负载所能获得的功率大小。此类电路的优点为结构简单，运行可靠。但是要控制负载所能获得的功率，必须通过手动调节可调电阻的大小，而不能通过电信号进行调节。这样就不能把此电路应用到自动控制系统中充当执行器，大大限制了此电路的应用。

发明内容

本发明的首要目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、合理，可通过脉冲宽度调制方波信号(即PWM方波信号)进行调节的双向晶闸管触发电路，可应用到自动控制系统中充当执行器。

本发明的另一目的在于提供由上述双向晶闸管触发电路实现的双向晶闸管触发方法。

为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种双向晶闸管触发电路，包括第一引出端子、第二引出端子、双向晶闸管、触发二极管和第一电容，所述第一引出端子外接在电源的火线上，第二引出端子与双向晶闸管的第一主电极连接，第一引出端子和第二引出端子分别连接外接负载的两端；还包括电容充电控制电路，双向晶闸管的第二主电极外接电源的零线；所述双向晶闸管的门极、触发二极管、第一电容以及双向晶闸管的第一主电极依次连接；所述电容充电控制电路的一端连接在触发二极管与第一电容的联结点上，其另一端外接电源的零线；所述电容充电控制电路外接脉冲宽度调制方波信号源。

所述电容充电控制电路包括整流桥、三极管、第一电阻和直流斩波电路，所述整流桥设有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，其第一输入端接在触发二极管与第一电容的联结点上，所述整流桥的第一输出端、三极管的集电极、三极管的发射极、第一电阻以及整流桥的第二输入端依次连接，所述整流桥的第二输出端外接电源的零线；所述直流斩波电路的两端分别与三极管的基极、整流桥的第二输入端连接。

所述直流斩波电路包括第二电容、开关光耦、第二电阻、第三电阻和隔离直流电压源，所述第二电容的两端分别与三极管的基极、整流桥的第二输入端连接；所述开关光耦包括发射输入端、发射输出端、接收输入端和接收输出端，所述隔离直流电压源的正极、第二电阻、开关光耦的接收输入端、开关光耦的接收输出端以及三极管的基极依次连接；所述开关光耦的发射输入端与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端、开关光耦的发射输出端外接脉冲宽度调制方波信号源，输入脉冲宽度调制方波信号；所述隔离直流电压源的负极与整流桥的第二输入端连接。

所述整流桥由第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管构成，所述第一输入端为第二二极管的阴极与第四二极管的阳极的联结点处的引线，所述第二输入端为第一二极管的阳极与第二二极管的阳极的联结点处的引线，所述第一输出端为第三二极管的阴极与第四二极管的阴极的联结点处的引线，所述第二输出端为第一二极管的阴极与第三二极管的阳极的联结点处的引线。

所述隔离直流电压源为5V的直流电压源。

所述脉冲宽度调制方波信号源优选为外部的控制器。

由上述电路实现的双向晶闸管触发方法：电源上电，在电源的正半周，电源的火线、外接负载、第一电容、电容充电控制电路中整流桥的第四二极管、三极管、第一电阻、整流桥的第一二极管以及电源的零线形成正向充电回路对第一电容进行充电，当第一电容两端的电压等于触发二极管的正向转折电压时，触发二极管导通，使得第一电容、触发二极管、双向晶闸管的门极和双向晶闸管的第一主电极形成通路，第一电容通过双向晶闸管的门极进行放电，从而触发双向晶闸管导通，使负载获得功率；在电源的负半周，电源的零线、电容充电控制电路中整流桥的第三二极管、三极管、第一电阻、整流桥的第二二极管、第一电容、外接负载和电源火线形成反向充电回路并对第一电容进行充电，当第一电容两端的电压等于触发二极管的反向转折电压时，触发二极管导通，使得第一电容、触发二极管、双向晶闸管的门极和双向晶闸管的第一主电极形成通路，第一电容通过双向晶闸管的门极进行放电，触发双向晶闸管导通；直流斩波电路将脉冲宽度调制方波信号源发出的脉冲宽度调制方波信号转换成第二电容两端电压，控制和调节三极管的开关及导通程度，通过改变脉冲宽度调制方波信号源向电容充电控制电路输入的脉冲宽度调制方波信号的脉冲宽度，改变三极管的导通程度和第一电容的充电电流，进而改变双向晶闸管在电源正负半周触发的相位。

所述直流斩波电路控制和调节三极管的开关及导通程度的具体步骤为：直流斩波电路中开关光耦的发射输入端和发射输出端外接脉冲宽度调制方波信号源，开关光耦根据脉冲宽度调制方波信号对第二电容进行充电；当改变加在开关光耦的发射输入端和发射输出端的脉冲宽度调制方波信号的脉冲宽度时，第二电容两端的电压也相应改变，进而通过第二电容两端的电压的改变来控制和调节三极管的开关以及导通程度。

本发明采用电容充电控制电路来替代传统电路中的与触发二极管相连的电容的充电电阻，从而使得与触发二极管相连的电容的充电时间是电信号可控。

本发明的原理：由于第二电容与三极管的发射极并联，通过控制并联第二电容两端电压的大小就可以控制三极管的开通和关断以及三极管的集电极电流大小，而与触发二极管相连的第一电容是由三极管的集电极电流进行充电的，所以控制三极管的集电极电流的大小就控制了电容的充电时间，从而控制双向晶闸管的触发相位，达到通过电信号来调节双向晶闸管触发相位的目的。而与三极管并联的第二电容两端电压的控制是通过由第二电容、开关光耦、第二电阻、第三电阻和隔离直流电压源构成的直流斩波电路来实现，直流斩波电路中的开关光耦由频率较高的脉冲宽度调制方波信号来控制，通过改变脉冲宽度调制方波信号的脉冲宽度，可以改变与三极管并联的第二电容两端的电压。另外，由于三极管是单向导电器件，所以如果不采取任何措施，三极管只会在电源正半周时，对与触发二极管相连的第一电容进行充电，而在电源的负半周，三极管将不能对与触发二极管相连的第一电容进行充电，从而使得双向晶闸管只能在电压的半周内导通。为了使得双向晶闸管在电源的正负半周内均能导通，本发明在与触发二极管相连的第一电容和三极管之间加入了一个整流桥。加入整流桥后，在电源正半周时，整流桥的第一二极管和第四二极管为与触发二极管相连的第一电容提供了一条由电源的火线、外接负载、第一电容、整流桥的第四二极管、三极管、第一电阻、整流桥的第一二极管到零线的电容正向充电回路；在电源负半周时，整流桥的第二二极管和第三二极管为与触发二极管相连的第一电容提供了一条由电源零线、整流桥的第三二极管、三极管、第一电阻、整流桥的第二二极管、第一电容、外接负载到火线的电容反向充电回路。因此，通过用主要由整流桥、三极管、第一电阻、第二电容、开关光耦、第二电阻、隔离直流电压源、第三电阻等构成的电容充电控制电路来代替传统电路中的与触发二极管相连的电容的充电电阻，使得双向晶闸管的触发相位可以由控制开关光耦的输入脉冲宽度来控制，而且保证在电源正负半周内，双向晶闸管均导通。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

(1)本发明通过电容充电控制电路代替传统技术方案中的充电电阻，使得传统的双向晶闸管触发电路既保持了原有的优点，又具备脉冲宽度可控的有用特色。

(2)本发明可通过外部自动控制系统的控制器转换而来的电信号进行调节双向晶闸管的触发相位，不需手动调节，也可以应用到自动控制系统中充当执行器，具有应用广泛、效率高等优点。

附图说明

图1是现有技术的结构示意图。

图2是本发明电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图2所示，本双向晶闸管触发电路包括第一引出端子6、第二引出端子7、双向晶闸管12、触发二极管13、第一电容8和电容充电控制电路，所述第一引出端子6外接在电源的火线33上，第二引出端子7与双向晶闸管12的第一主电极9连接，第一引出端子6和第二引出端子7分别连接外接负载35的两端；双向晶闸管12的第二主电极10外接电源的零线34；所述双向晶闸管12的门极11、触发二极管13、第一电容8以及双向晶闸管12的第一主电极9依次连接；所述电容充电控制电路的一端连接在触发二极管13与第一电容8的联结点14上，其另一端外接电源的零线34；所述电容充电控制电路外接脉冲宽度调制方波信号源，使得所述电容充电控制电路的输入信号为PWM方波(脉冲宽度调制方波)。

所述电源为220v电源。

所述电容充电控制电路包括整流桥、三极管23、第一电阻24和直流斩波电路，所述整流桥设有第一输入端16、第二输入端17、第一输出端18和第二输出端15，其第一输入端16接在触发二极管13与第一电容8的联结点14上，所述整流桥的第一输出端18、三极管23的集电极、三极管23的发射极、第一电阻24以及整流桥的第二输入端17依次连接，所述整流桥的第二输出端15外接电源的零线34；所述直流斩波电路的两端分别与三极管23的基极、整流桥的第二输入端17连接。

所述直流斩波电路包括第二电容25、开关光耦32、第二电阻26、第三电阻31和隔离直流电压源36，所述第二电容25的两端分别与三极管23的基极、整流桥的第二输入端17连接；所述开关光耦32包括发射输入端27、发射输出端28、接收输入端29和接收输出端30，所述隔离直流电压源36的正极、第二电阻26、开关光耦32的接收输入端29、开关光耦32的接收输出端30以及三极管23的基极依次连接；所述开关光耦32的发射输入端27与第三电阻31连接，第三电阻31的另一端、开关光耦32的发射输出端28外接脉冲宽度调制方波信号源，使得其输入PWM方波信号(脉冲宽度调制方波信号)；所述隔离直流电压源36的负极与整流桥的第二输入端17连接。

所述整流桥由第一二极管19、第二二极管20、第三二极管21和第四二极管22构成，所述第一输入端16为第二二极管20的阴极与第四二极管22的阳极的联结点处的引线，所述第二输入端17为第一二极管19的阳极与第二二极管20的阳极的联结点处的引线，所述第一输出端18为第三二极管21的阴极与第四二极管22的阴极的联结点处的引线，所述第二输出端15为第一二极管19的阴极与第三二极管21的阳极的联结点处的引线。

所述隔离直流电压源36为5V的直流电压源。

所述脉冲宽度调制方波信号源为控制所述负载35的控制器。

由上述电路实现的双向晶闸管触发方法：电源上电，在电源的正半周，电源的火线33、外接负载35、第一电容8、电容充电控制电路中整流桥的第四二极管22、三极管23、第一电阻24、整流桥的第一二极管19以及电源的零线34形成正向充电回路对第一电容8进行充电，当第一电容8两端的电压等于触发二极管13的正向转折电压时，触发二极管13导通，使得第一电容8、触发二极管13、双向晶闸管12的门极11和双向晶闸管12的第一主电极9形成通路，第一电容8通过双向晶闸管12的门极11进行放电，从而触发双向晶闸管12导通，使负载35获得功率；在电源的负半周，电源的零线34、电容充电控制电路中整流桥的第三二极管21、三极管23、第一电阻24、整流桥的第二二极管20、第一电容8、外接负载35和电源火线33形成反向充电回路并对第一电容8进行充电，当第一电容8两端的电压等于触发二极管13的反向转折电压时，触发二极管13导通，使得第一电容8、触发二极管13、双向晶闸管12的门极11和双向晶闸管12的第一主电极9形成通路，第一电容8通过双向晶闸管12的门极11进行放电，触发双向晶闸管12导通；直流斩波电路将脉冲宽度调制方波信号源发出的脉冲宽度调制方波信号转换成第二电容25两端电压，控制和调节三极管23的开关及导通程度，通过改变脉冲宽度调制方波信号源向电容充电控制电路输入的脉冲宽度调制方波信号的脉冲宽度，改变三极管23的导通程度和第一电容8的充电电流，进而改变双向晶闸管12在电源正负半周触发的相位。

所述直流斩波电路控制和调节三极管23的开关及导通程度的具体步骤为：直流斩波电路中开关光耦32的发射输入端27和发射输出端28外接脉冲宽度调制方波信号源，开关光耦32根据脉冲宽度调制方波信号对第二电容25进行充电；当改变加在开关光耦32的发射输入端27和发射输出端28的脉冲宽度调制方波信号的脉冲宽度时，第二电容25两端的电压也相应改变，进而通过第二电容25两端的电压的改变来控制和调节三极管23的开关以及导通程度。

本实施例采用电容充电控制电路来替代传统电路中的与触发二极管相连的电容的充电电阻，从而使得与触发二极管相连的电容的充电时间是电信号可控。

本实施例的原理：由于第二电容25与三极管23的发射极并联，通过控制并联第二电容25两端电压的大小就可以控制三极管23的开通和关断以及三极管23的集电极电流大小，而与触发二极管13相连的第一电容8是由三极管23的集电极电流进行充电的，所以控制三极管23的集电极电流的大小就控制了电容的充电时间，从而控制双向晶闸管12的触发相位，达到通过电信号来调节双向晶闸管12触发相位的目的。而与三极管23并联的第二电容25两端电压的控制是通过由第二电容25、开关光耦32、第二电阻26、第三电阻31和隔离直流电压源36构成的直流斩波电路来实现，直流斩波电路中的开关光耦32由频率较高的PWM方波信号(脉冲宽度调制方波信号)来控制，通过改变PWM方波信号(脉冲宽度调制方波信号)的脉冲宽度，可以改变与三极管23并联的第二电容25两端的电压。另外，由于三极管23是单向导电器件，所以如果不采取任何措施，三极管23只会在电源正半周时，对与触发二极管13相连的第一电容8进行充电，而在电源的负半周，三极管23将不能对与触发二极管13相连的第一电容8进行充电，从而使得双向晶闸管12只能在电压的半周内导通。为了使得双向晶闸管12在电源的正负半周内均能导通，本发明在与触发二极管13相连的第一电容8和三极管23之间加入了一个整流桥。加入整流桥后，在电源正半周时，整流桥的第一二极管19和第四二极管22为与触发二极管13相连的第一电容8提供了一条由电源的火线33、外接负载35、第一电容8、整流桥的第四二极管22、三极管23、第一电阻24、整流桥的第一二极管19到零线34的电容正向充电回路；在电源负半周时，整流桥的第二二极管20和第三二极管21为与触发二极管相连的第一电容8提供了一条由电源零线34、整流桥的第三二极管21、三极管23、第一电阻24、整流桥的第二二极管20、第一电容8、外接负载35到火线33的电容反向充电回路。因此，通过用主要由整流桥、三极管23、第一电阻24、第二电容25、开关光耦32、第二电阻26、隔离直流电压源36、第三电阻31等构成的电容充电控制电路来代替传统电路中的与触发二极管相连的电容的充电电阻，使得双向晶闸管12的触发相位可以由控制开关光耦32的输入脉冲宽度来控制，而且保证在电源正负半周内，双向晶闸管12均导通。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双向晶闸管触发电路，包括第一引出端子、第二引出端子、双向晶闸管、触发二极管和第一电容，所述第一引出端子外接在电源的火线上，第二引出端子与双向晶闸管的第一主电极连接，第一引出端子和第二引出端子分别连接外接负载的两端；其特征在于：还包括电容充电控制电路，双向晶闸管的第二主电极外接电源的零线；所述双向晶闸管的门极、触发二极管、第一电容以及双向晶闸管的第一主电极依次连接；所述电容充电控制电路的一端连接在触发二极管与第一电容的联结点上，其另一端外接电源的零线；所述电容充电控制电路外接脉冲宽度调制方波信号源；

所述电容充电控制电路包括整流桥、三极管、第一电阻和直流斩波电路，所述整流桥设有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，其第一输入端接在触发二极管与第一电容的联结点上，所述整流桥的第一输出端、三极管的集电极、三极管的发射极、第一电阻以及整流桥的第二输入端依次连接，所述整流桥的第二输出端外接电源的零线；所述直流斩波电路的两端分别与三极管的基极、整流桥的第二输入端连接；

所述直流斩波电路包括第二电容、开关光耦、第二电阻、第三电阻和隔离直流电压源，所述第二电容的两端分别与三极管的基极、整流桥的第二输入端连接；所述开关光耦包括发射输入端、发射输出端、接收输入端和接收输出端，所述隔离直流电压源的正极、第二电阻、开关光耦的接收输入端、开关光耦的接收输出端以及三极管的基极依次连接；所述开关光耦的发射输入端与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端、开关光耦的发射输出端外接脉冲宽度调制方波信号源；所述隔离直流电压源的负极与整流桥的第二输入端连接。

2.根据权利要求1所述的双向晶闸管触发电路，其特征在于：所述整流桥由第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管构成，所述第一输入端为第二二极管的阴极与第四二极管的阳极的联结点处的引线，所述第二输入端为第一二极管的阳极与第二二极管的阳极的联结点处的引线，所述第一输出端为第三二极管的阴极与第四二极管的阴极的联结点处的引线，所述第二输出端为第一二极管的阴极与第三二极管的阳极的联结点处的引线。

3.根据权利要求2所述的双向晶闸管触发电路，其特征在于：所述隔离直流电压源为5V的直流电压源。

4.根据权利要求1所述的双向晶闸管触发电路，其特征在于：所述脉冲宽度调制方波信号源为外部的控制器。

5.由权利要求2～4任一项所述电路实现的双向晶闸管触发方法，其特征在于：电源上电，在电源的正半周，电源的火线、外接负载、第一电容、电容充电控制电路中整流桥的第四二极管、三极管、第一电阻、整流桥的第一二极管以及电源的零线形成正向充电回路对第一电容进行充电，当第一电容两端的电压等于触发二极管的正向转折电压时，触发二极管导通，使得第一电容、触发二极管、双向晶闸管的门极和双向晶闸管的第一主电极形成通路，第一电容通过双向晶闸管的门极进行放电，从而触发双向晶闸管导通，使外接负载获得功率；在电源的负半周，电源的零线、电容充电控制电路中整流桥的第三二极管、三极管、第一电阻、整流桥的第二二极管、第一电容、外接负载和电源火线形成反向充电回路并对第一电容进行充电，当第一电容两端的电压等于触发二极管的反向转折电压时，触发二极管导通，使得第一电容、触发二极管、双向晶闸管的门极和双向晶闸管的第一主电极形成通路，第一电容通过双向晶闸管的门极进行放电，触发双向晶闸管导通；直流斩波电路将外接的脉冲宽度调制方波信号源发出的脉冲宽度调制方波信号转换成第二电容两端电压，控制和调节三极管的开关及导通程度，通过改变脉冲宽度调制方波信号源向电容充电控制电路输入的脉冲宽度调制方波信号的脉冲宽度，改变三极管的导通程度和第一电容的充电电流，进而改变双向晶闸管在电源正负半周触发的相位。

6.根据权利要求5所述电路实现的双向晶闸管触发方法，其特征在于：所述直流斩波电路控制和调节三极管的开关及导通的具体步骤为：直流斩波电路中开关光耦的发射输入端和发射输出端外接脉冲宽度调制方波信号源，开关光耦根据脉冲宽度调制方波信号对第二电容进行充电；当改变加在开关光耦的发射输入端和发射输出端的脉冲宽度调制方波信号的脉冲宽度时，第二电容两端的电压也相应改变，进而通过第二电容两端的电压的改变来控制和调节三极管的开关以及导通程度。

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