CN103312308A - 一种晶闸管触发装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶闸管触发装置和方法，该装置由晶闸管双向电子开关、负载、过零脉冲产生及直流稳压单元、触发信号产生单元、控制信号给定单元组成，晶闸管双向电子开关可以是一个双向晶闸管，也可以是二个单向晶闸管加二个二极管的背靠背电路。触发装置采用CMOS非门作为移相控制的核心器件，用CMOS非门的阈值电压直接作为触发比较电压，采用输入PWM信号进行移相控制，抗干扰能力强，移相控制线性度好，成本低，体积小，工作可靠、稳定，可应用到自动控制系统中充当交流调压开关。

Description

一种晶闸管触发装置和方法

技术领域

本发明属于触发电路技术领域，特别涉及一种晶闸管触发装置和方法。

背景技术

传统模拟触发器中器件参数较为分散，调试和使用不便，可靠性差，功耗高，价格高。

传统数字触发器采用微控制器作为控制核心，功能强，但其价格高，遇到强干扰时容易失控。

申请号为CN 200510024181.2的专利“三相全桥可控硅焊接电源主回路的数字触发电路”采用DSP作为触发器的控制器，具有高速数据处理和计算能力，能够在实现对可控硅功率器件的触发控制的同时完成对电源输出电压或电流进行闭环控制，实现无差调节，但电路复杂，只能用在可控硅焊接电源主回路的数字触发电路的专用场合。

申请号为CN201110096925.7的专利“单片机多功能可控硅触发器”提出了采用单片机设计多功能可控硅触发器的概念方法，没有具体电路。

申请号为CN200610024702.9的专利“微处理机控制的智能触发器”采用微处理机设计智能触发器，电路简单，但只能作为金属卤化物灯、高压钠灯、高压汞灯的照明控制智能触发器。

申请号为CN201020208614.6的专利“一种晶闸管控制触发电路”采用单片机作为触发器的控制核心，电路不能进行移相控制，只能作周波开关控制。

申请号为CN201010564910.4的专利“一种晶闸管数字触发器”采用CPLD作为触发器的控制核心，同步信号采用光耦器件直接获取，加在光耦器件发光二极管及限流电阻上的是正弦波电压，移相控制的起始同步点不精确。

申请号为CN201010529936.5的专利“一种双向晶闸管触发电路及方法”，采用PWM作为输入移相控制信号，电路简单、成本低，但只能用在双向晶闸管使用场合，且使用触发二极管作为触发比较器件，移相角小时最小移相角不易控制，移相角大时触发稳定性差。

发明内容

本发明的目的之一在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种结构合理、价格低、调试简单、线性度好，可通过PWM脉冲信号进行调节的晶闸管触发装置，可应用到自动控制系统中充当交流调压开关。

本发明的另一目的在于提供由上述晶闸管触发装置实现的晶闸管触发方法。

本发明的技术方案是：一种晶闸管触发装置，由晶闸管双向电子开关、负载、过零脉冲产生及直流稳压单元、触发信号产生单元、控制信号给定单元组成。

所述晶闸管双向电子开关设有第一主电极、第二主电极、第一触发控制线、第二触发控制线；所述第一主电极连接至交流电源相线，所述第二主电极连接至负载的一端，所述负载的另外一端连接至交流电源零线。

所述晶闸管双向电子开关可以是一个双向晶闸管，也可以由二个单向晶闸管加二个二极管组成。

所述晶闸管双向电子开关由一个双向晶闸管组成时，所述双向晶闸管的第一电极是晶闸管双向电子开关的第一主电极，所述双向晶闸管的第二电极是晶闸管双向电子开关的第二主电极；所述晶闸管双向电子开关的第一触发控制线从双向晶闸管控制极引出，所述第二触发控制线从双向晶闸管第一电极引出。

所述晶闸管双向电子开关由二个单向晶闸管加二个二极管组成时，第一单向晶闸管阳极、第二二极管阳极、第二单向晶闸管阴极联结后，作为晶闸管双向电子开关的第一主电极；第一单向晶闸管阴极、第一二极管阳极、第二单向晶闸管阳极联结后，作为晶闸管双向电子开关的第二主电极；所述第一二极管阴极连接至第一单向晶闸管控制极，所述第二二极管阴极连接至第二单向晶闸管控制极；所述第一触发控制线从第一单向晶闸管控制极引出，所述第二触发控制线从第二单向晶闸管控制极引出。

所述过零脉冲产生及直流稳压单元包括整流桥、过零脉冲产生电路、直流稳压电路。

所述整流桥设有第一交流输入端、第二交流输入端、整流电压正输出端、整流电压负输出端；所述整流电压负输出端是晶闸管触发装置的公共参考地。

所述整流桥由第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管组成，所述第一交流输入端为第三二极管阳极和第五二极管阴极的联结点，所述第二交流输入端为第四二极管阳极和第六二极管阴极的联结点，所述整流电压正输出端为第三二极管阴极和第四二极管阴极的联结点，所述整流电压负输出端为第五二极管阳极和第六二极管阳极的联结点。

所述过零脉冲产生电路设有过零脉冲信号端。

所述过零脉冲产生电路由第一电阻、第二电阻、第一稳压管组成，第一电阻与第二电阻串联后再并联至整流电压正输出端和公共参考地，第一电阻与第二电阻的联结点作为过零脉冲信号输出端引出，第一稳压管阴极连接至第一电阻与第二电阻的联结点、阳极连接至公共参考地。

所述直流稳压电路设有直流电源正输出端；所述直流稳压电路由第七二极管、第一电容、第三电阻、第二稳压管组成。

所述直流稳压电路由第七二极管、第一电容、第三电阻、第二稳压管组成，所述第七二极管阳极连接至整流电压正输出端，所述第七二极管阴极与第一电容正极性端、第三电阻的一端联结在一起，所述第一电容负极性端连接至公共参考地，所述第三电阻的另外一端连接至直流电源正输出端，所述第二稳压管阴极连接至直流电源正输出端、阳极连接至公共参考地。

所述触发信号产生单元设有过零脉冲信号输入端、移相控制电压输入端、第一触发信号输出端、第二触发信号输出端。

所述过零脉冲信号输入端连接至过零脉冲产生电路的过零脉冲信号输出端。

所述第一触发信号输出端连接至晶闸管双向电子开关的第一触发控制线，所述第二触发信号输出端连接至晶闸管双向电子开关的第二触发控制线。

所述触发信号产生单元由第一非门、第二非门、第三非门、三极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第二电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、移相型光电隔离触发驱动器组成。

所述第一非门输入端连接至过零脉冲信号输入端、输出端连接至第二非门输入端，所述第二非门输出端连接至第八二极管阴极，所述第八二极管阳极与三极管集电极、第四电阻的一端、第二电容的一端联结在一起，所述第四电阻的另一端连接至第三非门输入端，所述第二电容的另一端连接至公共参考地，所述三极管的发射极连接至第五电阻的一端、基极连接至第九二极管阴极，所述第五电阻的另一端连接至直流电源正输出端，所述第九二极管阳极连接至第十二极管阴极，所述第九二极管阳极连接至直流电源正输出端；所述第六电阻的一端连接至第三非门输入端、另一端连接至移相控制电压输入端。

所述移相型光电隔离触发驱动器内部包括第一发光二极管、光控双向晶闸管；外部包括控制电流流出端、控制电流流入端、第一移相控制输出端、第二移相控制输出端；所述控制电流流出端连接至第三非门输出端，所述控制电流流入端连接至第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端连接至直流电源正输出端，所述第一移相控制输出端连接至第一触发信号输出端，所述第二移相控制输出端与第八电阻串联后连接至第二触发信号输出端。

所述控制信号给定单元设有移相控制电压输出端、PWM移相控制信号输入端；所述移相控制电压输出端连接至所述触发信号产生单元的移相控制电压输入端。

所述控制信号给定单元由开关型光电耦合器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第四非门组成。

所述开关型光电耦合器内部包括第二发光二极管、光控三极管，外部包括接收输入端、接收输出端、输出集电极端、输出发射极端。

所述第九电阻、开关型光电耦合器接收输入端、接收输出端依次串联连接后，连接至PWM移相控制信号输入端。

所述输出发射极端连接至公共参考地，所述输出集电极端与第十电阻的一端、第四非门输入端联结在一起，所述第十电阻的另一端连接至直流电源正输出端，所述第四非门输出端连接至第十一电阻的一端，所述第十一电阻的另一端与第三电容的一端联结，该联结点同时是移相控制电压输出端，所述第三电容的另一端连接至公共参考地。

所述第一非门、第二非门、第三非门、第四非门采用同一片CMOS集成非门电路中的4个独立非门，所述CMOS集成非门电路的电源正输入端连接至直流电源正输出端、电源地连接至公共参考地。

由上述装置实现的晶闸管触发方法，包括：

第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管组成的整流桥将交流电源整流成全波直流电压，过零脉冲信号由第一电阻、第二电阻、第一稳压管组成的分压限幅电路直接对全波直流电压分压并限幅后产生，第一电阻、第二电阻采用普通的大阻值小功率电阻。全波直流电压的一路经第一电阻、第二电阻分压，并由第一稳压管限幅后，得到负脉冲过零信号；触发装置的最小移相控制角可以通过改变过零脉冲的负脉冲宽度实现，减小第一电阻、第二电阻的串联分压比，过零脉冲信号的负脉冲宽度加宽，最小移相控制角加大；反之增大第一电阻、第二电阻的串联分压比，最小移相控制角减小。

全波直流电压的另一路经第七二极管隔离后，送至第一电容滤波，再经第三电阻限流后，在第二稳压管上得到稳定的直流工作电压，该直流工作电压作为直流工作电源向晶闸管触发装置的触发信号产生单元、控制信号给定单元供电。

交流电源过零时，一方面使晶闸管双向电子开关截止，另一方面产生过零脉冲，负脉冲过零信号经过第一非门、第二非门整型后，第二非门输出低电平使第八二极管导通，第二电容通过第八二极管迅速放电，第二电容电压被钳制在一个最小值。

第二电容电压经第四电阻送至第三非门输入端，移相控制电压经第六电阻送至第三非门输入端，第三非门的输入电压为第二电容电压与移相控制电压的按比例叠加，叠加比例与第四电阻和第六电阻的比值相关。

交流电源过零时，第二电容电压被钳制在最小值，第三非门输入电压较低，相当于输入一个低电平信号，第三非门输出高电平，该高电平控制移相型光电隔离触发驱动器内部的第一发光二极管和光控双向晶闸管截止，不输出触发信号。

交流电源过零后，过零负脉冲信号消失，过零脉冲信号变成高电平，第二非门输出高电平使第八二极管截止；三极管、第五电阻、第九二极管、第十二极管组成恒流源对第二电容充电，第二电容电压线性增加；移相控制电压固定不变时，第二电容充电，其电压线性增加时，第三非门的输入电压也线性增加；第二电容充电一段时间后，第三非门的输入电压达到并超过其阈值电压，相当于输入高电平信号，第三非门输出低电平，该低电平经过第七电阻限流后，控制移相型光电隔离触发驱动器内部的第一发光二极管发光，其内部光控双向晶闸管导通，经过第八电阻限流后，通过触发信号输出端向晶闸管双向电子开关输出触发信号，控制晶闸管双向电子开关导通，所述触发信号持续到下一个过零脉冲信号的负脉冲到来时才消失。

当移相控制电压增加时，第二电容电压充电增加到较小值时，即可使第三非门的输入电压达到并超过其阈值电压，发出触发信号，相当于移相控制角前移；当移相控制电压减小时，第二电容电压需充电增加到较大值，才能使第三非门的输入电压达到并超过其阈值电压，发出触发信号，相当于移相控制角后移。

PWM移相控制信号占空比与移相控制电压之间成正比例关系，改变PWM移相控制信号的占空比大小，即可改变移相控制电压大小，从而改变移相控制角。

PWM移相控制信号为高电平时，经过第九电阻限流后，开关型光电耦合器接收输入端流入电流，其内部第二发光二极管发光控制光控三极管饱和导通，输出集电极端为低电平，第四非门输出高电平通过第十一电阻对第三电容充电；PWM移相控制信号为低电平时，开关型光电耦合器内部第二发光二极管截止，内部光控三极管截止，输出集电极端由第十电阻上拉至高电平，第四非门输出低电平，第三电容通过第十一电阻放电；改变PWM移相控制信号的占空比即改变第三电容的充电、放电时间比，从而改变第三电容上的电压值；在第三电容的平滑滤波作用下，从第三电容引出的移相控制电压为直流电压。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

采用CMOS非门作为移相控制的核心器件，用CMOS非门的阈值电压直接作为触发比较电压，工作可靠、稳定；起同步作用的过零脉冲信号可以使用2个大阻值小功率电阻和一个稳压管直接对相电压整流后的交流全波电压分压得到，无需使用同步变压器；电路功耗低，直流工作电源电路仅使用1个二极管、1个电容、1个电阻、1个稳压管；输入采用PWM信号进行移相控制，控制器易于实现，抗干扰能力强，移相控制线性度好；装置成本低，体积小；主电路晶闸管双向开关可以是一个双向晶闸管，也可以用二个单向晶闸管加二个二极管组成的电路代替双向晶闸管。

附图说明

图1是本发明装置实施例的结构示意图。

图2是本发明装置晶闸管双向开关单元第二方案结构示意图。

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。

如图1所示的一种晶闸管触发装置实施例，由负载、晶闸管双向电子开关100、过零脉冲产生及直流稳压单元200、触发信号产生单元300、控制信号给定单元400组成。

所述晶闸管双向电子开关100设有第一主电极T1、第二主电极T2、第一触发控制线G1、第二触发控制线G2；所述第一主电极T1连接至交流电源相线L，所述第二主电极T2连接至所述负载的一端，所述负载的另外一端连接至交流电源零线N。

所述交流电源是电压为220V的单相交流电源。

所述晶闸管双向电子开关100由双向晶闸管V0组成，所述双向晶闸管V0的第一电极是所述晶闸管双向电子开关100的第一主电极T1，所述双向晶闸管V0的第二电极是所述晶闸管双向电子开关100的第二主电极T2；所述晶闸管双向电子开关100的第一触发控制线G1从所述双向晶闸管V0控制极引出，所述第二触发控制线G2从所述双向晶闸管V0第一电极引出。

所述过零脉冲产生及直流稳压单元200包括整流桥、过零脉冲产生电路、直流稳压电路。

所述整流桥设有第一交流输入端1、第二交流输入端2、整流电压正输出端3、整流电压负输出端4；所述整流电压负输出端4是所述晶闸管触发装置的公共参考地GND。

所述整流桥由第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6组成，所述第一交流输入端1为第三二极管D3阳极和第五二极管D5阴极的联结点，所述第二交流输入端2为第四二极管D4阳极和第六二极管D6阴极的联结点，所述整流电压正输出端3为第三二极管D3阴极和第四二极管阴极D4的联结点，所述整流电压负输出端4为第五二极管D5阳极和第六二极管阳极D6的联结点。

所述过零脉冲产生电路由第一电阻R1、第二电阻R2、第一稳压管DW1组成，所述第一电阻R1与第二电阻R2串联后再并联至整流电压正输出端3和公共参考地GND，第一电阻R1与第二电阻R2的联结点7作为过零脉冲信号引出至过零脉冲信号输出端P0，所述第一稳压管DW1阴极连接至联结点7、阳极连接至公共参考地GND。

所述直流稳压电路由第七二极管D7、第一电容C1、第三电阻R3、第二稳压管DW2组成，所述第七二极管D7阳极连接至整流电压正输出端3，所述第七二极管D7阴极与第一电容C1正极性端、第三电阻R3一端联结在一起，所述第一电容C1负极性端连接至公共参考地GND，所述第三电阻R3的另外一端连接至直流电源正输出端6，所述第二稳压管DW2阴极连接至直流电源正输出端6、阳极连接至公共参考地GND。

所述直流稳压电路直流电源正输出端6输出＋9V直流电压。

所述触发信号产生单元300设有过零脉冲信号输入端P0、移相控制电压输入端UK、第一触发信号输出端G1、第二触发信号输出端G2。

所述过零脉冲信号输入端P0连接至所述过零脉冲产生电路的过零脉冲信号输出端P0。

所述第一触发信号输出端G1连接至所述晶闸管双向电子开关100的第一触发控制线G1，所述第二触发信号输出端G2连接至所述晶闸管双向电子开关100的第二触发控制线G2。

所述触发信号产生单元300由第一非门F1、第二非门F2、第三非门F3、三极管T1、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第二电容C2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、移相型光电隔离触发驱动器M1组成。本实施例移相型光电隔离触发驱动器M1选择MOC3023。

所述第一非门F1输入端连接至过零脉冲信号输入端P0、输出端连接至第二非门F2输入端，所述第二非门F2输出端连接至第八二极管D8阴极，所述第八二极管D8阳极与三极管T1集电极、第五电阻R5的一端、第二电容C2的一端联结为一个结点10，所述第四电阻R4的另一端连接至第三非门F3输入端，所述第二电容C2的另一端连接至公共参考地GND，所述三极管T1的发射极连接至第五电阻R5的一端、基极连接至第九二极管D9阴极，所述第五电阻R5的另一端连接至＋9V直流电源，所述第九二极管D9阳极连接至第十二极管D10阴极，所述第九二极管D9阳极连接至＋9V直流电源。

所述第六电阻R6的一端连接至第三非门F3输入端、另一端连接至移相控制电压输入端UK。

所述移相型光电隔离触发驱动器M1内部包括第一发光二极管LED1、光控双向晶闸管，外部包括控制电流流出端14、控制电流流入端15、第一移相控制输出端16、第二移相控制输出端17；所述控制电流流出端14连接至第三非门F3输出端，所述控制电流流出入端15连接至第七电阻R7的一端，所述第七电阻R7的另一端连接至＋9V直流电源；所述第一移相控制输出端16与第八电阻R8串联后连接至第一触发信号输出端G1，所述第二移相控制输出端17连接至第二触发信号输出端G2。

所述控制信号给定单元400设有移相控制电压输出端UK、PWM （脉冲宽度调制方波）移相控制信号输入端P1和P2；所述移相控制电压输出端UK连接至所述触发信号产生单元300的移相控制电压输入端UK。

所述控制信号给定单元400由开关型光电耦合器M2、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第四非门F4组成。本实施例开关型光电耦合器M2选择4N25。

所述开关型光电耦合器M2内部包括第二发光二极管LED2、光控三极管，外部包括接收输入端20、接收输出端21、输出集电极端22、输出发射极端23。

所述第九电阻R9、开关型光电耦合器接收输入端20、接收输出端21依次串联连接后，连接至PWM移相控制信号输入端P1和P2。

所述输出发射极端23连接至公共参考地GND，所述输出集电极端22与第十电阻R10的一端、第四非门F4输入端联结在一起，所述第十电阻R10的另一端连接至＋9V直流电源，所述第四非门F4输出端连接至第十一电阻R11的一端，所述第十一电阻R11的另一端与第三电容C3串联，其串联联结点19同时连接至移相控制电压输出端UK，所述第三电容C3的另一端连接至公共参考地GND。

所述第一非门F1、第二非门F2、第三非门F3、第四非门F4采用同一片CMOS集成非门电路中的4个独立非门，所述CMOS集成非门电路的电源正输入端连接至＋9V直流电源、电源地连接至公共参考地GND。本实施例CMOS集成非门电路选择CD4069。

图2 是本发明装置晶闸管双向开关单元100的第二方案结构示意图，晶闸管双向开关单元100也可以由二个单向晶闸管加二个二极管组成，代替一个双向晶闸管。

所述晶闸管双向电子开关100由二个单向晶闸管加二个二极管组成背靠背电路时，第一单向晶闸管V1阳极、第二二极管D2阳极、第二单向晶闸管V2阴极联结后，作为所述晶闸管双向电子开关100的第一主电极T1；第一单向晶闸管V1阴极、第一二极管D1阳极、第二单向晶闸管V2阳极联结后，作为所述晶闸管双向电子开关100的第二主电极T2；第一二极管D1阴极连接至第一单向晶闸管V1控制极，第二二极管D2阴极连接至第二单向晶闸管V2控制极；所述第一触发控制线G1从所述第一单向晶闸管V1控制极引出，所述第二触发控制线G2从所述第二单向晶闸管V2控制极引出。

本实施例晶闸管触发装置的工作原理是：

⑴ 过零脉冲信号

第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6组成的整流桥将220V交流电源整流成全波直流电压。所述全波直流电压的一路经第一电阻R1、第二电阻R2分压，并由第一稳压管DW1限幅为最大＋9V后，得到过零脉冲信号P0，该过零脉冲信号为负脉冲同步信号，负脉冲的上升沿是触发装置移相控制起始点。

触发装置的最小移相控制角可以通过改变过零脉冲的负脉冲宽度实现，例如，通过增大第一电阻R1阻值或者减小第二电阻R2阻值去减小分压电路的分压比，过零脉冲的负脉冲宽度变宽，最小移相控制角变大；反之增大所述分压电路的分压比，最小移相控制角减小。

⑵ 直流工作电源

所述全波直流电压的另一路经第七二极管D7隔离后，送至第一电容C1滤波，第一电容C1上的电压经第三电阻R3限流，在第二稳压管DW2上得到稳定的＋9V直流电压，该＋9V直流电压作为直流工作电源向晶闸管触发装置的触发信号产生单元300、控制信号给定单元400供电。

⑶ 移相控制原理

220V交流电源过零时，一方面使晶闸管双向电子开关100截止，另一方面使过零脉冲信号P0为低电平，经过第一非门F1、第二非门F2整型后，第二非门F2输出低电平，使第八二极管D8导通，第二电容C2通过第八二极管D8迅速放电，第二电容上的电压被钳制在一个较小的初始值。

第二电容C2电压经第四电阻R4送至第三非门F3输入端，移相控制电压UK经第六电阻R6送至第三非门F3输入端，第三非门F3的输入电压为第二电容C2电压与移相控制电压UK的按比例叠加，叠加比例与第四电阻R4和第六电阻R6的比值相关。

220V交流电源过零时，第二电容C2电压被钳制在最小值，第三非门F3输入电压低，相当于输入一个低电平信号，第三非门F3输出高电平，该高电平控制移相型光电隔离触发驱动器M1内部的第一发光二极管LED1和光控双向晶闸管截止，不输出触发信号。

交流电源过零后，过零负脉冲信号消失，过零脉冲信号P0变成高电平，第二非门F2输出高电平使第八二极管D8截止；三极管T1、第五电阻R5、第九二极管D9、第十二极管D10组成恒流源对第二电容C2充电，第二电容C2电压线性增加。过零脉冲信号P0从低电平变成高电平的时刻为所述装置的最小移相控制角。

移相控制电压UK固定不变时，第二电容C2充电，其电压线性增加时，第三非门F3的输入电压也线性增加；第二电容C2充电一段时间后，第三非门F3的输入电压达到并超过其阈值电压，相当于输入高电平信号，第三非门F3输出低电平，该低电平经过第七电阻R7限流后，控制移相型光电隔离触发驱动器M1内部的第一发光二极管LED1发光，其内部光控双向晶闸管导通，经过第八电阻R8限流后，通过触发信号输出端G1、G2向晶闸管双向电子开关100输出触发信号，控制晶闸管双向电子开关100导通，所述触发信号持续到下一个过零脉冲信号的负脉冲到来时才消失。

当移相控制电压UK增加时，第二电容C2电压充电增加到较小数值时，即可使第三非门F3的输入电压达到并超过其阈值电压并发出触发信号，第二电容C2充电到较小数值需要的充电时间短，相当于移相控制角前移；当移相控制电压减小时，第二电容电压需充电增加到较大值，才能使第三非门的输入电压达到并超过其阈值电压并发出触发信号，第二电容C2充电到较大数值需要的充电时间长，相当于移相控制角后移。

⑷ PWM移相控制信号转换为移相控制电压

触发装置从移相控制信号输入端P1和P2输入的移相控制信号是PWM信号，通过控制信号给定单元400进行输入隔离并转换为直流移相控制电压UK输出。PWM移相控制信号占空比与移相控制电压之间成正比例关系，改变PWM移相控制信号的占空比大小，即可改变移相控制电压大小，从而改变移相控制角。

PWM移相控制信号为高电平期间，经过第九电阻R9限流后，开关型光电耦合器M2接收输入端20流入电流，其内部第二发光二极管LED2发光并控制光控三极管饱和导通，输出集电极端22为低电平，第四非门F4输出高电平，该高电平通过第十一电阻R11对第三电容C3充电；PWM移相控制信号为低电平时，开关型光电耦合器M2内部第二发光二极管LED2截止，其光控三极管截止，输出集电极端22由第十电阻R10上拉至高电平，第四非门F4输出低电平，第三电容C3通过第十一电阻R11放电。改变PWM移相控制信号的占空比即改变第三电容C3的充电、放电时间比，从而改变第三电容C3上的电压值；在第三电容C3的平滑滤波作用下，从第三电容C3引出的移相控制电压UK为直流电压。

⑸ 触发装置特点

① 移相控制的核心器件是CMOS非门，其电压传输特性接近理想开关，阈值电压基本为电源电压的二分之一，可直接作为触发比较电压，无需调整，工作可靠、稳定。

② CMOS非门输入阻抗高，过零同步信号可以使用2个大阻值小功率电阻和一个稳压管，直接对220V相电压整流后的交流全波电压进行分压得到，无需使用同步变压器。例如，第一电阻R1、第二电阻R2都取值510kΩ，第一稳压管DW1稳压值9V，第一电阻R1上的电压有效值为211V，其功耗为211×211÷510k＝87mW；第二电阻R2上的电压被第一稳压管DW1限幅，功耗更低。

③ 装置功耗低。直流工作电源的最大负载是光电隔离触发驱动器M1的输入控制电流，MOC3023输入侧第一发光二极管LED1的额定电流是5mA；装置的其他部分作为CMOS非门的各种输入信号产生电路，需要的工作电流可以控制为很小，例如，对第二电容C2充电的恒流源电流为：第二电容C2容量选择0.22μF，最大充电时间10ms（对应最大移相角180°），最大充电电压4.5V（CMOS非门的阈值电压），所需的充电电流是

0.22μF×4.5V÷10ms＝0.1mA；

UK平滑滤波充放电第十一电阻R11阻值选择10kΩ ，其平均充放电电流为0.45mA；上拉电阻第十电阻R10选择100kΩ ，其最大电流为0.09mA ；CMOS非门的静态功耗几乎为0；因此，整个直流工作电源的负载电流若6mA，保留一定裕量，直流工作电源需要提供的最大负载电流不超过10mA。

④ 移相控制线性度好。对第二电容C2采用恒流方式充电，可以保证移相控制信号与移相控制角之间保持线性关系。

⑤ 输入PWM信号进行移相控制，控制器易于实现，传输抗干扰能力强。

⑥ 采用光电隔离触发驱动器M1隔离触发方式，晶闸管双向开关单元100可以是一个双向晶闸管，也可以用二个单向晶闸管加二个二极管组成的电路代替双向晶闸管。

Claims (8)

1.一种晶闸管触发装置，由晶闸管双向电子开关、负载、过零脉冲产生及直流稳压单元、触发信号产生单元、控制信号给定单元组成，其特征在于：

所述晶闸管双向电子开关设有第一主电极、第二主电极、第一触发控制线、第二触发控制线；所述第一主电极连接至交流电源相线，所述第二主电极连接至负载的一端，所述负载的另外一端连接至交流电源零线；

所述晶闸管双向电子开关可以是一个双向晶闸管，也可以由二个单向晶闸管加二个二极管组成；

所述晶闸管双向电子开关由一个双向晶闸管组成时，所述双向晶闸管的第一电极是晶闸管双向电子开关的第一主电极，所述双向晶闸管的第二电极是晶闸管双向电子开关的第二主电极；所述晶闸管双向电子开关的第一触发控制线从双向晶闸管控制极引出，所述第二触发控制线从双向晶闸管第一电极引出；

所述晶闸管双向电子开关由二个单向晶闸管加二个二极管组成时，第一单向晶闸管阳极、第二二极管阳极、第二单向晶闸管阴极联结后，作为晶闸管双向电子开关的第一主电极；第一单向晶闸管阴极、第一二极管阳极、第二单向晶闸管阳极联结后，作为晶闸管双向电子开关的第二主电极；所述第一二极管阴极连接至第一单向晶闸管控制极，所述第二二极管阴极连接至第二单向晶闸管控制极；所述第一触发控制线从第一单向晶闸管控制极引出，所述第二触发控制线从第二单向晶闸管控制极引出；

所述过零脉冲产生及直流稳压单元包括整流桥、过零脉冲产生电路、直流稳压电路；

所述整流桥设有第一交流输入端、第二交流输入端、整流电压正输出端、整流电压负输出端；所述整流电压负输出端是晶闸管触发装置的公共参考地；

所述过零脉冲产生电路设有过零脉冲信号端；

所述过零脉冲产生电路由第一电阻、第二电阻、第一稳压管组成，第一电阻与第二电阻串联后再并联至整流电压正输出端和公共参考地，第一电阻与第二电阻的联结点作为过零脉冲信号输出端引出，第一稳压管阴极连接至第一电阻与第二电阻的联结点、阳极连接至公共参考地；

所述直流稳压电路设有直流电源正输出端；所述直流稳压电路由第七二极管、第一电容、第三电阻、第二稳压管组成；

所述触发信号产生单元设有过零脉冲信号输入端、移相控制电压输入端、第一触发信号输出端、第二触发信号输出端；

所述过零脉冲信号输入端连接至过零脉冲产生电路的过零脉冲信号输出端；

所述第一触发信号输出端连接至晶闸管双向电子开关的第一触发控制线，所述第二触发信号输出端连接至晶闸管双向电子开关的第二触发控制线；

所述触发信号产生单元由第一非门、第二非门、第三非门、三极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第二电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、移相型光电隔离触发驱动器组成；

所述第一非门输入端连接至过零脉冲信号输入端、输出端连接至第二非门输入端，所述第二非门输出端连接至第八二极管阴极，所述第八二极管阳极与三极管集电极、第四电阻的一端、第二电容的一端联结在一起，所述第四电阻的另一端连接至第三非门输入端，所述第二电容的另一端连接至公共参考地，所述三极管的发射极连接至第五电阻的一端、基极连接至第九二极管阴极，所述第五电阻的另一端连接至直流电源正输出端，所述第九二极管阳极连接至第十二极管阴极，所述第九二极管阳极连接至直流电源正输出端；

所述第六电阻的一端连接至第三非门输入端、另一端连接至移相控制电压输入端；

所述移相型光电隔离触发驱动器内部包括第一发光二极管、光控双向晶闸管；外部包括控制电流流出端、控制电流流入端、第一移相控制输出端、第二移相控制输出端；所述控制电流流出端连接至第三非门输出端，所述控制电流流入端连接至第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端连接至直流电源正输出端，所述第一移相控制输出端连接至第一触发信号输出端，所述第二移相控制输出端与第八电阻串联后连接至第二触发信号输出端；

所述控制信号给定单元设有移相控制电压输出端、PWM移相控制信号输入端；所述移相控制电压输出端连接至所述触发信号产生单元的移相控制电压输入端；

所述控制信号给定单元由开关型光电耦合器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第四非门组成；

所述开关型光电耦合器内部包括第二发光二极管、光控三极管，外部包括接收输入端、接收输出端、输出集电极端、输出发射极端；

所述第九电阻、开关型光电耦合器接收输入端、接收输出端依次串联连接后，连接至PWM移相控制信号输入端；

所述输出发射极端连接至公共参考地，所述输出集电极端与第十电阻的一端、第四非门输入端联结在一起，所述第十电阻的另一端连接至直流电源正输出端，所述第四非门输出端连接至第十一电阻的一端，所述第十一电阻的另一端与第三电容的一端联结，该联结点同时是移相控制电压输出端，所述第三电容的另一端连接至公共参考地。

2.根据权利要求1所述的晶闸管触发装置，其特征在于：所述整流桥由第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管组成，所述第一交流输入端为第三二极管阳极和第五二极管阴极的联结点，所述第二交流输入端为第四二极管阳极和第六二极管阴极的联结点，所述整流电压正输出端为第三二极管阴极和第四二极管阴极的联结点，所述整流电压负输出端为第五二极管阳极和第六二极管阳极的联结点。

3.根据权利要求2所述的晶闸管触发装置，其特征在于：所述直流稳压电路由第七二极管、第一电容、第三电阻、第二稳压管组成，所述第七二极管阳极连接至整流电压正输出端，所述第七二极管阴极与第一电容正极性端、第三电阻的一端联结在一起，所述第一电容负极性端连接至公共参考地，所述第三电阻的另外一端连接至直流电源正输出端，所述第二稳压管阴极连接至直流电源正输出端、阳极连接至公共参考地。

4.根据权利要求3所述的晶闸管触发装置，其特征在于：所述第一非门、第二非门、第三非门、第四非门采用同一片CMOS集成非门电路中的4个独立非门，所述CMOS集成非门电路的电源正输入端连接至直流电源正输出端、电源地连接至公共参考地。

5.由权利要求1－4任一项所述装置实现的晶闸管触发方法，其特征在于：

第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管组成的整流桥将交流电源整流成全波直流电压，过零脉冲信号由第一电阻、第二电阻、第一稳压管组成的分压限幅电路直接对所述全波直流电压分压并限幅后产生；全波直流电压的一路经第一电阻、第二电阻分压，并由第一稳压管限幅后，得到负脉冲过零信号；触发装置的最小移相控制角可以通过改变过零脉冲的负脉冲宽度实现，减小第一电阻、第二电阻的串联分压比，过零脉冲的负脉冲宽度越宽，最小移相控制角越大；增大第一电阻、第二电阻的串联分压比，最小移相控制角减小；

全波直流电压的另一路经第七二极管隔离后，送至第一电容滤波，第一电容上的电压经第三电阻限流，在第二稳压管上得到稳定的直流工作电压，该直流工作电压作为直流工作电源向晶闸管触发装置的触发信号产生单元、控制信号给定单元供电；

交流电源过零时，一方面使晶闸管双向电子开关截止，另一方面产生过零脉冲，负脉冲过零信号经过第一非门、第二非门整型后，第二非门输出低电平使第八二极管导通，第二电容通过第八二极管迅速放电，第二电容电压被钳制在一个最小值；

第二电容电压经第四电阻送至第三非门输入端，移相控制电压经第六电阻送至第三非门输入端，第三非门的输入电压为第二电容电压与移相控制电压的按比例叠加，叠加比例与第四电阻和第六电阻的比值相关；

交流电源过零时，第二电容电压被钳制在最小值，第三非门输入电压较低，相当于输入一个低电平信号，第三非门输出高电平，该高电平控制移相型光电隔离触发驱动器内部的第一发光二极管和光控双向晶闸管截止，不输出触发信号；

交流电源过零后，过零负脉冲信号消失，过零脉冲信号变成高电平，第二非门输出高电平使第八二极管截止；三极管、第五电阻、第九二极管、第十二极管组成恒流源对第二电容充电，第二电容电压线性增加；移相控制电压固定不变时，第二电容充电，其电压线性增加时，第三非门的输入电压也线性增加；第二电容充电一段时间后，第三非门的输入电压达到并超过其阈值电压，相当于输入高电平信号，第三非门输出低电平，该低电平经过第七电阻限流后，控制移相型光电隔离触发驱动器内部的第一发光二极管发光，其内部光控双向晶闸管导通，经过第八电阻限流后，通过触发信号输出端向晶闸管双向电子开关输出触发信号，控制晶闸管双向电子开关导通；所述触发信号持续到下一个过零脉冲信号的负脉冲到来时才消失；

当移相控制电压增加时，第二电容电压充电增加到较小值时，即可使第三非门的输入电压达到并超过其阈值电压，发出触发信号，相当于移相控制角前移；当移相控制电压减小时，第二电容电压需充电增加到较大值，才能使第三非门的输入电压达到并超过其阈值电压，发出触发信号，相当于移相控制角后移；

PWM移相控制信号占空比与移相控制电压之间成正比例关系，改变PWM移相控制信号的占空比大小，即可改变移相控制电压大小，从而改变移相控制角。

6.根据权利要求5所述的晶闸管触发方法，其特征在于：所述直流工作电源只需要向晶闸管触发装置的触发信号产生单元、控制信号给定单元提供不超过10mA的负载电流。

7.根据权利要求6所述的晶闸管触发方法，其特征在于：所述PWM移相控制信号占空比与移相控制电压之间成正比例关系，其方法是，PWM移相控制信号为高电平时，经过第九电阻限流后，开关型光电耦合器接收输入端流入电流，其内部第二发光二极管发光控制光控三极管饱和导通，输出集电极端为低电平，第四非门输出高电平通过第十一电阻对第三电容充电；PWM移相控制信号为低电平时，开关型光电耦合器内部第二发光二极管截止，其光控三极管截止，输出集电极端由第十电阻上拉至高电平，第四非门输出低电平，第三电容通过第十一电阻放电；改变PWM移相控制信号的占空比即改变第三电容的充电、放电时间比，从而改变第三电容上的电压值；在第三电容的平滑滤波作用下，从第三电容引出的移相控制电压为直流电压。

8.根据权利要求7所述的晶闸管触发方法，其特征在于：所述过零脉冲信号由第一电阻、第二电阻、第一稳压管组成的分压限幅电路直接对所述全波直流电压分压并限幅后产生，所述第一电阻、第二电阻采用普通的大阻值小功率电阻。

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