CN110611296A - 可控硅击穿的保护电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控硅击穿的保护电路及其控制方法，涉及电子电路技术领域。该保护电路包括：温度检测模块、控制芯片、继电器保护模块、可控硅输出模块、电源模块和声光报警模块；电源模块分别与温度检测模块、控制芯片和继电器保护模块相连接，温度检测模块的输出端与控制芯片的输入端相连接，控制芯片的输出端分别与继电器保护模块的控制端、可控硅输出模块的控制端和声光报警模块的输入端相连接；继电器保护模块的触点两端、可控硅输出模块和加热负载串联设置在AC_L端与AC_N端之间。在每个可控硅可能发生击穿时，该控制方法对每个可控硅进行过热保护，在任一可控硅发生击穿后，该控制方法切断加热负载的电源输入，避免发生事故。

Description

可控硅击穿的保护电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种可控硅击穿的保护电路，以及可控硅击穿的保护电路的控制方法。

背景技术

可控硅是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件，多用于可控整流、逆变、调压、无触点开关等。

目前，温度控制器通常采用可控硅控制电源以间歇供电的方式控制加热负载的输出功率，但上述方式受外部电压、散热问题、加热负载波动过大和可控硅自身质量等原因的影响，会导致可控硅容易发生击穿现象。可控硅发生击穿现象会造成可控硅的输入输出管脚短路，失去对加热负载的温度控制，造成对加热负载的持续供电，严重时会损坏温度控制器，同时会出现加热负载起火的现象，进而导致发生火灾、财产损失以及人员伤害等事故。

现有技术中的相关可控硅产品，在可控硅可能发生击穿时并没有对可控硅及时进行过热保护，在可控硅发生击穿后也没有添加报警环节以提醒用户产品发生故障。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的第一目的在于提出一种可控硅击穿的保护电路。

本发明的第二目的在于提出一种用于可控硅击穿的保护电路的控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可控硅击穿的保护电路，其特征在于，包括：温度检测模块、控制芯片、继电器保护模块、可控硅输出模块、电源模块和声光报警模块；其中，所述电源模块分别与所述温度检测模块、控制芯片和继电器保护模块相连接，所述温度检测模块的输出端与所述控制芯片的输入端相连接，所述控制芯片的输出端分别与所述继电器保护模块的控制端、可控硅输出模块的控制端和声光报警模块的输入端相连接；所述继电器保护模块的触点两端、可控硅输出模块和加热负载串联设置在AC_L端与AC_N端之间。

优选地，所述可控硅输出模块包括至少一个可控硅模块，所述可控硅模块包括可控硅驱动器和可控硅；所述继电器保护模块包括至少一个继电器模块，所述继电器模块包括继电器、一个二极管和一个三极管，所述继电器模块与可控硅模块数量相等，且一一对应设置；其中，所述控制芯片的输出端连接于所述可控硅驱动器的输入端，所述可控硅驱动器的输出端分别连接于所述可控硅的控制极和阴极；所述继电器的线圈设置于所述电源模块的输出端正极与三极管的集电极之间，所述二极管的负极连接于所述电源模块的输出端正极，其正极连接于三极管的集电极，三极管的发射极连接于电源模块的输出端负极，所述电源模块的输出端负极接地，三极管的基极连接于控制芯片的输出端；所述继电器的触点的一端连接于所述AC_L端，其另一端连接于所述可控硅的阳极。优选地，所述温度检测模块包括温度采集模块和至少一个温度传感器，所述温度传感器一一对应设置在所述可控硅上；所述温度传感器的输出端通过温度采集模块连接于控制芯片的输入端。优选地，所述声光报警模块包括蜂鸣器报警模块和背光源模块，所述蜂鸣器报警模块和背光源模块的输入端分别连接于所述控制芯片的输出端。优选地，所述可控硅击穿的保护电路还包括：显示模块和按键模块，所述显示模块的输入端连接于所述控制芯片的输出端，所述按键模块的输出端连接于所述控制芯片的输入端。

优选地，所述控制芯片采用单片机。

所述的可控硅击穿的保护电路的控制方法，其特征在于，包括：在所述可控硅击穿的保护电路处于开启状态后，通过控制芯片控制每个所述可控硅开始运行；通过所述温度检测模块实时检测每个可控硅的第一温度；判断每个可控硅的第一温度是否小于其第一温度阈值；当每个可控硅的第一温度均小于其第一温度阈值时，继续实时检测每个可控硅的第一温度；当任一可控硅的第一温度大于等于其第一温度阈值时，通过控制芯片控制每个可控硅停止运行；经预设时间后，通过所述温度检测模块检测每个可控硅的第二温度；判断每个可控硅的第二温度是否小于等于其第二温度阈值；当任一可控硅的第二温度大于其第二温度阈值时，通过控制芯片控制每个所述继电器停止运行，以及控制所述声光报警模块发出报警提示；当每个可控硅的第二温度均小于等于其第二温度阈值时，控制每个可控硅重新运行，以及继续实时检测每个可控硅的第一温度。

优选地，所述预设时间为5min。

优选地，所述第一温度阈值根据每个所述可控硅的过热保护温度进行设置；所述第二温度阈值小于其对应的所述第一温度阈值。

本发明的可控硅击穿的保护电路及其控制方法具有如下优点：(1)在每个可控硅可能发生击穿时，实现对每个可控硅进行过热保护，在一定程度上降低了每个可控硅发生击穿的概率；(2)在任一可控硅发生击穿后切断加热负载的电源输入，避免由任一可控硅发生击穿而引起加热负载的起火现象，进而避免发生火灾、财产损失以及人员伤害等事故；(3)在任一可控硅发生击穿后添加报警环节以提醒用户产品发生故障，需要及时更换可控硅，极大地提高了用户对产品的使用舒适度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明的可控硅击穿的保护电路的一个实施例的电路原理框图；

图2为本发明的一个实施例的电源模块、可控硅输出模块、继电器保护模块和温度传感器的电路原理图；

图3为本发明的一个实施例的单片机最小系统、LCD显示液晶屏、蜂鸣器报警模块、按键模块、背光源模块及温度采集模块的电路原理图；

图4为本发明的一个实施例的可控硅击穿的保护电路的控制方法的示意流程图。

其中，1—电源模块，2—可控硅输出模块，3—继电器保护模块，4—温度传感器，5—排座，6—单片机最小系统，7—LCD显示液晶屏，8—蜂鸣器报警模块，9—按键模块，10—背光源模块，11—温度采集模块，12—排线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种可控硅击穿的保护电路，包括：温度检测模块、控制芯片、继电器保护模块、可控硅输出模块、电源模块和声光报警模块；所述电源模块分别与所述温度检测模块、控制芯片和继电器保护模块相连接，所述温度检测模块的输出端与所述控制芯片的输入端相连接，所述控制芯片的输出端分别与所述继电器保护模块的控制端、可控硅输出模块的控制端和声光报警模块的输入端相连接；所述继电器保护模块的触点两端、可控硅输出模块和加热负载串联设置在AC_L端与AC_N端之间。所述电源模块的输入端设置于AC_L端与AC_N端之间。所述可控硅击穿的保护电路还包括：显示模块和按键模块，所述显示模块的输入端连接于所述控制芯片的输出端，所述按键模块的输出端连接于所述控制芯片的输入端。

如图2和图3所示，所述温度检测模块包括温度采集模块11和至少一个温度传感器4，所述温度传感器4一一对应设置在所述可控硅上；所述温度传感器4的输出端通过温度采集模块11连接于控制芯片的输入端。在本实施例中，温度检测模块可以包括两个温度传感器，为了节约成本，本实施例采用了一个温度传感器。温度传感器4为热敏电阻RT1，热敏电阻RT1设置在与每个可控硅SCR固定连接的散热片上，且位于两个可控硅中间，所述散热片设置在电路板上；热敏电阻RT1的一端连接于电源模块1的输出端正极，其另一端作为输出端通过温度采集模块11连接于单片机的第五十一引脚；所述温度采集模块11包括电阻R20、电阻R27和电容C9，所述电容C9的正极连接于温度传感器4的输出端，电容C9的负极接地；所述电阻R20与电容C9相并联，所述电阻R27的一端连接于温度传感器4的输出端，其另一端连接于单片机的第五十一引脚。

控制芯片可以是MCU(微控制单元，Microcontroller Unit)，也可以是PLC(可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller)。在本实施例中，所述控制芯片采用单片机，所述单片机的型号为BS67F350，所述显示模块采用LCD显示液晶屏7，AC_L端为市电火线的采样端，AC_N端为市电零线的采样端。

如图2和图3所示，所述声光报警模块包括蜂鸣器报警模块8和背光源模块10，所述蜂鸣器报警模块8和背光源模块10的输入端分别连接于所述控制芯片的输出端。将电源模块1、可控硅输出模块2、继电器保护模块3和温度传感器4集成在一块电路板上，将单片机最小系统6、LCD显示液晶屏7、蜂鸣器报警模块8、按键模块9、温度采集模块11和背光源模块10集成在单片机的CPU电路板上，两个电路板之间通过排座5和排线12相互连接。所述蜂鸣器报警模块8包括蜂鸣器和三极管Q5，所述背光源模块10包括相互同向并联连接的两个发光二极管和三极管Q1；其中，所述蜂鸣器的一端连接于单片机的第六十四引脚，其另一端连接于三极管Q5的集电极，三极管Q5的基极通过电阻R6连接于单片机的第四引脚，三极管Q5的发射极接地；所述两个发光二极管的正极通过电阻R2连接于单片机的第六十四引脚，所述两个发光二极管的负极连接于三极管Q1的集电极，三极管Q1的基极通过电阻R3连接于单片机的第三引脚，三极管Q1的发射极接地。所述三极管Q1和三极管Q5可以根据该可控硅击穿的保护电路的实际需求选择为PNP结构或NPN结构，在本实施例中，三极管Q1和三极管Q5为NPN结构。

LCD显示液晶屏7包括多个输入接口，所述多个输入接口分别对应连接于单片机的多个输出引脚；所述按键模块9包括多个并联的开关，所述多个并联的开关分别对应连接于单片机的多个开关引脚。

电源模块1采用LNK564高效率离线式开关IC(集成电路，Integrated Circuit)电源与变压器T1结合的典型应用电路，将市电220V交流电整流为5V的直流电。LNK564芯片的1引脚为旁路引脚，一个0.1UF的外部旁路电容C3连接至这个引脚，用于旁路内部的5.8V供电电源；LNK564芯片的2引脚为反馈引脚，在正常操作下，功率MOSFET管的开关由此引脚控制；LNK564芯片的4引脚为漏极引脚，即功率MOSFET管的漏极连接点，在开启稳态工作时提供内部操作电流。在本实施例中，LNK564开关IC电源利用MOSFET管的开/关控制来调节电源模块1的输出电压，将市电220V交流电整流为5V的直流电，最大限度地减少开关器件的元件数目，降低了电源模块1的系统成本，且利用LNK564开关IC电源的过热保护和自动重启动功能，大大地提高了电源模块1的应用可靠性。

在本实施例中，所述可控硅输出模块2包括两个可控硅模块，第一个可控硅模块包括一个可控硅驱动器U3和一个可控硅SCR，第二个可控硅模块包括一个可控硅驱动器U4和一个可控硅SCR，所述可控硅驱动器U3和可控硅驱动器U4的型号均为MOC3041；所述继电器保护模块3包括两个继电器模块，第一个继电器模块包括继电器、一个二极管D5和一个三极管Q3，第二个继电器模块包括继电器、一个二极管D6和一个三极管Q4，所述继电器模块与可控硅模块数量相等，且一一对应设置；其中，所述单片机的第三十一引脚通过电阻R12连接于可控硅驱动器U3的第一引脚，所述可控硅驱动器U3的第四引脚连接至可控硅SCR的控制极，可控硅驱动器U3的第六引脚通过相互并联的电阻R14和电阻R32连接至可控硅SCR的阴极；所述可控硅SCR的阳极通过相互并联的电阻R10和电阻R31连接至可控硅SCR的控制极。所述加热负载H1的一端连接在可控硅SCR的阴极和电阻R14之间，另一端连接至AC_N端；所述继电器的线圈设置于所述电源模块的输出端正极与三极管Q3的集电极之间，二极管D5的负极连接于所述电源模块的输出端正极，其正极连接于三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极连接于电源模块的输出端负极，所述电源模块的输出端负极接地，所述三极管Q3的基极通过电阻R16连接于单片机的第二十九引脚；所述继电器的触点K1的一端连接于所述AC_L端，其另一端连接于所述可控硅SCR的阳极。

所述三极管可以根据该可控硅击穿的保护电路的实际需求选择为PNP结构或NPN结构。在本实施例中，三极管Q3为NPN结构。第二个可控硅模块内部的连接关系与第一个可控硅模块内部的连接关系相似，第二个可控硅模块和第二个继电器模块之间的连接关系，与第一个可控硅模块和第一个继电器模块之间的连接关系相似，第二个可控硅模块和单片机最小系统6之间的连接关系，与第一个可控硅模块和单片机最小系统6之间的连接关系相似，此处不再赘述。

图4示出了本发明的一个实施例的可控硅击穿的保护电路的控制方法的示意流程图。如图4所示，该用于可控硅击穿的保护电路的控制方法包括：

步骤402，可控硅击穿的保护电路处于开启状态；

步骤404，通过控制芯片控制每个可控硅开始运行；

步骤406，通过温度检测模块实时检测每个可控硅的第一温度；

步骤408，判断每个可控硅的第一温度是否小于其第一温度阈值；当每个可控硅的第一温度均小于其第一温度阈值时，返回步骤406；当任一可控硅的第一温度大于等于其第一温度阈值时，进行步骤410；

步骤410，通过控制芯片控制每个可控硅停止运行；

步骤412，经预设时间后，通过温度检测模块检测每个可控硅的第二温度；

步骤414，判断每个可控硅的第二温度是否小于等于其第二温度阈值；当任一可控硅的第二温度大于其第二温度阈值时，进行步骤416；当每个可控硅的第二温度均小于等于其第二温度阈值时，返回步骤404；

步骤416，通过控制芯片控制每个继电器停止运行，以及控制声光报警模块发出报警提示。

在本实施例中，第一温度阈值根据每个可控硅的过热保护温度进行设置，第二温度阈值小于其对应的所述第一温度阈值。在每个可控硅可能发生击穿时，该用于可控硅击穿的保护电路的控制方法可以对每个可控硅进行过热保护，以降低每个可控硅发生击穿的概率；在任一可控硅发生击穿后，该控制方法控制每个继电器停止运行，以实现对加热负载切断电源输入，同时添加报警环节，以避免相关事故发生，提醒用户产品发生故障，极大地提高了用户对产品的使用舒适度。当任一可控硅的第二温度大于其第二温度阈值时，还可以通过控制芯片控制显示模块显示对应的可控硅发生击穿故障的提示信息，以便用户通过观看显示模块获悉产品发生故障，进一步提高了用户对产品的使用舒适度。

在本实施例中，预设时间为5min。

下面结合附图说明本发明的可控硅击穿的保护电路的一次使用过程。

如图2和图3所示，本发明的可控硅击穿的保护电路处于开启状态后，单片机通过第二十九引脚向三极管Q3和Q4的基极输入高电平电信号，使三极管Q3和Q4导通，两个继电器线圈带电，继电器的触点K1和K2吸合，同时单片机通过第三十一引脚和第三十二引脚向每个可控硅驱动器MOC3041的第一引脚输入高电平电信号，每个可控硅驱动器MOC3041的第六引脚与第四引脚之间的电压稍过零时，触发两个可控硅SCR导通，每个可控硅SCR开始工作。温度传感器4对两个可控硅SCR的温度进行实时监测管理，当温度传感器4测量的温度达到可控硅SCR的第一温度阈值后，说明至少一个可控硅可能发生击穿，单片机向每个可控硅驱动器的第一引脚输入低电平电信号，控制两个可控硅停止工作。

若5min后，温度传感器4测量的温度小于等于可控硅SCR的第二温度阈值，单片机分别通过第三十一引脚和第三十二引脚向每个可控硅驱动器MOC3041的第一引脚输入高电平电信号，控制每个可控硅SCR重新开始工作，此过程中继电器的触点K1和K2吸合，在每个可控硅SCR可能发生击穿时，该用于可控硅击穿的保护电路的控制方法可以实现对每个可控硅的过热保护，在一定程度上降低了每个可控硅发生击穿的概率。若5min后，温度传感器4测量的温度大于可控硅SCR的第二温度阈值，说明至少一个可控硅SCR已被击穿，单片机通过第二十九引脚向三极管Q3和Q4的基极输入低电平电信号，使三极管Q3和Q4截止，控制两个继电器线圈断电，进而控制继电器的触点K1和K2断开，在任一可控硅发生击穿后切断了加热负载的电源输入，避免由任一可控硅发生击穿而引起加热负载的起火现象，进而避免发生火灾、财产损失以及人员伤害等事故；在至少一个可控硅已被击穿后，单片机控制蜂鸣器报警模块8发出报警声响，控制背光源模块10闪烁，同时LCD显示液晶屏7上显示报错符号，显示对应的可控硅发生击穿故障的提示信息，以便提醒用户产品发生故障，需要及时更换可控硅，极大地提高了用户对产品的使用舒适度。

该发明已应用到加热负载的温控器中，加热负载包括但并不局限于电热板。温控器通过按键模块9设定好加热负载的目标温度，将该目标温度转化为电信号发送给单片机最小系统6，再通过温控器内部的温度传感器检测加热负载的实际温度，将该实际温度转化为电信号发送给单片机，单片机根据接收到的电信号控制加热负载的输出功率，进而控制加热负载的实际温度达到目标温度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可控硅击穿的保护电路，其特征在于，包括：温度检测模块、控制芯片、继电器保护模块、可控硅输出模块、电源模块和声光报警模块；

其中，所述电源模块分别与所述温度检测模块、控制芯片和继电器保护模块相连接，所述温度检测模块的输出端与所述控制芯片的输入端相连接，所述控制芯片的输出端分别与所述继电器保护模块的控制端、可控硅输出模块的控制端和声光报警模块的输入端相连接；所述继电器保护模块的触点两端、可控硅输出模块和加热负载串联设置在AC_L端与AC_N端之间。

2.根据权利要求1所述的可控硅击穿的保护电路，其特征在于，

所述可控硅输出模块包括至少一个可控硅模块，所述可控硅模块包括可控硅驱动器和可控硅；所述继电器保护模块包括至少一个继电器模块，所述继电器模块包括继电器、一个二极管和一个三极管，所述继电器模块与可控硅模块数量相等，且一一对应设置；其中，所述控制芯片的输出端连接于所述可控硅驱动器的输入端，所述可控硅驱动器的输出端分别连接于所述可控硅的控制极和阴极；所述继电器的线圈设置于所述电源模块的输出端正极与三极管的集电极之间，所述二极管的负极连接于所述电源模块的输出端正极，其正极连接于三极管的集电极，三极管的发射极连接于电源模块的输出端负极，所述电源模块的输出端负极接地，三极管的基极连接于控制芯片的输出端；所述继电器的触点的一端连接于所述AC_L端，其另一端连接于所述可控硅的阳极。

3.根据权利要求2所述的可控硅击穿的保护电路，其特征在于，

所述温度检测模块包括温度采集模块和至少一个温度传感器，所述温度传感器一一对应设置在所述可控硅上；所述温度传感器的输出端通过温度采集模块连接于控制芯片的输入端。

4.根据权利要求1所述的可控硅击穿的保护电路，其特征在于，所述声光报警模块包括蜂鸣器报警模块和背光源模块，所述蜂鸣器报警模块和背光源模块的输入端分别连接于所述控制芯片的输出端。

5.根据权利要求1所述的可控硅击穿的保护电路，其特征在于，还包括：显示模块和按键模块，所述显示模块的输入端连接于所述控制芯片的输出端，所述按键模块的输出端连接于所述控制芯片的输入端。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的可控硅击穿的保护电路，其特征在于，所述控制芯片采用单片机。

7.权利要求1所述的可控硅击穿的保护电路的控制方法，其特征在于，包括：

在所述可控硅击穿的保护电路处于开启状态后，通过控制芯片控制每个所述可控硅开始运行；

通过所述温度检测模块实时检测每个可控硅的第一温度；

判断每个可控硅的第一温度是否小于其第一温度阈值；

当每个可控硅的第一温度均小于其第一温度阈值时，继续实时检测每个可控硅的第一温度；

当任一可控硅的第一温度大于等于其第一温度阈值时，通过控制芯片控制每个可控硅停止运行；

经预设时间后，通过所述温度检测模块检测每个可控硅的第二温度；

判断每个可控硅的第二温度是否小于等于其第二温度阈值；

当任一可控硅的第二温度大于其第二温度阈值时，通过控制芯片控制每个所述继电器停止运行，以及控制所述声光报警模块发出报警提示；

当每个可控硅的第二温度均小于等于其第二温度阈值时，控制每个可控硅重新运行，以及继续实时检测每个可控硅的第一温度。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，

所述预设时间为5min。

9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，

所述第一温度阈值根据每个所述可控硅的过热保护温度进行设置；

所述第二温度阈值小于其对应的所述第一温度阈值。