CN111614259B - 反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路及电器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路及电器，包括高频变压器，吸收电路、次级输出电路、辅助供电电路、驱动电路和可控硅；所述辅助供电电路连接在所述高频变压器，且所述辅助供电电路两端接入交流相线输入和模拟地；所述驱动电路的输出端连接可控硅的G极，用于控制可控硅的导通，当反激电源启动时，所述辅助供电电路上具有持续的直流电输出；当所述驱动电路导通时，所述可控硅内具有所述辅助供电电路提供的直流电输入,本发明目的在于提供一种反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路，在电路中增加以辅助供电电路，可直接为可控硅导通提供触发电流，减小可控硅导通时的瞬时电流或瞬时电压，利于EMC测试的通过。

Description

反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路及电器
技术领域
本发明涉及反激电源和可控硅驱动应用技术领域，尤其涉及一种反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路及电器。
背景技术
随着科技的进步，社会的发展，人们对大功率产品的需求也越来越多，且人们对产品质量认证也越来越严格，特别是在EMC测试方面。在目前，大多数有隔离要求且需要频繁地控制大功率负载开关的产品一般都会采用以下技术：
一般是通过采用反激拓扑结构的开关电源作为电源，可控硅和双向光耦作为控制器件。可控硅隔离控制电路是将可控硅的T2极、G极、限流电阻和双向光耦的输出端串联起来，再把直流低压电、限流电阻、双向光耦输入端和主控芯片的控制脚串联起来，通过控制主控芯片的控制较的高低电平来控制双向光耦输出端的导通与截止，让交流市电进而控制可控硅的导通与截止，使可控硅工作在第一象限和第三象限。
但由于双向可控硅的触发电流和限流电阻与双向光耦导通电压等原因的存在，每次双向可控硅导通的瞬间都会存在较大的瞬时电压和瞬时电流，即 dv/dt和di/dt，特别是双向可控硅控制大功率器件；而且交流市电输入每次经过零点后，都需要等双向可控硅T2极和G极两端电压达到一定程度才能有足够的触发电流使双向可控硅导通，使得产品在EMC测试中难以通过。
针对上述问题，需要对可控硅隔离控制大功率负载的电路设计进行改进。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用可控硅隔离控制大功率负载的电路，在电路中增加以辅助供电电路，可直接为可控硅导通提供触发电流，减小可控硅导通时的瞬时电流或瞬时电压，利于EMC测试的通过。
为了达到上述目的，本发明的技术方案有：
一种利用可控硅隔离控制大功率负载的电路，包括高频变压器，与高频变压器通过管脚连接的吸收电路和次级输出电路，所述吸收电路上具有高压电源输入；还包括辅助供电电路、驱动电路和可控硅；所述辅助供电电路连接在所述高频变压器的管脚上，且所述辅助供电电路两端接入交流相线输入和模拟地；所述驱动电路的输出端连接可控硅的控制极，用于控制可控硅的导通，所述可控硅的T1极接入所述交流相线输入，所述可控硅的T2极作为所述可控硅的输出端；
其中，当反激电源启动时，所述辅助供电电路上具有持续的直流电输出；当所述驱动电路导通时，所述可控硅内具有所述辅助供电电路提供的直流电输入。
本发明的一种反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路，包括高频变压器，与高频变压器通过管脚连接的吸收电路和次级输出电路，所述吸收电路上具有高压电源输入，提供了一种大功率负载电路的基本构成形式，在基本电路中还包括辅助供电电路、驱动电路和可控硅，所述辅助供电电路连接在所述高频变压器的管脚上，且所述辅助供电电路两端接入交流相线输入和模拟地；所述驱动电路的输出端连接可控硅的控制极，用于控制可控硅的导通，所述可控硅的T1极接入所述交流相线输入，所述可控硅的T2极作为所述可控硅的输出端；其中，当反激电源启动时，所述辅助供电电路上具有持续的直流电输出；当所述驱动电路导通时，所述可控硅内具有所述辅助供电电路提供的直流电输入，由于可控硅导通条件是T2极和G极达到一定的程度才能有足够的触发电流让可控硅导通，而在本发明中利用辅助供电电流提供一直流电输入，将该直流电输入作为一基准值，使可控硅的导通条件由0到导通的变化转换为由基准值到导通，有效的降低了双向可控硅导通时的瞬时电流和瞬时电压，从另一方面，双向可控硅开关切换时，减小切换瞬态引起的边带及邻道以外离散频率上的辐射，有利于EMC测试的通过。
进一步的，所述驱动电路包括第一电阻、第二电阻、主控芯片、光耦和三极管，所述光耦的控制A极接入直流低压电源，所述光耦的控制K极接所述主控芯片的I/O口，所述光耦的第一输出端串联第一电阻和第二电阻，并接所述可控硅的G极，所述光耦的第二输出端接所述三极管的基极，所述三极管的发射极接所述模拟地，所述三极管的集电极接所述光耦的第一输出端，所述光耦的第二输出端与模拟地之间接有下拉电阻。
进一步的，所述辅助供电电路包括由第一二极管、第一限流电阻和第一滤波电容构成的第一缓冲电路、第一储能电容和第一假负载电阻，所述第一缓冲电路、第一储能电容和第一假负载电阻相互并联，且所述第一限流电阻两端分别接所述交流相线输入和模拟地。
进一步的，所述次级输出电路包括由第二二极管、第二限流电阻和第二滤波电容构成的第二缓冲电路、第二储能电容和第二限流电阻，所述第二缓冲电路、第二储能电容和第二假负载电阻相互并联，且所述第二假负载电阻两端作为所述次级输出电路的负载输出端。
进一步的，所述吸收电路包括第一整流二极管、第一滤波电容和第一放电电阻，所述第一整流二极管、第一滤波电容和第一放电电阻构成闭合回路，该闭合回路并联有第一限流电阻，所述第一限流电阻两端分别接高压直流输入和电源芯片输出。
进一步的，还包括Y电容，所述Y电容包括呈星形连接的第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电容、第二电容和第三电容的另一端分别对应连接在吸收电路、辅助供电电路和次级输出电路上。
本发明的另一方面还提供一种净水器，其包括如上述反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路。
本发明的另一方面还提供一种电器，其包括如上述反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路。
附图说明
图1为一种反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路的电路原理图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的一种反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路。
如图1所示的原理图可知，作为本发明的一种优选的实施例：
一种反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路，包括高频变压器TIA，与高频变压器TIA通过管脚连接的吸收电路1和次级输出电路2，所述吸收电路1上具有高压电源输入；还包括辅助供电电路3、驱动电路5和可控硅 SCR1；所述辅助供电电路3连接在所述高频变压器TIA的管脚上，且所述辅助供电电路3两端接入交流火线输入ACL和模拟地GNDA；所述驱动电路5的输出端连接可控硅SCR1的控制极，用于控制可控硅SCR1的导通，所述可控硅SCR1 的T1极接入所述交流火线输入ACL，所述可控硅SCR1的T2极作为所述可控硅 SCR1的输出端；
其中，当反激电源启动时，所述辅助供电电路3上具有持续的直流电输出；当所述驱动电路5导通时，所述可控硅SCR1内具有所述辅助供电电路3提供的直流电输入。
本发明的一种反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路，包括高频变压器TIA，与高频变压器TIA通过管脚连接的吸收电路1和次级输出电路 2，所述吸收电路1上具有高压电源输入，提供了一种大功率负载电路的基本构成形式，在基本电路中还包括辅助供电电路3、驱动电路5和可控硅SCR1，所述辅助供电电路3连接在所述高频变压器TIA的管脚上，且所述辅助供电电路3两端接入交流火线输入ACL和模拟地GNDA；所述驱动电路5的输出端连接可控硅SCR1的控制极，用于控制可控硅SCR1的导通，所述可控硅SCR1的T1 极接入所述交流火线输入ACL，所述可控硅SCR1的T2极作为所述可控硅SCR1 的输出端；其中，当反激电源启动时，所述辅助供电电路3上具有持续的直流电输出；当所述驱动电路5导通时，所述可控硅SCR1内具有所述辅助供电电路3提供的直流电输入，由于可控硅SCR1导通条件是T2极和G极达到一定的程度才能有足够的触发电流让可控硅SCR1导通，而在本发明中利用辅助供电电流提供一直流电输入，将该直流电输入作为一基准值，使可控硅SCR1的导通条件由0到导通的变化转换为由基准值到导通，有效的降低了双向可控硅 SCR1导通时的瞬时电流和瞬时电压，从另一方面，双向可控硅SCR1开关切换时，减小切换瞬态引起的边带及邻道以外离散频率上的辐射，有利于EMC测试的通过。
另外，在本发明的实施例中交流市电为380V输入。
下面根据电路原理图对电路中各个组成部分进行说明：
所述高频变压器TIA，一般来说，高频变压器TIA在开关电源中的主要的组成本，在本实施例中，所述高频变压器TIA是应用在反激拓扑结构的开关电源中，且与所述吸收电路1配合使用。
驱动电路5：所述驱动电路5包括第一电阻R10、第二电阻R9、主控芯片、光耦U1和三极管Q1，所述光耦U1的控制A极接入直流低压电源，所述光耦 U1的控制K极接所述主控芯片的I/O口，所述光耦U1的第一输出端串联第一电阻R10和第二电阻R9，并接所述可控硅SCR1的G极，所述光耦U1的第二输出端接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极接所述模拟地GNDA，所述三极管Q1的集电极接所述光耦U1的第一输出端，所述光耦U1的第二输出端与模拟地GNDA之间接有下拉电阻R11。
其中所述下拉电阻R11用将光耦U1导通时输出的一端嵌位在高电平，同时下拉电阻R11起到限流的作用，当光耦U1一端为高电平则与其相对的另一端为低电平，此时可控硅SCR1的G极为负电压。
在本实施例中，所述驱动电路5由三极管Q1、电阻(R8、R9、R10、R12)、放电电阻R7、下拉电阻R11、第三滤波电容(C5、C6)和光耦U1组成，且所述驱动电路5与可控硅SCR1共同构成可控硅驱动电路；可控硅SCR1的T1极接交流火线输入ACL和辅助供电电路3的电阻R6一端，T2极为可控硅SCR1 的输出端，G极串联第一电阻R10和第二电阻R9后，连接到三极管Q1的集电极和光耦U1的4脚；三极管Q1的基极接光耦U1的3脚和下拉电阻R11的一端，三极管Q1发射极e接辅助供电电路3的第一限流电阻R6另一端和下拉电阻R11的另一端；低压直流电、电阻R12、光耦U1的1脚依次串联，光耦U1 的2脚和主控芯片的I/O口相连。
辅助供电电路3：所述辅助供电电路3包括由第一二极管D3、第一限流电阻R6和第一滤波电容C3构成的第一缓冲电路、第一储能电容EC2和第一假负载电阻R5，所述第一缓冲电路、第一储能电容EC2和第一假负载电阻R5相互并联，且所述第一限流电阻R6两端分别接所述交流火线输入ACL和模拟地GNDA。
根据辅助供电电路3的连接关系可知，所述第一限流电阻R6两端分别接所述交流火线输入ACL和模拟地GNDA，根据已知，根据辅助供电电路3与吸收电路1之间的匝数比，通过所述吸收电路1的高压直流输入，得到所述辅助供电电路3的供电电压。
在本实施例中，当反激电源启动时，所述辅助供电电路3始终提供约为17V 的直流电输出，为了保持电路稳定，所述第一储能电容EC2用于存储辅助供电电路3提供的电能，且所述第一假负载电阻R5用于消耗电能，保证辅助供电电路3稳定。
次级输出电路2：所述次级输出电路2包括由第二二极管D2、第二限流电阻R3和第二滤波电容C2构成的第二缓冲电路、第二储能电容EC1和第二假负载电阻R4，所述第二缓冲电路、第二储能电容EC1和第二假负载电阻R4相互并联，且所述第二假负载电阻R4两端作为所述次级输出电路2的负载输出端。
所述次级输出电路2用于给负载提供输出，包括由第二二极管D2、第二限流电阻R3和第二滤波电容C2构成的第二缓冲电路，用于负载的开关损耗，同时抑制通过负载的电流的上升率，保护负载正常工作，且设置第二储能电容EC1 是为了进一步防止负载电流发生骤变，所述第二假负载电阻便于负载进行故障检测。
吸收电路1：所述吸收电路1包括第三整流二极管D1、第三滤波电容C1 和第三放电电阻R2，所述第三整流二极管D1、第三滤波电容C1和第三放电电阻R2构成闭合回路，该闭合回路并联有第一限流电阻R1，所述第三限流电阻 R1两端分别接高压直流输入和电源芯片输出。
所述第三整流二极管D1、第三滤波电容C1和第三放电电阻R1构成闭合回路构成尖峰吸收电路1，利用第三滤波电容C1和第三放电电阻R1抑制吸收电路1中出现的浪涌冲击电压，同时利用第三整流二极管D1，该第三整流二极管 D1为快恢复二极管，同时所述吸收电路1具有缓冲作用，利用第三整流二极管 D1、第三滤波电容C1和第三放电电阻R1抑制吸收电路1中的电压上升率，其中所述第三放电电阻R1为第三滤波电容C1提供放电通路。
Y电容：所述Y电容包括呈星形连接的第一电容CY1、第二电容CY2和第三电容CY3，所述第一电容CY1、第二电容CY2和第三电容CY3的另一端分别对应连接在吸收电路1、辅助供电电路3和次级输出电路2上。
所述Y电容用于抑制共模干扰信号。
另外，所述Y电容中，当电容器组中有一台电容器因故障击穿短路时，由于其余两健全相的阻抗限制，故障电流将减小到一定范围，并使故障影响减轻，星形接线的最大优点是可以选择多种保护方式。
电路工作原理分析：反激电源正常启动，高压直流输入经过吸收电路1消除尖峰经过高频变压器TIA转换，吸收电路1与辅助供电电路3之间存在一定的匝数比，通过对匝数比的调整，时辅助供电电路3一直输出约为17V的直流电，辅助供电电路3输出直流电的大小由可控硅SCR1的导通电流的大小确定；
当主控芯片的I/O口输出低电平，使光耦U1导通，所述光耦U1与三极管 Q1以类似达林顿管的形式连接，而使三极管Q1导通，由于下拉电阻R11限制光耦U1的3脚为高电平，则光耦U1的4脚为低电平，即所述可控硅SCR1的G 极为负电压输入；因双向可控硅SCR1的T1极连到交流火线输入ACL的同时也连接到辅助供电电路3输出的正极，因此形成电势差，产生触发电流，电流方向从可控硅SCR1的T1极流入，从G极流出，并使可控硅SCR1T2极输出交流火线输入ACL的电压，当光耦U1和可控硅SCR1同时导通时，可控硅SCR1可直接从辅助供电电路3获取触发电流，不用等可控硅SCR1的T2极和G极达到一定程度才能有足够的触发电流让可控硅SCR1导通，可以有效地降低双向可控硅SCR1导通时的dv/dt和di/dt，有利于EMC测试的通过。
当光耦U1导通且可控硅SCR1导通时，所述可控硅SCR1工作在第二象限和第三象限，在本实施例中，所述可控硅SCR1为双向可控硅SCR1，属于NPNPN 五层器件，在本实施例中，可控硅SCR1的触发电压G极为负T1极为正，当交流火线输入ACL时，由于其与交流零线输入之间存在相位之间的转换，使可控硅SCR1的工作电压T1极与T2极之间存在忽大忽小交替转换，该可控硅SCR1 的导通电流的方向使T2极流向T1极或T1极流向T2极，综上，在本实施例中，所述可控硅SCR1在第二象限和第三象限工作。
另外，光耦U1提供电气隔离的特性，众所周知,光耦U1起到信号的隔离作用，由于光耦U1是单向传输的,所以可以实现信号的单向传输,使输入端与输出端完全实现了电气隔离,输出信号对输入端无影响,抗干扰能力强,工作稳定。
实施例二
本实施例提供了一种净水器，其包括如实施例一的在反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路，当将该净水器置于在EMC测试中，其该净水器在工作状态下符合EMC测试中国标的使用标准。
实施例三
本实施例提供了一种电器，其包括如实施例一的在反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路，该电器可以为电磁炉、电饭煲、空调等。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种反激电源中利用可控硅隔离控制大功率负载的电路，包括高频变压器，与高频变压器通过管脚连接的吸收电路和次级输出电路，所述吸收电路上具有高压电源输入，其特征在于，还包括辅助供电电路、驱动电路和可控硅；所述辅助供电电路连接在所述高频变压器的管脚上，且所述辅助供电电路两端接入交流相线输入和模拟地；所述驱动电路的输出端连接可控硅的G极，用于控制可控硅的导通，所述可控硅的T1极接入所述交流相线输入，所述可控硅的T2极作为所述可控硅的输出端；
其中，当反激电源启动时，所述辅助供电电路上具有持续的直流电输出，并将该持续的直流电输出作为一基准值，使可控硅的导通条件由0到导通的变化转换为由基准值到导通；当所述驱动电路导通时，所述可控硅内具有所述辅助供电电路提供的直流电输入。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述驱动电路包括第一电阻、第二电阻、主控芯片、光耦和三极管，所述光耦的控制A极接入直流低压电源，所述光耦的控制K极接所述主控芯片的I/O口，所述光耦的第一输出端串联第一电阻和第二电阻，并接所述可控硅的G极，所述光耦的第二输出端接所述三极管的基极，所述三极管的发射极接所述模拟地，所述三极管的集电极接所述光耦的第一输出端，所述光耦的第二输出端与模拟地之间接有下拉电阻。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述辅助供电电路包括由第一二级管、第一限流电阻和第一滤波电容构成的第一缓冲电路、第一储能电容和第一假负载电阻，所述第一缓冲电路、第一储能电容和第一假负载电阻相互并联，且所述第一限流电阻两端分别接所述交流相线输入和模拟地。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述次级输出电路包括由第二二极管、第二限流电阻和第二滤波电容构成的第二缓冲电路、第二储能电容和第二限流电阻，所述第二缓冲电路、第二储能电容和第二假负载电阻相互并联，且所述第二假负载电阻两端作为所述次级输出电路的负载输出端。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述吸收电路包括第一整流二极管、第一滤波电容和第一放电电阻，所述第一整流二极管、第一滤波电容和第一放电电阻构成闭合回路，该闭合回路并联有第一限流电阻，所述第一限流电阻两端分别接高压直流输入和电源芯片输出。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括Y电容，所述Y电容包括呈星形连接的第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电容、第二电容和第三电容的另一端分别对应连接在吸收电路、辅助供电电路和次级输出电路上。
7.一种净水器，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的一种利用可控硅隔离控制大功率负载的电路。
8.一种电器，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的一种利用可控硅隔离控制大功率负载的电路。
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