CN116800064B - 一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子控制技术领域，公开了一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路，晶闸管交流开关串联设置在交流电源与负载之间，包括：触发功率输出模块、触发信号输出控制模块、基准电压产生模块、调功或调相控制模块、交流过零检测模块，所述交流过零检测模块的输出端分别与所述基准电压产生模块、触发信号输出控制模块连接，所述调功或调相控制模块与所述触发信号输出控制信号的控制端通过光信号隔离连接，所述触发信号输出控制模块的输出端与所述触发功率输出模块的控制端连接，所述触发功率输出模块的输出端与所述晶闸管交流开关的控制端连接。通过本发明可以实现对晶闸管交流开关进行调功或者调相。

Description

一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路

技术领域

本发明涉及电力电子控制技术领域，具体涉及一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路。

背景技术

实现交流开关输入与输出隔离控制，可大幅提高安全性。早期的晶闸管交流开关控制电路是由分离元器件搭成的控制电路，上个世纪八十年代后期发展出小规模集成电路控制，但是功能都比较单一，不能通过同一种电路既能实现调功又能实现调相。因此，设计研发一个全功能（既可调功又可调相）新型晶闸管交流开关控制电路势在必行。

发明内容

本发明提供一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路，以实现上述目标。

本发明通过下述技术方案实现：

一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路，对晶闸管交流开关进行隔离控制，所述晶闸管交流开关串联设置在交流电源与负载之间，包括：用于输出脉冲信号给晶闸管交流开关的触发功率输出模块、用于控制所述触发功率输出模块输出脉冲信号的触发信号输出控制模块、为所述触发功率输出模块和触发信号输出控制模块供电的基准电压产生模块、用于输出调功信号或者调相信号给所述触发信号输出控制模块的调功或调相控制模块、用于检测所述交流电源过零点以给定所述触发信号输出控制模块输出控制信号的时间周期的交流过零检测模块、为所述调功或调相控制模块供电的低压直流电源，所述交流电源通过整流桥模块与所述交流过零检测模块、触发功率输出模块的输入端连接，所述交流过零检测模块的输出端分别与所述基准电压产生模块、触发信号输出控制模块连接，所述低压直流电源为所述调功或调相控制模块连接，所述调功或调相控制模块与所述触发信号输出控制信号的控制端通过光信号隔离连接，所述触发信号输出控制模块的输出端与所述触发功率输出模块的控制端连接，所述触发功率输出模块的输出端与所述晶闸管交流开关的控制端连接。

本技术方案中，通过交流过零检测模块来检测交流电源的过零点，给定触发信号输出控制模块能够输出控制信号的时间周期，基准电压产生模块用于为后续电路供电，调功或调相控制模块用于输出调功信号或者调相信号给触发信号输出控制模块，在给定的时间周期内以控制触发信号输出控制模块对触发功率输出模块输出控制信号的时间，从而控制晶闸管交流开关导通程度，或者在给定的时间周期内控制触发信号输出控制模块是否输出控制信号给触发功率输出模块，触发功率输出模块在得到相应的控制信号后对应输出脉冲信号给晶闸管交流开关，以控制晶闸管交流开关导通/断开。

作为优化，所述晶闸管交流开关包括反向并联的第一晶闸管VT1和第二晶闸管VT2，所述第一晶闸管VT1的阴极和门极分别连接着由第九二极管VD9和第二十一电阻R21并联组成的并联链路，且所述第九二极管VD9的阳极与所述第一晶闸管VT1的阴极连接，所述第九二极管VD9的阴极与所述第一晶闸管VT1的门极连接，所述第二晶闸管VT2的阴极和门极分别连接着由第十二极管VD10和第二十二电阻R22并联组成的并联链路，且所述第十二极管VD10的阳极与所述第二晶闸管VT2的阴极连接，所述第十二极管VD10的阴极与所述第二晶闸管VT2的门极连接。

这样，第一晶闸管VT1和第二晶闸管VT2反向并联组成晶闸管交流开关，作为被控制的主体，负载RL与晶闸管交流开关串联后连接交流电源的两个输入端，控制好晶闸管交流开关的通电状态，也就是控制了负载RL的通电状态。第九二极管VD9的正极连接第一晶闸管VT1的阴极、负极连接第一晶闸管VT1的门极，可以对第一晶闸管VT1起保护作用；第十二极管VD10的正极连接第二晶闸管VT2的阴极、负极连接第二晶闸管VT2的门极，可以对第二晶闸管VT2起保护作用。

作为优化，所述交流过零检测模块包括第一稳压管VD1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一三极管V1，所述第一三极管V1为NPN型晶体管，所述第一电阻R1和第四电阻R4的其中一端与所述整流桥模块的正极输出端连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第一稳压管VD1的阴极连接，所述第一稳压管VD1的阳极通过串联所述第二电阻R2与所述第一三极管V1的基极、第三电阻R3的其中一端连接，所述第三电阻R3、第四电阻R4的另一端以及第一三极管V1的发射极接地。

这样，当加在第一电阻R1上的脉动电压从零V起逐渐上升但未超过第一稳压管VD1的击穿电压（约10V）时，第一三极管V1处于截止状态；当超过第一稳压管VD1的击穿电压时，第一三极管V1导通，由于第一稳压管VD1的击穿电压（约10V）远小于220 V交流电的峰值电压（约310V），可将10 V视为一个过零信号；第四电阻R4作为泄放电阻，起到了避免杂散电容的影响淹没交流电过零点的作用。

作为优化，所述基准电压产生模块包括第二二极管VD2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和精密电压基准元件N1，所述第二二极管VD2的阳极与所述第一稳压管VD1的阴极连接，所述第二二极管VD2的阴极通过串联第五电阻R5与第一精密电压基准元件N1的阴极引脚连接，所述精密电压基准元件N1的阳极引脚接地，所述第六电阻R6的两端分别与所述精密电压基准元件N1的阴极引脚和参考引脚连接，所述第七电阻R7的两端分别与所述精密电压基准元件N1的参考引脚和地连接。

这样，通过适当调整第六电阻R6和第七电阻R7的值，可使第一精密电压基准元件N1从阴极引脚输出一个5V稳定的“基准电压”，为后续电路供电。

作为优化，所述调功或调相控制模块包括可调电阻RP、发光二极管N3a以及中间电阻R0，所述低压直流电源的正极发出的电流依次通过串联设置的所述中间电阻R0、可调电阻RP与所述发光二极管N3a流回进所述低压直流电源的负极，且所述可调电阻RP与所述发光二极管N3a的阳极连接。

作为优化，所述触发信号输出控制模块包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第二三极管V2、第三三极管V3、第四三极管V4、第一电容C1、第二电容C2、第二精密电压基准元件N2和光敏三极管N3b，所述第八电阻R8的其中一端、第二三极管V2的基极与所述第一三极管V1的集电极连接，所述第八电阻R8的另一端通过串联所述第九电阻R9与所述光敏三极管N3b的集电极连接，所述光敏三极管N3b的基极与所述发光二极管N3a通过光连接，所述光敏三极管N3b的发射极与所述第二三极管V2的集电极、第一电容C1的其中一端、第十电阻R10的其中一端连接，所述第十电阻R10的另一端与所述第二精密电压基准元件N2的参考引脚连接，所述第二二极管VD2的阴极分别与所述第十一电阻R11和第二电容C2的其中一端以及第三三极管V3的发射极连接，所述第十一电阻R11的另一端通过串联所述第十二电阻R12与所述第二精密电压基准元件N2的阴极引脚连接，所述第三三极管V3的基极连接在所述第十一电阻R11和第十二电阻R12的共同连接端，所述第三三极管V3的集电极通过串联所述第十四电阻R14与所述第十三电阻R13的其中一端、第四三极管V4的基极连接，所述第二三极管V2的发射极、第一电容C1的另一端、第二精密电压基准元件N2的阳极引脚、第二电容C2的另一端、第十三电阻R13的另一端、第四三极管V4的发射极接地。

这样，模拟调相时，调节可调电阻RP的大小，便可以改变流过发光二极管N3a的电流大小，从而改变第一晶闸管、第二晶闸管的导通角；调功时需要短接可调电阻RP并适当选取中间电阻R0的值，使之加上直流低压电源U时流过发光二极管N3a的电流能使光敏三极管N3b等效电阻达到最小即可，当加上直流低压电源U时，第一晶闸管、第二晶闸管全导通，当切断直流低压电源U时，第一晶闸管、第二晶闸管全截止。

作为优化，所述触发功率输出模块包括第三二极管VD3、第十五电阻R15、第十九电阻R19、第二十电阻R20、张弛振荡电路、脉冲变压器T1，所述整流桥模块的输出端与所述第三二极管VD3的阳极连接，所述第三二极管VD3的阴极通过依次串联所述第十五电阻R15、张弛振荡电路与所述脉冲变压器T1的原边线圈L0的第一端和第二端连接，且所述原边线圈L0的第一端与所述第四三极管V4的集电极连接，所述脉冲变压器T1设有第一副边线圈L1和第二副边线圈L2，所述第一副边线圈L1的第一端、第二副边线圈L2的第一端与所述原边线圈L0的第一端对应，所述第一副边线圈L1的第二端、第二副边线圈L2的第二端与所述原边线圈L0的第二端对应，所述第一副边线圈L1的第一端通过串联所述第十九电阻R19与所述第一晶闸管VT1的门极连接，所述第一副边线圈L1的第二端与所述第一晶闸管VT1的阴极连接，所述第七电容C7、第七二极管VD7并联设置，且所述第七二极管VD7的阳极连接在所述第一副边线圈L1的第二端，所述第七二极管VD7的阴极连接在所述第十九电阻R19远离所述第一副边线圈L1的第一端的一端；所述第二副边线圈L2的第一端通过串联所述第二十电阻R20与所述第二晶闸管VT2的门极连接，所述第二副边线圈L2的第二端与所述第二晶闸管VT2的阴极连接，所述第八电容C8、第八二极管VD8并联设置，且所述第八二极管VD8的阳极连接在所述第二副边线圈L2的第二端，所述第八二极管VD8的阴极连接在所述第二十电阻R20远离所述第二副边线圈L2的第一端的一端。

这样，当第四三极管V4处于截止状态时，张驰振荡电路停振，脉冲变压器T1没有电流通路，故无触发脉冲输出；当第四三极管V4处于导通状态时，张驰振荡电路立即振荡产生一连串脉冲序列，同时加在脉冲变压器T1的原边线圈L0上，脉冲变压器T1的副边线圈L1、L2感应产生触发脉冲去触发第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2。

作为优化，所述张弛振荡电路包括并联设置的第一张弛振荡器、第二张弛振荡器和第三张弛振荡器，其中，所述第一张弛振荡器包括第十六电阻R16、第四电容C4、第一双向触发二极管U1，所述第二张弛振荡器包括第十七电阻R17、第五电容C5、第二双向触发二极管U2，所述第三张弛振荡器包括第十八电阻R18、第六电容C6、第三双向触发二极管U3，所述第十五电阻R15的其中一端分别与所述第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18的其中一端连接，所述第十六电阻R16的另一端分别与所述第四电容C4、第一双向触发二极管U1的其中一端连接，所述第四电容C4的另一端与所述原边线圈L0的第一端连接，所述第一双向触发二极管U1的另一端原边线圈L0的第二端连接，

所述第十七电阻R17的另一端分别与所述第五电容C5、第二双向触发二极管U2的其中一端连接，所述第五电容C5的另一端与所述原边线圈L0的第一端连接，所述第二双向触发二极管U2的另一端原边线圈L0的第二端连接，

所述第十八电阻R18的另一端分别与所述第六电容C6、第三双向触发二极管U3的其中一端连接，所述第六电容C6的另一端与所述原边线圈L0的第一端连接，所述第三双向触发二极管U3的另一端原边线圈L0的第二端连接。

作为优化，所述张弛振荡电路还包括第四二极管VD4、第五二极管VD5和第六二极管VD6，所述第四二极管VD4的阴极与所述原边线圈L0的第一端连接，所述第四二极管VD4的阳极与所述第一双向触发二极管U1连接，所述第五二极管VD5的阴极与所述原边线圈L0的第一端连接，所述第五二极管VD5的阳极与所述第二双向触发二极管U2连接，所述第六二极管VD6的阴极与所述原边线圈L0的第一端连接，所述第六二极管VD6的阳极与所述第三双向触发二极管U3连接。

这样，第四二极管VD4、第五二极管VD5、第六二极管VD6起到隔离作用，使三个张驰振荡器工作互不干扰，又使三个张驰振荡器产生的脉冲互相叠加，增大输出脉冲的能量，可靠性更高。

作为优化，所述整流桥模块的接地端与所述第三二极管VD3之间连接有第三电容C3。

这样，第三电容C3用来对整流桥模块的输出电压进行滤波。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

通过本发明的电路，可以实现对晶闸管交流开关进行调功或者调相，运行十分可靠，成本也很低廉，同时，本发明的交流电过零检测模块没有使用传统工频变压器，它以第一三极管V1从截止到导通的转换瞬间感知交流电过零信息，触发电路简洁，灵敏度更高；

本发明的触发信号输出控制模块，它以第四三极管V4的导通或截止来控制触发脉冲有输出或无输出，具有精准过零触发，抗干扰强优点；

本发明的触发功率输出模块，该部分电路由电阻R15～R20；电容C4～C6；二极管VD3～VD8；双向触发二极管U1～U3；以及脉冲变压器T1组成，U1～U3的型号为DB3，组成了三个张驰振荡器，这三个张驰振荡器以并联方式工作，三个张驰振荡器工作互不干扰，三个张驰振荡器产生的脉冲互相叠加，增大触发脉冲的输出能量，可靠性更高；

本发明的基准电压产生模块，采用三端可调的精密电压基准元件N1来产生基准电压，而精密电压基准元件N1的型号为TL431，具有阴极K、阳极A和参考R三个引脚，是比较新颖的电子元器件，采用该元件来产生基准电压也是一个新手段；

本发明的调功或调相控制模块，具有多功能、灵活性高的特色。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为本发明的晶闸管交流开关控制电路的模块连接图；

图2为本发明的晶闸管交流开关控制电路图；

图3为整流桥VC1整流得到正弦脉动直流电压及交流电过零检测示意；

图4为光耦器件N3a通过较小电流，光耦器件N3b等效电阻大，晶闸管对应的导通角δ1较小的情况；

图5为光耦器件N3a通过较大电流，光耦器件N3b等效电阻小，晶闸管对应的导通角δ2较大的情况；

图6为实现晶闸管调功时的波形示意图，在时间段a这个区间内，晶闸管连续四个周波全导通，在时间段b这个区间内，晶闸管连续三个周波全截止；

附图中标记及对应的零部件名称：

1-整流桥模块，2-晶闸管交流开关，3-交流过零检测模块，4-基准电压产生模块，5-调功或调相控制模块，6-低压直流电源，7-触发信号输出控制模块，8-触发功率输出模块，9-交流电源。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1的一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路，如图1所示，对晶闸管交流开关2进行隔离控制，所述晶闸管交流开关2串联设置在交流电源9与负载之间，包括：用于输出脉冲信号给晶闸管交流开关2的触发功率输出模块8、用于控制所述触发功率输出模块8输出脉冲信号的触发信号输出控制模块7、为所述触发功率输出模块8和触发信号输出控制模块7供电的基准电压产生模块4、用于输出调功信号或者调相信号给所述触发信号输出控制模块7的调控或调相控制模块5、用于检测所述交流电源9过零点以给定所述触发信号输出控制模块7输出控制信号的时间周期的交流过零检测模块3、为所述调控或调相控制模块5供电的低压直流电源6，所述交流电源9通过整流桥模块1与所述交流过零检测模块3、触发功率输出模块8的输入端连接，所述交流过零检测模块3的输出端分别与所述基准电压产生模块4、触发信号输出控制模块7连接，所述低压直流电源6为所述调控或调相控制模块5连接，所述调控或调相控制模块5与所述触发信号输出控制信号的控制端通过光信号隔离连接，所述触发信号输出控制模块7的输出端与所述触发功率输出模块8的控制端连接，所述触发功率输出模块8的输出端与所述晶闸管交流开关2的控制端连接。

本技术方案中，通过交流过零检测模块来检测交流电源的过零点，给定触发信号输出控制模块能够输出控制信号的时间周期，基准电压产生模块用于为后续电路供电，调功或调相控制模块用于输出调功信号或者调相信号给触发信号输出控制模块，在给定的时间周期内以控制触发信号输出控制模块对触发功率输出模块输出控制信号的时间，从而控制晶闸管交流开关导通程度，或者在给定的时间周期内控制触发信号输出控制模块是否输出控制信号给触发功率输出模块，触发功率输出模块在得到相应的控制信号后对应输出脉冲信号给晶闸管交流开关，以控制晶闸管交流开关导通/断开。

接下来，对各个模块进行一一的介绍。

如图2所示，K虚线框内为主电路，是一个用于单相交流电的实例。交流电源的两个输入端分别为“X1”、“X2”，设输入端X1连接交流电源的相线“L”，输入端X2连接交流电源的零线“N”， 它们之间的电压为220V。再用个整流桥VC1（整流桥模块1）将交流电整流，得到的直流电为晶闸管交流开关控制电路供电。VT1和VT2为反向并联的两个晶闸管（即第一晶闸管VT1的阳极连接第二晶闸管VT2的阴极，第一晶闸管VT1的阴极连接第二晶闸管VT2的阳极）组成晶闸管交流开关2，作为被控制的主体。负载RL与晶闸管交流开关串联后，一端连接交流电源的输入端X1，另一端连接交流电源的输入端X2。控制好晶闸管交流开关的通电状态，也就是控制了负载RL的通电状态。第九二极管VD9及第二十一电阻R21跨接在第一晶闸管VT1的阴极和门极之间，其中第九二极管VD9的正极连接第一晶闸管VT1的阴极，第九二极管VD9的负极连接第一晶闸管VT1的门极，对第一晶闸管VT1起保护作用；第十二极管VD10及第二十二电阻R22跨接在第二晶闸管VT2的阴极和门极之间，其中第十二极管VD10的正极连接第二晶闸管VT2的阴极，第十二极管VD10的负极连接第二晶闸管VT2的门极，对第二晶闸管VT2起保护作用。第一晶闸管VT1的阴极连接端子X5，第一晶闸管VT1的门极连接端子X6，从端子X5和端子X6引入第一晶闸管VT1的触发脉冲；第二晶闸管VT2的阴极连接端子X7，第二晶闸管VT2的门极连接端子X8，从端子X7和端子X8引入晶闸管VT2的触发脉冲。220V电压经整流桥VC1整流，其输出直流的负极作零电位参考点“PGND”，通常称为“接地点”。

交流过零检测模块3为图2中的虚线框D，该虚线框内各元器件的具体连接方式是：整流桥VC1输出直流的正极连接第一电阻R1的一端和第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接接地点PGND；第一电阻R1的另一端连接第一稳压管VD1的负极，第一稳压管VD1的正极连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接NPN型的第一三极管V1的基极和第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端及第一三极管V1的发射极连接接地点PGND；第一三极管V1的集电极连接NPN型的第二三极管V2的基极和第八电阻R8的一端。加在第一电阻R1上的电压实际上是个“正弦脉动直流电压”，以下约定简称为“脉动电压”，当这个“脉动电压”从零V起逐渐上升但未超过第一稳压管VD1的击穿电压（约10V）时第一三极管V1处于截止状态，当超过第一稳压管VD1的击穿电压时晶体管V1导通，第一稳压管VD1的击穿电压（约10V）相对于220V交流电的峰值电压（约310V）是很小的，可视为得到一个过零信号。这里第四电阻R4作为泄放电阻，起到了避免杂散电容的影响淹没交流电过零点的作用，本发明这样设置交流过零检测模块没有使用传统的工频变压器，它以第一三极管V1从截止到导通的转换瞬间感知交流电过零信息，触发电路简洁，灵敏度更高具有触发电路简洁，灵敏度更高的特点。

参看图3，整流桥VC1整流得到脉动电压，设脉动电压解析方程为u = |Um sin（ωt/2）|，为简单计，设初相位角为零，式中u是交流电压瞬时值，Um是交流电压峰值，若市电电压为220V，则Um约为311V；ω为交流电的角频率，t是时间。

u在相位角（ωt/2）= nπ时的值为零，其中n为正整数，即 n = 0、1、2、3‥‥等。u是个周期量，分析电路仅分析第一个周期就可以了，其余类推。设Un为“脉动电压”从零V起逐渐上升但未超过稳压管VD1的击穿电压的临界电压值，即当u值小于Un时，第一三极管V1处于截止状态，反之当u值大于Un时，第一三极管V1处于导通状态，Un的值远小于Um的值。设直线u = Un与第一周期（0～π范围内）u曲线两个交点的横座标为θ1和θ2，其中θ1为与u曲线从零上升到峰值Um的交点，θ2为与u曲线从峰值Um下降到零的交点。那么，在横座标为0～θ1时间段内，第一三极管V1处于截止状态，第二三极管V2处于导通状态，第一电容C1处于放电状态，第二精密电压基准元件N2处于截止状态，晶体管V3、V4均处于截止状态，脉冲变压器T1原边无电流通路，脉冲变压器T1无触发脉冲输出。在横座标为θ1～θ2时间段内，第一三极管V1处于导通状态，第二三极管V2处于截止状态，第一电容C1处于充电状态，第二精密电压基准元件N2处于导通状态，第三三极管管V3、第四三极管V4均处于导通状态，脉冲变压器T1原边线圈有了电流通路，脉冲变压器T1便有触发脉冲输出。在横座标为θ2～π时间段内，上述各元器件恢复到0～θ1时间段内的状态，u曲线的后续各周期依此循环不已。

基准电压产生模块4为图2中的虚线框E，这里包含第一精密电压基准元件N1，第一精密电压基准元件N1的型号为TL431，具有阴极K、阳极A和参考R三个引脚。该虚线框内各元器件的具体连接方式是：第二二极管VD2的正极连接第一电阻R1和第一稳压管VD1的串联节点，即连接第一稳压管VD1的负极，第二二极管VD2的负极连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接第六电阻R6的一端和第一精密电压基准元件N1的阴极引脚K，第一精密电压基准元件N1的阳极引脚A连接接地点PGND，第六电阻R6的另一端连接第七电阻R7的一端和第一精密电压基准元件N1的参考引脚R，第七电阻R7的另一端连接接地点PGND。适当调整第六电阻R6和第七电阻R7的值，可使第一精密电压基准元件N1从阴极引脚K输出一个5V稳定的“基准电压”，为后续电路供电。

触发信号输出控制模块7为图2中的虚线框F，该虚线框内各元器件的具体连接方式是：第八电阻R8的一端连接第一三极管V1的集电极和NPN型的第二三极管V2的基极的串联节点，第八电阻R8的另一端连接第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端连接光耦器件N3b内红外光敏三极管（后面就视为光敏三极管N3b）的集电极，光耦器件的标记应为N3，其型号为PC817，PC817内具有发光二极管和光敏三极管两部分，为方便画图起见，把发光二极管部分标记为N3a，把光敏三极管部分标记为N3b组成，它以第四三极管V4的导通或截止来控制触发信号有输出或无输出，具有精准过零触发，抗干扰强优点。光敏三极管N3b的发射极连接第二三极管V2的集电极、第十电阻R10的一端及第一电容C1的一端，第二三极管V2的发射极和第一电容C1的另一端连接接地点PGND，第十电阻R10的另一端连接第二精密电压基准元件N2的参考引脚R，第二精密电压基准元件N2的型号亦为TL431。第十一电阻R11的一端连接第二二极管VD2的负极，第十一电阻R11的另一端连接第十二电阻R12的一端和PNP型的第三三极管管V3的基极，第十二电阻R12的另一端连接第二精密电压基准元件N2的阴极引脚K，第二精密电压基准元件N2的阳极引脚A连接接地点PGND，第二电容C2的一端连接第二二极管VD2的负极，第二电容C2的另一端连接接地点PGND，第三三极管V3的发射极连接第二二极管VD2的负极，第三三极管V3的集电极连接第十四电阻R14的一端，第十四电阻R14的另一端连接第十三电阻R13的一端和NPN型的第四三极管V4的基极，第十三电阻R13的另一端和第四三极管V4的发射极连接接地点PGND。

当第二精密电压基准元件N2的参考引脚R上的电压大于2.5V时，第二精密电压基准元件N2才会导通，此时第三三极管V3流过基极电流，该基极电流通过V3的发射结→第十二电阻R12→第二精密电压基准元件N2→接地点PGND，使第三三极管V3导通流过集电极电流，该集电极电流又流过第十四电阻R14→第四三极管V4的发射结→接地点PGND，为第四三极管V4提供基极电流，第四三极管V4才得以导通。当第二精密电压基准元件N2的参考引脚R上的电压小于2.5V时，第二精密电压基准元件N2处于截止状态，第三三极管V3、第四三极管V4均无基极电流流过，第三三极管V3、第四三极管V4均处于截止状态。也就是说，第四三极管V4导通或截止受控于第二精密电压基准元件N2，第四三极管V4导通或截止状态又控制脉冲变压器T1原边线圈通电与否，也就决定了脉冲变压器T1副边线圈是否有第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2触发脉冲输出。

本实施例要求开机后光耦器件N3b内红外光敏三极管是导通的，因PC817光耦器件为线性光耦，N3b的导通程度随流过光耦器件N3a内红外发光二极管电流大小而定，这个电流大N3b的导通程度也就大，N3b呈现的等效电阻也就小，反之亦然。

当“脉动电压”从零V起逐渐上升但未超“Un”值时第一三极管V1处于截止状态，此时第二三极管V2导通，其基极电流流经第八电阻R8→第二三极管V2的发射结→接地点PGND；第二三极管V2的集电极电流流经第九电阻R9→N3b的等效电阻→接地点PGND，此时第一电容C1通过第二三极管V2放电，其残存电压为第二三极管V2的导通压降，远小于2.5V，该电压通过第十电阻R10加到第二精密电压基准元件N2的参考引脚R上，第二精密电压基准元件N2处于截止状态。

当超过第一稳压管VD1的击穿电压时第一三极管V1导通，即第一三极管V1检测到过零信号后其基极电流逐渐加大，产生集电极电流，该集电极电流由基准5V电压供电，流过第八电阻R8→接地点PGND，第二三极管V2的基极电流被第一三极管V1旁路掉，这样第二三极管V2截止，第一电容C1经第九电阻R9→N3b的等效电阻被基准5V电压充电，当第一电容C1上的电压上升到2.5V以上时，该电压通过第十电阻R10加到第二精密电压基准元件N2的参考引脚R上，使第二精密电压基准元件N2导通，这样第三三极管V3便有了基极电流（从V3发射结→第十二电阻R12→第二精密电压基准元件N2→接地点PGND）处于导通状态，第三三极管V3的集电极电流又作为第四三极管V4的基极电流，使第四三极管V4也处于导通状态，脉冲变压器T1也就有了电流通路。

第一电容C1的充电路径为第九电阻R9→N3b的等效电阻→接地点PGND，若N3b的等效电阻大，则第一电容C1的充电时间加长，第一电容C1上的电压上升到2.5伏相应地延后；若N3b的等效电阻小，则第一电容C1的充电时间相应地短些，第一电容C1上的电压上升到2.5伏相应地提前。这就造成了第三三极管V3、第四三极管V4处于导通状态有了时间上的先后差异，因N3b的等效电阻受控于流过光耦器件N3a的电流大小，也就是说第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2触发导通角改变，依靠调节流过光耦器件N3a的电流大小就能实现。

触发功率输出模块8为图2中的虚线框G，设定脉冲变压器T1的原边线圈L0的第一端为“* ”号端，简称为“* ”号端，同理，第一副边线圈L1、第二副边线圈L2的第一端也为“*”号端，如图2所示。

该虚线框内各元器件的具体连接方式是：第三二极管VD3的正极连接整流桥VC1的正极输出端，第三二极管VD3的负极连接第三电容C3的一端和第十五电阻R15的一端，第三电容C3的另一端连接接地点PGND；第十五电阻R15的另一端连接第十六电阻R16、第十七电阻R17和第十八电阻R18的一端，第十六电阻R16的另一端连接第一双向触发二极管U1的一端和第四电容C4的一端，第十七电阻R17的另一端连接第二双向触发二极管U2的一端和第五电容C5的一端，第十八电阻R18的另一端连接第三双向触发二极管U3的一端和第六电容C6的一端，第一双向触发二极管U1的另一端连接第四二极管VD4的正极，第二双向触发二极管U2的另一端连接第五二极管VD5的正极，第三双向触发二极管U3的另一端连接第六二极管VD6的正极，第一双向触发二极管U1、第二双向触发二极管U2 、第三双向触发二极管U3的型号均为DB3；第四电容C4的另一端、第五电容C5的另一端和第六电容C6的另一端连接第四三极管V4的集电极，第四二极管VD4的负极、第五二极管VD5的负极和第六二极管VD6的负极连接脉冲变压器T1原边线圈L0的无“*”号标记的一端（第二端），脉冲变压器T1原边线圈L0的“*”号端子连接第四三极管V4的集电极；脉冲变压器T1的第一副边线圈L1无“*”号标记的一端连接第七电容C7的一端和第七二极管VD7的正极，并作为脉冲输出端子X5；脉冲变压器T1的第一副边线圈L1的“*”号端子连接第十九电阻R19的一端，第十九电阻R19的另一端连接第七电容C7的另一端和第七二极管VD7的负极并作为脉冲输出端子X6；脉冲变压器T1的第二副边线圈L2无“*”号标记的一端连接第八电容C8的一端和第八二极管VD8的正极，并作为脉冲输出端子X7；脉冲变压器T1的第二副边线圈L2的“*”号端子连接第二十电阻R20的一端，第二十电阻R20的另一端连接第八电容C8的另一端和第八二极管VD8的负极并作为脉冲输出端子X8。这里的端子“X5、X6、X7、X8”对应主电路K虚线框内的端子“X5、X6、X7、X8”是同一个电连接点。

整流桥VC1的输出电压经过第三二极管VD3的隔离、第三电容C3的滤波和第十五电阻R15的降压，施加于三个张驰振荡器：第一个张驰振荡器由第十六电阻R16、第四电容C4、第一双向触发二极管U1和第四二极管VD4组成；第二个张驰振荡器由第十七电阻R17、第五电容C5、第二双向触发二极管U2和第五二极管VD5组成；第三个张驰振荡器由第十八电阻R18、第六电容C6、第三双向触发二极管U3和第六二极管VD6组成。当第四三极管V4处于截止状态时，张驰振荡器停振，脉冲变压器T1没有电流通路，故无触发脉冲输出；当第四三极管V4处于导通状态时，这三个张驰振荡器立即振荡产生一连串脉冲序列，同时加在脉冲变压器T1的原边线圈L0上，脉冲变压器T1的第一副边线圈L1、第二副边线圈L2感应产生触发脉冲去触发第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2，当然触发第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2的是张驰振荡器产生的第一个脉冲，后继的脉冲序列对触发晶闸管已无意义。这三个张驰振荡器是并联方式，第四二极管VD4、第五二极管VD5、第六二极管VD6可以起到隔离作用，使三个张驰振荡器工作互不干扰，又使三个张驰振荡器产生的脉冲互相叠加，增大输出脉冲的能量，可靠性更高，三个张驰振荡器在第四三极管V4导通时振荡，在第四三极管V4截止时停振。

图4表示光耦器件N3a通过较小电流，光耦器件N3b等效电阻大，第一电容C1充电时间常数大，充电时间加长，使第二精密电压基准元件N2导通时间延后，导致第一晶闸管、第二晶闸管对应的导通角δ1较小的情况。图5表示光耦器件N3a通过较大电流，光耦器件N3b等效电阻小，第一电容C1充电时间常数小，充电时间短，使第二精密电压基准元件N2导通时间靠前，导致第一晶闸管、第二晶闸管对应的导通角δ2较大的情况，图中阴影部分表示晶闸管通电时刻。

调功或调相控制模块5为图2中的虚线框H，虚线框H内的“X3”、“X4”连接另一个低压直流电源U，其中X3端为正极，X4端为负极，U值依据外控微处理器或数字电路的供电压而定，通常为3.3伏或5伏、12伏等。该虚线框内各元器件的具体连接方式是：X3端连接中间电阻R0的一端，中间电阻R0的另一端连接可调电阻RP的一端，可调电阻RP的另一端连接光耦器件N3a内红外发光二极管的正极，光耦器件N3a内红外发光二极管的负极连接X4端。模拟调相时，调节可调电阻RP的大小，便可以改变流过光耦器件N3a的电流大小，从而改变第一晶闸管、第二晶闸管的导通角；调功时需要短接可调电阻RP并适当选取中间电阻R0的值，使之加上电源U时流过光耦器件N3a的电流能使光耦器件N3b等效电阻达到最小即可。当加上电源U时，第一晶闸管、第二晶闸管全导通，当切断电源U时，第一晶闸管、第二晶闸管全截止。图6为实现晶闸管调功时的波形示意图，在时间段a这个区间内，第一晶闸管、第二晶闸管连续四个周波全导通，在时间段b这个区间内，第一晶闸管、第二晶闸管连续三个周波全截止。

依靠调节流过光耦器件N3a的电流大小来实现触发脉冲的移相，从而控制第一晶闸管、第二晶闸管的导通程度，这就是所谓“调相”。所谓“调功”，就是控制第一晶闸管、第二晶闸管导通的周波数和截止的周波数，在一些连续周波第一晶闸管、第二晶闸管处于导通状态，在另一些连续周波第一晶闸管、第二晶闸管处于截止状态，可根据电器负载需求及时改变第一晶闸管、第二晶闸管处于导通状态的周波数和处于截止状态的周波数，该电路具有多功能，灵活性特色。

因此，本发明设计的晶闸管交流开关控制电路，具有工作稳定，可靠性高，并且成本低的优点。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路，对晶闸管交流开关进行隔离控制，所述晶闸管交流开关串联设置在交流电源与负载之间，其特征在于，包括：用于输出脉冲信号给晶闸管交流开关的触发功率输出模块、用于控制所述触发功率输出模块输出脉冲信号的触发信号输出控制模块、为所述触发功率输出模块和触发信号输出控制模块供电的基准电压产生模块、用于输出调功信号或者调相信号给所述触发信号输出控制模块的调功或调相控制模块、用于检测所述交流电源过零点以给定所述触发信号输出控制模块输出控制信号的时间周期的交流过零检测模块、为所述调功或调相控制模块供电的低压直流电源，所述交流电源通过整流桥模块与所述交流过零检测模块、触发功率输出模块的输入端连接，所述交流过零检测模块的输出端分别与所述基准电压产生模块、触发信号输出控制模块连接，所述低压直流电源为所述调功或调相控制模块连接，所述调功或调相控制模块与所述触发信号输出控制信号的控制端通过光信号隔离连接，所述触发信号输出控制模块的输出端与所述触发功率输出模块的控制端连接，所述触发功率输出模块的输出端与所述晶闸管交流开关的控制端连接；所述触发信号输出控制模块包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第二三极管V2、第三三极管V3、第四三极管V4、第一电容C1、第二电容C2、第二精密电压基准元件N2和光敏三极管N3b，所述第八电阻R8的其中一端、第二三极管V2的基极与第一三极管V1的集电极连接，所述第八电阻R8的另一端通过串联所述第九电阻R9与所述光敏三极管N3b的集电极连接，所述光敏三极管N3b的基极与发光二极管N3a通过光连接，所述光敏三极管N3b的发射极与所述第二三极管V2的集电极、第一电容C1的其中一端、第十电阻R10的其中一端连接，所述第十电阻R10的另一端与所述第二精密电压基准元件N2的参考引脚连接，第二二极管VD2的阴极分别与所述第十一电阻R11和第二电容C2的其中一端以及第三三极管V3的发射极连接，所述第十一电阻R11的另一端通过串联所述第十二电阻R12与所述第二精密电压基准元件N2的阴极引脚连接，所述第三三极管V3的基极连接在所述第十一电阻R11和第十二电阻R12的共同连接端，所述第三三极管V3的集电极通过串联所述第十四电阻R14与所述第十三电阻R13的其中一端、第四三极管V4的基极连接，所述第二三极管V2的发射极、第一电容C1的另一端、第二精密电压基准元件N2的阳极引脚、第二电容C2的另一端、第十三电阻R13的另一端、第四三极管V4的发射极接地。

2.根据权利要求1所述的一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路，其特征在于，所述晶闸管交流开关包括反向并联的第一晶闸管VT1和第二晶闸管VT2，所述第一晶闸管VT1的阴极和门极分别连接着由第九二极管VD9和第二十一电阻R21并联组成的并联链路，且所述第九二极管VD9的阳极与所述第一晶闸管VT1的阴极连接，所述第九二极管VD9的阴极与所述第一晶闸管VT1的门极连接，所述第二晶闸管VT2的阴极和门极分别连接着由第十二极管VD10和第二十二电阻R22并联组成的并联链路，且所述第十二极管VD10的阳极与所述第二晶闸管VT2的阴极连接，所述第十二极管VD10的阴极与所述第二晶闸管VT2的门极连接。

3.根据权利要求2所述的一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路，其特征在于，所述交流过零检测模块包括第一稳压管VD1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一三极管V1，所述第一电阻R1和第四电阻R4的其中一端与所述整流桥模块的正极输出端连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第一稳压管VD1的阴极连接，所述第一稳压管VD1的阳极通过串联所述第二电阻R2与所述第一三极管V1的基极、第三电阻R3的其中一端连接，所述第三电阻R3、第四电阻R4的另一端以及第一三极管V1的发射极接地。

4.根据权利要求3所述的一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路，其特征在于，所述基准电压产生模块包括第二二极管VD2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和精密电压基准元件N1，所述第二二极管VD2的阳极与所述第一稳压管VD1的阴极连接，所述第二二极管VD2的阴极通过串联第五电阻R5与第一精密电压基准元件N1的阴极引脚连接，所述精密电压基准元件N1的阳极引脚接地，所述第六电阻R6的两端分别与所述精密电压基准元件N1的阴极引脚和参考引脚连接，所述第七电阻R7的两端分别与所述精密电压基准元件N1的参考引脚和地连接。

5.根据权利要求4所述的一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路，其特征在于，所述调功或调相控制模块包括可调电阻RP、发光二极管N3a以及中间电阻R0，所述低压直流电源的正极发出的电流依次通过串联设置的所述中间电阻R0、可调电阻RP与所述发光二极管N3a流回进所述低压直流电源的负极，且所述可调电阻RP与所述发光二极管N3a的阳极连接。

6.根据权利要求5所述的一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路，其特征在于，所述触发功率输出模块包括第三二极管VD3、第十五电阻R15、第十九电阻R19、第二十电阻R20、张弛振荡电路、脉冲变压器T1，所述整流桥模块的输出端与所述第三二极管VD3的阳极连接，所述第三二极管VD3的阴极通过依次串联所述第十五电阻R15、张弛振荡电路与所述脉冲变压器T1的原边线圈L0的第一端和第二端连接，且所述原边线圈L0的第一端与所述第四三极管V4的集电极连接，所述脉冲变压器T1设有第一副边线圈L1和第二副边线圈L2，所述第一副边线圈L1的第一端、第二副边线圈L2的第一端与所述原边线圈L0的第一端对应，所述第一副边线圈L1的第二端、第二副边线圈L2的第二端与所述原边线圈L0的第二端对应，所述第一副边线圈L1的第一端通过串联所述第十九电阻R19与所述第一晶闸管VT1的门极连接，所述第一副边线圈L1的第二端与所述第一晶闸管VT1的阴极连接，第七电容C7、第七二极管VD7并联设置，且所述第七二极管VD7的阳极连接在所述第一副边线圈L1的第二端，所述第七二极管VD7的阴极连接在所述第十九电阻R19远离所述第一副边线圈L1的第一端的一端；所述第二副边线圈L2的第一端通过串联所述第二十电阻R20与所述第二晶闸管VT2的门极连接，所述第二副边线圈L2的第二端与所述第二晶闸管VT2的阴极连接，第八电容C8、第八二极管VD8并联设置，且所述第八二极管VD8的阳极连接在所述第二副边线圈L2的第二端，所述第八二极管VD8的阴极连接在所述第二十电阻R20远离所述第二副边线圈L2的第一端的一端。

7.根据权利要求6所述的一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路，其特征在于，所述张弛振荡电路包括并联设置的第一张弛振荡器、第二张弛振荡器和第三张弛振荡器，其中，所述第一张弛振荡器包括第十六电阻R16、第四电容C4、第一双向触发二极管U1，所述第二张弛振荡器包括第十七电阻R17、第五电容C5、第二双向触发二极管U2，所述第三张弛振荡器包括第十八电阻R18、第六电容C6、第三双向触发二极管U3，所述第十五电阻R15的其中一端分别与所述第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18的其中一端连接，所述第十六电阻R16的另一端分别与所述第四电容C4、第一双向触发二极管U1的其中一端连接，所述第四电容C4的另一端与所述原边线圈L0的第一端连接，所述第一双向触发二极管U1的另一端原边线圈L0的第二端连接，

所述第十七电阻R17的另一端分别与所述第五电容C5、第二双向触发二极管U2的其中一端连接，所述第五电容C5的另一端与所述原边线圈L0的第一端连接，所述第二双向触发二极管U2的另一端原边线圈L0的第二端连接，

所述第十八电阻R18的另一端分别与所述第六电容C6、第三双向触发二极管U3的其中一端连接，所述第六电容C6的另一端与所述原边线圈L0的第一端连接，所述第三双向触发二极管U3的另一端原边线圈L0的第二端连接。

8.根据权利要求7所述的一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路，其特征在于，所述张弛振荡电路还包括第四二极管VD4、第五二极管VD5和第六二极管VD6，所述第四二极管VD4的阴极与所述原边线圈L0的第一端连接，所述第四二极管VD4的阳极与所述第一双向触发二极管U1连接，所述第五二极管VD5的阴极与所述原边线圈L0的第一端连接，所述第五二极管VD5的阳极与所述第二双向触发二极管U2连接，所述第六二极管VD6的阴极与所述原边线圈L0的第一端连接，所述第六二极管VD6的阳极与所述第三双向触发二极管U3连接。

9.根据权利要求8所述的一种既可调功又可调相的晶闸管交流开关控制电路，其特征在于，所述整流桥模块的接地端与所述第三二极管VD3之间连接有第三电容C3。