CN202189120U - 一种可控硅控制的交流开关检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种检测电路，属于电路检测技术领域，公开了一种可控硅控制的交流开关检测电路，包括连接在交流输入端的开关电路，与所述开关电路相连的电压采集电路，与所述电压采集电路相连的波形整形电路，与所述波形整形电路输出端连接的、可对所述波形整形电路输出的数字信号进行处理的一控制单元，与所述开关电路相连的触发电路。本实用新型可准确检测出可控硅元件的导通或截止工作状态，同时，通过波形整形电路输出的方波信号的上升沿和下降沿推算出可控硅的导通角，电路结构简单，成本低，导通或截止检测准确可靠，导通角时刻准确，应用范围广。

Description

一种可控硅控制的交流开关检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种检测电路，尤其涉及一种可控硅控制的交流开关检测电路，属于电路检测技术领域。

背景技术

目前，对大电流负载的控制常采用可控硅进行控制，可控硅串联负载，直接连接交流输入端，通过可控硅的导通或截止对负载进行开关控制，为了限制可控硅两端电压上升率过大，保证可控硅安全运行，一般在可控硅的两端并联RC阻容吸收电路，利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率。

由于外界干扰，有可能使可控硅误动作，为了监测可控硅是否正常导通或截止、对负载进行正确的开关控制，现有的技术通过检测负载两端的电压，经过电压采集、波形整形输出来判断可控硅的交流开关是否正常工作。但是这种检测方式存在明显的缺陷，主要是可控硅截止时，由于RC阻容吸收电路的存在，和负载构成串联电路，负载两端还有一定的电压，尤其在干扰较大时，负载两端的电压更大，有可能使波形整形输出端输出不正确的信号，引起对可控硅的导通或截止进行误判断，导致检测结果不准确。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种检测电路，克服现有技术中的缺陷，可控硅控制的交流开关检测电路，其能够有效地避免开关电路中与可控硅两端并联的RC阻容吸收电路对检测结果的影响，能够准确检测出可控硅元件的导通或截止工作状态，同时能准确计算出可控硅的导通角。

为实现以上目的，本实用新型提出的技术方案是一种可控硅控制的交流开关检测电路，其特征是，包括

连接在交流输入端的开关电路，

与所述开关电路相连的电压采集电路，

与所述电压采集电路相连的波形整形电路，

与所述波形整形电路输出相连的、可对所述波形整形电路输出的数字信号进行处理的一控制单元。

与所述开关电路相连的触发电路。

所述控制单元或为CPU、或为MCU、或为其它具备运算控制功能的控制器。

所述触发电路或为RC触发、或为专用触发芯片、或为一般可控硅触发电路。

所述开关电路包括串联在交流输入端之间的一可控硅、与所述可控硅串联的一负载。

所述触发电路与所述可控硅控制极连接。

所述可控硅两端并联RC阻容吸收电路，所述RC阻容吸收电路包含一RC阻容吸收电路电阻和一RC阻容吸收电路电容，所述RC阻容吸收电路电阻和RC阻容吸收电路电容相串联。

所述电压采集电路包括由四个整流二极组成的桥式整流器，所述桥式整流器输入端通过一串联的降压电阻连接至所述双向可控硅的两端，所述桥式整流器的输出端连接至一光电耦合器的输入端，所述桥式整流器的输出端连接至一滤波电容，所述滤波电容与所述光电耦合器的输入端相并联。

所述光电耦合器的输入端为光源发光二极管，所述光电耦合器的输出端为受光器光敏三极管。

所述的波形整形电路中包含整形三极管，所述整形三极管的基极通过一偏置电阻与参考工作电源连接，同时与所述光敏三极管的集电极连接，所述光敏三极管的发射极接地。

所述整形三极管的发射极、集电极至少包括两种接法，一种较佳的方案为：所述整形三极管的发射极接地，所述整形三极管的集电极通过一偏置电阻与参考工作电源连接，所述集电极同时与控制单元连接。整形三极管整形后的电压数字信号通过集电极输出后进入控制单元进行运算。

另一种较佳的方案为：所述整形三极管的发射极通过一偏置电阻与地相连，所述发射极同时与控制单元连接，所述整形三极管的集电极接参考工作电压。整形三极管整形后的电压数字信号通过集电极输出后进入控制单元进行运算。与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型检测电路可准确检测可控硅元件的导通或截止，同时，通过波形整形电路输出的方波信号的上升沿和下降沿推算出可控硅的导通角，电路结构简单，成本低，导通或截止检测准确可靠，导通角时刻准确，应用范围广。

附图说明

图1为传统可控硅控制的交流开关检测电路的电路原理图（以双向可控硅为例）；

图2为本实用新型一实例的电路原理图（以双向可控硅为例）；

图3为图2交流输入端输入的正常交流电压u(t)波形图；

图4是与图3交流电压u(t)对应的双向可控硅两端的电压u _p (t) 波形图；

图5为与图2中对应的波形整形电路输出电压Vo(t)波形图；

图6 为本实用新型的另一整形电路实例；

图7 为与图6中对应的波形整形电路输出电压Vo’(t)波形图。

图中：开关电路1，双向可控硅T1，负载RL，RC阻容吸收电路电容C1，RC阻容吸收电路电阻R1，电压采集电路2，桥式整流器二极管D1，桥式整流器二极管D2，桥式整流器二极管D3，桥式整流器二极管D4，降压电阻R2，滤波电容C2，光电耦合器IC1，波形整形电路3，整形三极管Q1，偏置电阻R3，偏置电阻R4，控制单元4，触发电路5。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实例仅用于更加清楚说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

实施例1

如图2所示，为本实用新型的一实施例，一种可控硅控制的交流开关检测电路原理图，包括开关电路1、电压采集电路2、波形整形电路3、控制单元4和触发电路5。

开关电路1中包含串联在交流输入端之间的一双向可控硅T1和负载RL，双向可控硅T1和负载RL相串联，RC阻容吸收电路电容C1和RC阻容吸收电路电阻R1串联后并联双向可控硅T1的两端。双向可控硅控制极连接触发电路，触发电路对双向可控硅进行正常的触发控制。

电压采集电路2中包含由整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4组成的桥式整流器、滤波电容C2、降压电阻R2以及光电耦合器IC1。整流二极管D1的阳极与整流二极管D2的阴极相连，连接至双向可控硅T1的一端（P1），整流二极管D4的阳极与整流二极管D3的阴极相连，通过降压电阻R2连接至双向可控硅T1的另外一端（P2），整流二极管D1的阴极与整流二极管D4的阴极相连，作为桥式整流器的正端输出连接至光电耦合器IC1输入的阳极，即光源发光二极管的阳极，整流二极管D2的阳极与整流二极管D3的阳极相连，作为桥式整流器的负端输出连接至光电耦合器IC1输入的阴极，即光源发光二极管的阴极，滤波电容C2并联于桥式整流器的正负端输出，即并联于光电耦合器IC1的输入端。

波形整形电路3中包含整形三极管Q1，整形三极管Q1选用NPN型三极管，整形三极管Q1的基极与光电耦合器IC1的集电极连接，由光电耦合器IC1控制整形三极管Q1的工作状态，从而控制整形三极管Q1集电极的输出信号为电压方波Vo(t)。整形三极管Q1的集电极与CPU连接，整形三极管Q1集电极输出的电压方波Vo(t)进入CPU，经CPU存储运算，即可通过整形三极管Q1集电极输出方波信号的上升沿和下降沿以及高、低电平时间推算出双向可控硅的导通角和双向可控硅的导通或者截止工作状态。整形三极管Q1的基极通过一偏置电阻R3与参考工作电压Vcc连接。整形三极管Q1的集电极通过一偏置电阻R4与参考工作电压Vcc连接。整形三极管Q1的发射极和光电耦合器IC1的发射极相连，连接至地。

下面结合附图说明本实用新型的工作原理：

如图2、图3、图4和图5所示，交流输入端的交流电压u(t)（其波形如图3所示）加在开关电路1两端，当双向可控硅T1处于截止状态（即0-t1或者π-t2时间段），双向可控硅T1的电阻处于无穷大，RC阻容电容C1、RC阻容电阻R1和负载RL构成串联电路，双向可控硅T1两端的电压u _p (t)的计算公式如下：

u _p (t)=（1/jωC1+R1）*u(t)/(1/jωC1+R1+RL)     RL:为负载阻抗

电压u _p (t)波形如图4所示，电压u _p (t)经过桥式整流器和滤波电容C2，输入至光电耦合器IC1的光源发光二极，光电耦合器IC1的光源发光二极导通，光电耦合器IC1的受光器光敏三极管也导通，光电耦合器IC1的集电极输出为低电平，整形三极管Q1截止，整形三极管Q1的集电极输出电压Vo(t)为高电平，输出电压Vo(t)的波形如图5所示。

当双向可控硅T1处于导通状态（即t1-π或者t2-2π时间段），双向可控硅T1的电阻接近于零，双向可控硅T1两端的电压u _p (t)为低电平，电压u _p (t)波形如图4所示，由于电压u _p (t) 为低电平，光电耦合器IC1的光源发光二极截止，光电耦合器IC1的受光器光敏三极管也截止，光电耦合器IC1的集电极输出为高电平，整形三极管Q1导通，整形三极管Q1的集电极输出电压Vo(t)为低电平，输出电压Vo(t)的波形如图5所示。

从图5中可以看出，整形电路输出电压Vo(t)为方波信号，高电平持续时间为双向可控硅T1的截止时间，低电平持续时间为双向可控硅T1的导通时间，下降沿t1、t2为双向可控硅T1导通时刻，上升沿0、π为双向可控硅T1截止时刻，双向可控硅的导通角为t1度或者（t2-π）度。

因此，本实用新型的检测电路通过测量输出方波信号的高电平、低电平时间，检测出可控硅的截止或者导通，通过输出方波信号的上升沿和下降沿时刻，推算出可控硅的导通角和导通时刻。

实施例2

如图6所示，在本实用新型的另一实例中，整形电路3中包含一整形三极管Q1，整形三极管Q1的基极与光电耦合器IC1的集电极连接，整形三极管Q1的基极通过一偏置电阻R3与参考工作电压Vcc连接，整形三极管Q1的集电极与参考工作电压Vcc连接，与参考工作电压Vcc连接，整形三极管Q1的发射极通过一偏置电阻R4和光电耦合器IC1的发射极相连，连接至地。电路中其它部分与实施例1相同。

整形后从整形三极管Q1的发射极输出的数字信号为电压方波Vo’(t)，并送入控制单元4进行运算处理，控制单元4通过计算整形后的电压方波信号Vo’(t)的高电平、低电平时间，检测出可控硅的截止或者导通，通过输出方波信号的上升沿和下降沿时刻，推算出可控硅的导通角和导通时刻。其电路原理和分析过程同实施例1相同，不同之处在于整形后的电压方波Vo’(t)从整形三极管Q1的发射极输出，其波形与实施例1中的图5整形电路输出的电压方波信号波形Vo(t)正好相反，如图7所示。

综上所述，本实用新型的可控硅控制的交流开关检测电路能够有效地避免开关电路中与可控硅两端并联的RC阻容吸收电路对检测结果的影响，能够准确检测出可控硅元件的导通或截止工作状态，同时能准确计算出可控硅的导通角，电路结构简单，成本低，导通或截止检测准确可靠，导通角时刻准确，应用范围广。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可控硅控制的交流开关检测电路，其特征是，包括

连接在交流输入端的开关电路，

与所述开关电路相连的电压采集电路，

与所述电压采集电路相连的波形整形电路，

与所述波形整形电路输出相连的、可对所述波形整形电路输出的数字信号进行处理的一控制单元，

与所述开关电路相连的触发电路。

2.根据权利要求1所述的一种可控硅控制的交流开关检测电路，其特征是，所述开关电路包括串联在交流输入端之间的一可控硅、与所述可控硅串联的一负载。

3.根据权利要求1所述的一种可控硅控制的交流开关检测电路，其特征是，所述触发电路与所述可控硅控制极连接。

4.根据权利要求2所述的一种可控硅控制的交流开关检测电路，其特征是，所述可控硅两端并联RC阻容吸收电路，所述RC阻容吸收电路包含一RC阻容吸收电路电阻和一RC阻容吸收电路电容，所述RC阻容吸收电路电阻和RC阻容吸收电路电容相串联。

5.根据权利要求1所述的一种可控硅控制的交流开关检测电路，其特征是，所述电压采集电路包括由四个整流二极组成的桥式整流器，所述桥式整流器输入端通过一串联的降压电阻连接至所述双向可控硅的两端，所述桥式整流器的输出端连接至一光电耦合器的输入端，所述桥式整流器的输出端连接至一滤波电容，所述滤波电容与所述光电耦合器的输入端相并联。

6.根据权利要求5所述的一种可控硅控制的交流开关检测电路，其特征是，所述光电耦合器的输入端为光源发光二极管，所述光电耦合器的输出端为受光器光敏三极管。

7.根据权利要求1所述的一种可控硅控制的交流开关检测电路，其特征是，所述的波形整形电路中包含整形三极管，所述整形三极管的基极通过一偏置电阻与参考工作电源连接，同时与所述光敏三极管的集电极连接，所述光敏三极管的发射极接地。

8.根据权利要求7所述的一种可控硅控制的交流开关检测电路，其特征是，所述整形三极管的发射极接地，所述整形三极管的集电极通过一偏置电阻与参考工作电源连接，所述集电极同时与控制单元连接。

9.根据权利要求7所述的一种可控硅控制的交流开关检测电路，其特征是，所述整形三极管的发射极通过一偏置电阻与地相连，所述发射极同时与控制单元连接，所述整形三极管的集电极接参考工作电压。

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