CN2082486U - 低功耗可集成电压过零触发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种低功耗可控硅电压过零触发 器。

该触发器由自生电源，电压过零检测，过零脉冲 成型，过零脉冲信号放大、触发驱动电路及可控硅构 成。其中自生电源与电压过零检测两个电路利用四 只桥式连接的稳压二极管交替工作在反向击穿与正 向导通状态而实现合二为一，且只有在电网电压过零 瞬间过零脉冲成型电路的晶体管截止，过零脉冲信号 放大和触发驱动电路的晶体管导通，输出窄的负脉 冲，而在电网电压的正半周和负半周多数晶体管均处 于常断状态。该触发器具有功耗低，便于集成等优 点，可广泛用于各种电阻性负载的调功控制中。

Description

本实用新型涉及电力电子技术领域及微电子技术领域，特别是一种可控硅电压过零触发器。

可控硅电压过零触发器是用于大中功率工业设备和实验室电子仪器中的关键器件之一。但已有的同类产品多是由于功耗大而影响整个仪器设备的性能指标。比如在D.A.T.A.Digest  Linear  Integrated  Circuits  Ed.40.1988，Ed.39.1987，Ed.38.1987产品手册和航空航天部六九一厂1988年10月的产品手册中所罗列的关于可控硅过零触发器参数，其最小的功耗指标是200mW（22.5V），如果按应用在220V单相电网上考虑，再加上自生电源降压电阻的功耗，则总功耗高达5W以上，国内公开的CN－2042257“可控硅过零触发调功器”专利，虽说是可将单相调功器控制电路功耗降低到小于0.5W，但仍然是本实用新型的整体总功耗的2.5倍。同时又由于该调功器的电路原理是采用将触发脉冲通过变压器耦合到可控硅的控制极，因而不便于小型化，极大地限制了器件的应用领域。

本实用新型的目的在于避免上述已有技术的不足，提供一种低功耗、便于集成小型化、可广泛应用于大中功率工业设备的可控硅电压过零触发器。

本实用新型由自生直流电源、电压过零检测、过零脉冲成形、过零脉冲信号放大、触发驱动电路和可控硅构成（如图1所示）。其中自生直流电源与电压过零检测电路二者通过四只桥式连接的稳压二极管交替工作在反向击穿与正向导通状态而合二为一体（如图2所示），即四只稳压二极管既作为自生电源的稳压管，又作为电压过零检测的检测管。该检测的c、d两点电压信号分别通过两个不同阻值的电阻连接到过零脉冲成形电路的三极管基极和发射极，在电网电压的过零瞬间进行相减，从其集电极输出一负的窄脉冲（如图3所示）。故当电网电压不处于过零瞬间时，过零脉冲成形电路中的T₁管工作在导通状态，其集电极电位控制后级电路的晶体管处于在常断状态，而在电网电压的过零瞬间T₁管截止时，则通过脉冲放大管T₂与其外围二极管形成的通路，将脉冲成形电路输出的负脉冲输入到后级放大，获取触发驱动脉冲。

以下参照附图详细说明本实用新型的结构原理。

图1是本实用新型的方框图。

图2是本实用新型的电路原理图。

图3是本实用新型的波形图。

图1中Z为负载，（1）为自生直流电源和电压过零检测，（2）为电压过零脉冲成形，（3）为过零脉冲信号放大，（4）为触发驱动。

图2中的电阻R₁、R₂，二检管D₅和稳压二极管D₁，D₂，D₃，D₄构成自生直流电源，同时D₁，D₂，D₃，D₄又作为过零检测。电阻R₃，R₄，D₅，二极管D₈，D₉和三极管T₄构成过零脉冲成形电路，三极管T₂和外围件D₆，D₇，R₆构成过零脉冲信号放大，三极管T₂和电阻R₇、R₈、R₉构成触发驱动电路。稳压二极管D₁、D₂、D₃、D₄桥式连接，其节点a、b分别连接在整流二极管D₅的负端和电网电压的一端作为自生直流电压的稳压管。节点c和节点b作为过零检测输出，其电压波形如图3b和图3c所示。c点电压通过电阻R₃连接到三极管T₁的基极，d点电压通过电阻R₄连接到T₁管的发射极，并在电网电压过零瞬间进行相减，从其T₁管的集电极输出一负脉冲，其波形如图3d所示。该脉冲通过二极管D₆、D₇输入到三极管T₂的基极进行放大倒相，从T₂管的集电极输出，其电压波形如图3e所示。T₂管的输出通过开关k连接到三极管T₃的基极，从T₃管的集电极输出触发脉冲经电阻R₇、R₈控制可控硅。桥式二极管的a、b两点连接有可变电阻R₂，以调节触发脉冲的宽度。电容C₂连接在T₁管集电极与直流电源之间，以滤除电网电压过零点附近的干扰对触发器的影响，使电路可靠地工作。电阻R₁、R₂可调节触发脉冲电路与触发脉冲驱动电路的导通时间，R₂也可用电容C₂代替，用电阻电容网络效果更佳。图2中的虚线部分可集成为一体。

该电路的工作原理：

取电容C₁正极电位为参考零电位。

电网电压如图3a所示。该电压经电阻R₁、R₂降压，桥式二极管D₁－D₄稳压和二极管D₃整流以及电容C₁滤波后在C₁两端产生一个约负5V的直流电压，当电网电压大于V_B时（V_B为D₁～D₄的反向击穿电压，一般为6V左右）D₁、D₄反向击穿，D₂、D₃正向导通，节点c上的电压V_D2＝V_J＝0.6V（V_J为二极管的结电势），节点d上的电压V_D4＝V₈＝6V，使得T₁管导通，D₉也随之导通，T₁管集电极输出的电位被D₉钳位在V_J＝0.6V。D₆、D₇、T₂均不导通，T₂管的集电极输出电位为电容C₁的负极电位，即约－5V。如果开关k接通，因T₂管上的BE结电压约为0，故T₂也不导通，输出电平为0。可控硅控制极相对阴极电压为0，不触发。当电网电压小于－V_B时（负半周），D₁、D₄正向导通，D₂、D₃反向击穿。V_D2＝－V_J＝－0.6V，V_D4＝－V_B＝－6V，此时T₁管导通。但由于T₃管的各极电位均为负值，故D₉管截止，V_rlc＝－1V（T₁集电极电压），所以D₆、D₇、T₃及T₂管均不导通，其工作状态与正半周相同，仍处于截止状态，输出电平为0，不触发。

当电网电压处于＋V_B与－V_B之间时，偏压不足以使D₁～D₄各管进入导通或击穿状态，因此，在电网电压过零时，V_D2和V_D4均为0，T₁管截止，T₂、D₆、D₇、D₈均导通而构成通路，使T₁管的集电极电压V_rlc≈－2V，T₂管的集电极电压接近0V，若接通开关k，则T₃管也导通，输出负脉冲加到可控硅控制极上触发可控硅导通。该触发脉宽在0.12～0.4ms内可调。

由此可见，桥式连接的二极管D₁、D₄与D₂、D₃交替工作在反向击穿与正向导通状态，使得过零检测与自生电源合二为一，且绝大多数时间内T₁管导通，T₂、T₃管截止，只有在电网电压的过零瞬间T₁管截止时，T₂、T₃管导通，从而在T₁与T₂上分别得到负的窄脉冲。该T₂、T₃管的导通时间仅占总时间的1.2％～4％。

本实用新型由于采用了过零瞬间的窄脉冲触发方式和多数晶体管工作在常断状态以及自生电源与电压过零检测电路的合并，因而使功耗大为减小，其直流功耗典型值只有0.7mW，最大值为1.2mW，在220V电网下整体功耗典型值为120mW，最大值为200mW（直流功耗与交流功耗之总和），是已有的KJ007、KJ008电路的数十分之一，同时由于该触发器不仅在稳态下可过零触发，而且在掉电后瞬间立即合闸也能可靠地保证过零触发，因而消除了浪涌、打火现象，延长了可控硅的寿命，并可避免电磁污染；此外由于该触发器具有功耗低，便于集成的特点，所以开拓了可控硅过零触发器的应用领域，特别是在小功率电阻性负载的控制中尤为广泛。

Claims (2)

1、一种可控硅过零触发器，包括电压过零检测电路，自生直流电源，过零脉冲成形，过零脉冲信号放大电路，触发驱动电路及可控硅，其特征在于：

a.自生电源与过零检测电路由四只桥式连接的稳压二极管交替工作在反向击穿与正向导通状态而合二为一，四管既作为自生电源的稳压管又作为过零检测的检测管；

b.桥式二极管电路所检测到的c、d两点信号分别通过电阻R₂和R₄连接到脉冲成形三极管T₁的基极和发射极，在电网电压的过零瞬间进行相减，并输出可调的窄的负脉冲，仅当该负脉冲出现时，放大管T₂，驱动管T₃才导通，并输出负触发脉冲。

2、根据权利要求1所述的触发器，其特征在于触发脉冲放大电路与触发脉冲驱动电路的导通时间仅为总时间的1.2％～4％，其数值可由R₁、R₂或电阻电容网络调整。