CN2556845Y - 一种过零触发方式的可控硅调温器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种过零触发方式的可控硅调温器，通过改变一定时间内导通的周波数而改变负载得到的平均功率，实现调节电加热器的加热能力。可使负载得到完整的正弦波周波波形，因而没有移相触发方式中谐波干扰问题。可广泛应用于电阻性负载。本实用新型其组成为：指令脉冲产生电路1，指令识别及变换电路2，逻辑电路3，触发电路4，可控轨及取样电路5，负载即电热器6，过载保护电路7，过零脉冲产生电路8，电源电路9。

Description

一种过零触发方式的可控硅调温器

所属领域

本实用新型涉及一种通过改变一定时间内导通的周波数而改变了负载得到的平均功率的调功装置，主要应用于电热器的调温。

技术背景

随着科学技术的发展，人们生活水平的不断提高，各种电热器具的应用越来越广泛，对电热器具的调温的需求也更加普遍和迫切。用在交流电路中的可控硅调温装置，按照触发方式的不同，可分为移相触发方式的调温装置和过零触发方式的调温装置。前者在工作过程中，破坏了正弦交流电一周波形的完整性，其谐波分量将对电网和电子设备产生电磁干扰。特别是当电热器的功率较大时，其电磁干扰将特别严重，虽然可以采用滤波措施扼制干扰，但任何滤波措施的阻带衰减量都是有限度的，不可能根除其干扰。因此，移相触发方式的调温装置的应用十分有限。

技术方案：

实用新型目的是公开一种过零触发方式的可控硅调调温器，通过改变一定时间内导通的周波数而改变了负载得到的平均功率，实质上是一种调功器，通过调功实现调温或调节电加热器的加热能力。过零触发方式使负载得到完整的正弦波周波波形，因而没有移相触发方式中谐波干扰问题。可广泛应用于电阻性负载的电饭煲、电炒锅等蒸煮炒、烧烤等电炊具、电热杯、电加热器、电热毯、电烙铁、电炉等电热器具的温度或加热能力的调节。采用通用元器件设计，原材料价格低廉，易于采购。采用低能耗设计，现有的产生过零触发脉冲的专用集成电路，在交流220伏应用场合下，其降压电阻的耗能达4W，造成工作时产生热量大，因而限制了它的应用。而本设计则将耗能降至0.22W，增强了实用性。电路调整灵活，扩大了本设计的应用范围。采用集成电路，最大限度减少用分立元器件，使制造工艺简化，整机可靠性提高。

本实用新型其组成为：指令脉冲产生电路1，指令识别及变换电路2，逻辑电路3，触发电路4，可控硅及取样电路5，负载即电热器6，过载保护电路7，过零脉冲产生电路8，电源电路9；其特征是：

所述的指令脉冲产生电路1的输入端接有指令输入按键AN1和AN2，每个按键对应一个脉冲产生电路。按动AN1所产生的脉冲代表温度增加的指令，按动AN2所产生的脉冲则代表温度减小的指令，在指令脉冲产生电路1的输出端，将代表温度增加的指令脉冲或代表温度减小的指令脉冲送入指令识别及变换电路2；

所述的指令识别及变换电路2由加减法计数电路和译码电路组合，指令脉冲产生电路1输出的温度增加指令脉冲或温度减小指令脉冲送入计数电路，在输出端产生计数数据，计数数据经译码电路后转换成相应指令输出线上的指令信号，每条指令输出线对应一种调温工作状态，可根据需要调温器设计为多个调温工作状态。各指令输出线连接到逻辑电路3的输入端；

所述的逻辑电路3的输入端与指令识别及变换电路2相连接，同时与过零脉冲产生电路8和过载保护电路7相连接。它由门控信号产生电路和逻辑门电路组合。过零脉冲产生电路8送入的过零信号作为逻辑电路的时钟同步信号，门控信号产生电路根据时钟同步信号和指令识别及变换电路2送来的指令信号产生与指令信号相对应的门控信号，该门控信号和过零脉冲信号同时送入逻辑门电路，逻辑门电路的输出便是所需要的触发脉冲τ₁或τ₂，该触发脉冲送入触发电路4；

所述的触发电路4由晶体三极管等元器件组成，它的输入端与逻辑电路相连接，它的输出端与可控硅及取样电路5相连接。触发电路将逻辑电路送来的触发脉冲馈送给可控硅的控制极；

所述的可控硅及取样电路5由可控硅及变压器组成。它的输入端为可控硅控制极，与触发电路4相连接，可控硅阳极接有变压器和负载6，变压器构成取样电路，其输出作为取样信号送给过载保护电路7

所述的过载保护电路7由放大器、检波器、驱动电路和单向可控硅组成，它的输入端即为放大器的输入端，与可控硅及取样电路5相连接，单向可控硅的阳极为输出端，与逻辑电路3相连接，同时，接有按键开管AN3。当取样信号超过规定值时，说明有过载或短路现象发生，驱动电路触发单向可控硅导通，在其阳极送出过载信号给逻辑电路3，逻辑电路关断触发脉冲的输出，可控硅及取样电路5中的双向可控硅截止，调温器停止工作。当排除过载故障后，按动AN3，调温器恢复正常工作；

所述的过零脉冲产生电路8由集成运算放大器构成，220伏交流电压经分压后送入它的输入端，该电路检测220伏交流电压的过零点，在过零点的前后产生脉冲阶跃，它的输出端与逻辑电路3相连接；

所述的电源电路9由变压器、整流滤波电路构成，它对电路各部分供电。

本实用新型工作原理是：

图1用波形说明调功的过程。u为220伏交流电源电压。τ₁和u₁说明了一种工作情况，即在T时间内，即对应交流电3个周期的时间内只有一个周期有触发脉冲出现，如τ₁所示，可控硅只在一个周期时间内导通，负载上得到的电压如u₁所示。另一种工作情况如τ₂和u₂所示，此时T时间内有两个交流电周期出现触发脉冲，如τ₂所示，可控硅在交流电两个周期时间内导通，负载上得到的电压如μ₂所示。可见，在第一种情况下，负载得到的电能相当于全导通时得到电能的1/3，而在第二种情况下，负载得到的电能相当于全导通时的2/3。因而，两种情况下负载得到的平均功率不相同，从而实现调温或调节电加热器的加热能力。

本实用新型设计一种易于实现，实用的过零触发方式的调温器，应用范围极广，如电阻性负载的电饭煲、电炒锅等蒸煮炒、烧烤等电炊具、电热杯、电加热器、电热毯、电烙铁、电炉等电热器具的温度或加热能力的调节。采用通用元器件设计，原材料价格低廉，易于采购。采用低能耗设计。现有的产生过零触发脉冲的专用集成电路，在交流220伏应用场合下，其降压电阻的耗能达4W，造成工作时产生热量大，因而限制了它的应用。而本设计则将耗能降至0.22W，增强了实用性。电路调整灵活，扩大了本设计的应用范围。如触发脉冲宽度是一个至关重要的参数，采用专用集成电路时，此参数无调整余地，本实用新型则克服了此类弊病。设计中采用集成电路，最大限度减少使用分立元器件，使制造工艺简化，整机可靠性提高。

附图说明：

图1是说明本实用新型调功工作原理的波形图；

图2是本实用新型实施例原理图；

图3是本实用新型另一实施例原理图；

图4是图2中触发电路，可控硅及取样电路、过载保护电路的实施例电原理图；

图5是本实用新型又一种实施例原理图；

实施方案：

图3和图4为本实用新型的一个实施例原理图。图3中标号为1-9的各部分的功能及其连接关系与图2相同，与图2相比，在图3中增加了驱动电路10和显示电路11。有了显示电路可使调温器的工作状态能够醒目地显示出来。驱动电路10的输入端与指令识别及变换电路2的输出端相连接，同时也与逻辑电路3相连接即M端。驱动电路10的输出端与显示电路11相连接。显示电路11由发光二极管构成，它的输入端与驱动电路10相连接。设调温器具有10个调温工作状态，即10个调温档位，则由10只发光二极管分别显示调温器的10个调温档位。按动AN1时，调温器的调温档位往温度增加方向移动，由显示电路显示其动作；按动AN2时，则调温器的调温档位往温度减小方向移动。

图4为触发电路，可控硅及取样电路、过载保护电路的实施例电原理图。触发电路由晶体管T₁、电阻器R₃₁和电容C6构成。可控硅及取样电路由双向可控硅SCR1、C7、R32、变压器B、C8构成。过载保护电路由R33、集成运算放大器IC20、D13、C10、R36、R35、晶体三极管T2、R38、R39、单向可控硅SCR2、R40及按键开关AN3构成。逻辑电路3输出的触发脉冲送入T₁的基极，在T₁的发射极经电阻器R31馈给可控硅SCR1的控制极，SCR1被触发而导通，负载得到电能。C7和R32为接在SCR1阳极和阴极间的吸收回路。负载超载或短路时，变压器B输出的取样信号经IC20放大后，输入到由D13、C10、R36、R35组成的检波电路，形成的检波电压馈入T2的基极，T2触发单向可控硅SCR2导通，在SCR2阳极产生过载信号后馈到逻辑电路3，逻辑电路便关断触发脉冲的输出，使可控硅SCR1截止，同时输出故障信号经M端至驱动电路10，使故障指示灯闪亮。当超载或负载短路被排除，按动按键AN3，则电路恢复正常工作，故障指示灯停止闪亮。根据被控电热器功率的不同，SCR1可选择不同型号的双向可控硅。对于功率为1000W以下的电热器，可选用BT137-800、2N6349等型号的可控硅；对于1000W至2000W的电热器，可选用BT138-800，2N6345等型号的可控硅。SCR2可选用2N5728、MCR100-6等型号的小型单向可控硅。

上述实例是在图2的基础上，增加了驱动电路和显示电路两部分而实施的。图5示出另一种实例，是将图2中指令脉冲产生电路1和指令识别极变换电路2两部分电路用旋转式拨盘开关或用琴键式开关代替而实现的，其它部分均无变化。图5中部组成为：

电源电路12、旋转式拨盘开关13、逻辑电路3、触发电路4、可控硅及取样电路5、负载6、过载保护电路7、过零脉冲产生电路8。

Claims (4)

1.一种过零触发方式的可控硅调调温器，其组成为：指令脉冲产生电路(1)、指令识别及变换电路(2)、逻辑电路(3)、触发电路(4)、可控硅及取样电路(5)、负载即电热器(6)、过载保护电路(7)、过零脉冲产生电路(8)、电源电路(9)；其特征是：

所述的指令脉冲产生电路(1)的输入端接有指令输入按键AN1和AN2，每个按键对应一个脉冲产生电路。按动AN1所产生的脉冲代表温度增加的指令，按动AN2所产生的脉冲则代表温度减小的指令，在指令脉冲产生电路(1)的输出端，将代表温度增加的指令脉冲或代表温度减小的指令脉冲送入指令识别及变换电路(2)；

所述的指令识别及变换电路(2)由加减法计数电路和译码电路组合，指令脉冲产生电路(1)输出的温度增加指令脉冲或温度减小指令脉冲送入计数电路，在输出端产生计数数据，计数数据经译码电路后转换成相应指令输出线上的指令信号，每条指令输出线对应一种调温工作状态，可根据需要调温器设计为多个调温工作状态，各指令输出线连接到逻辑电路(3)的输入端；

所述的逻辑电路(3)的输入端与指令识别及变换电路(2)相连接，同时与过零脉冲产生电路(8)和过载保护电路(7)相连接，它由门控信号产生电路和逻辑门电路组合，过零脉冲产生电路(8)送入的过零信号作为逻辑电路的时钟同步信号，门控信号产生电路根据时钟同步信号和指令识别及变换电路(2)送来的指令信号产生与指令信号相对应的门控信号，该门控信号和过零脉冲信号同时送入逻辑门电路，逻辑门电路的输出便是所需要的触发脉冲τ₁或τ₂，该触发脉冲送入触发电路(4)；

所述的触发电路(4)由晶体三极管等元器件组成，它的输入端与逻辑电路相连接，它的输出端与可控硅及取样电路(5)相连接。触发电路将逻辑电路送来的触发脉冲馈送给可控硅的控制极；

所述的可控硅及取样电路(5)由可控硅及变压器组成。它的输入端为可控硅控制极，与触发电路(4)相连接，可控硅阳极接有变压器和负载(6)，变压器构成取样电路，其输出作为取样信号送给过载保护电路(7)；

所述的过载保护电路(7)由放大器、检波器、驱动电路和单向可控硅组成，它的输入端即为放大器的输入端，与可控硅及取样电路(5)相连接，单向可控硅的阳极为输出端，与逻辑电路(3)相连接，同时，接有按键开管AN3。当取样信号超过规定值时，说明有过载或短路现象发生，驱动电路触发单向可控硅导通，在其阳极送出过载信号给逻辑电路(3)，逻辑电路关断触发脉冲的输出，可控硅及取样电路5中的双向可控硅截止，调温器停止工作。当排除过载故障后，按动AN3，调温器恢复正常工作；

所述的过零脉冲产生电路(8)由集成电路运算放大器构成，220伏交流电压经分压后送入它的输入端，该电路检测220伏交流电压的过零点，在过零点的前后产生脉冲阶跃，它的输出端与逻辑电路3相连接；

所述的电源电路(9)由变压器、整流滤波电路构成，它对电路各部分供电。

2.如权利要求1所述的一种过零触发方式的可控硅调调温器，其特征是：增加驱动电路(10)和显示电路(11)，由显示电路可使调温器的工作状态能够醒目地显示出来，驱动电路(10)的输入端与指令识别及变换电路2的输出端相连接，同时也与逻辑电路(3)相连接即M端，驱动电路(10)的输出端与显示电路(11)相连接，显示电路(11)由发光二极管构成，它的输入端与驱动电路(10)相连接，对应调温器10个调温工作状态，即10个调温档位，则有10只发光二极管分别显示调温器的10个调温档位，按动AN1时，调温器的调温档位往温度增加方向移动，由显示电路显示其动作；按动AN2时，则调温器的调温档位往温度减小方向移动。

3.如权利要求1所述的一种过零触发方式的可控硅调调温器，其特征是：所述的触发电路由晶体管T₁、电阻器R₃₁和电容C6构成；可控硅及取样电路由双向可控硅SCR1、C7、R32、变压器B、C8构成；所述的过载保护电路由R33、集成运算放大器IC20、D13、C10、R36、R35、晶体三极管T2、R38、R39、单向可控硅SCR2、R40及按键开关AN3构成，逻辑电路3输出的触发脉冲送入T₁的基极，在T₁的发射极经电阻器R31馈给可控硅SCR1的控制极，SCR1被触发而导通，负载得到电能。C7和R32为接在SCR1阳极和阴极间的吸收回路；负载超载或短路时，变压器B输出的取样信号经IC20放大后，输入到由D13、C10、R36、R35组成的检波电路，形成的检波电压馈入T2的基极，T2触发单向可控硅SCR2导通，在SCR2阳极产生过载信号后馈到逻辑电路3，逻辑电路便关断触发脉冲的输出，使可控硅SCR1截止，同时输出故障信号经M端至驱动电路10，使故障指示灯闪亮，当超载或负载短路被排除，按动按键AN3，则电路恢复正常工作，故障指示灯停止闪亮。

4.如权利要求1所述的一种过零触发方式的可控硅调调温器，其特征是：各部组成为：电源电路12、旋转式拨盘开关13、逻辑电路3、触发电路4、可控硅及取样电路5、负载6、过载保护电路7、过零脉冲产生电路8。

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