CN85108956A - 零同步高可靠性电子调压器 - Google Patents

Abstract

本发明零同步高可靠性电子调压器具有很宽调节范围、节能、多用途的特点。该调压器采用了高可靠性保护电路，从而取代了传统的继电器保护电路。它具有继电器电路所不具备的优异性能，例如同时具有过流、短路保护功能；由于保护速度极高，可以用在工作频率高达数百周的电路中，并且过流保护值可以随意整定。它具有继电器电路使用灵活的特点，例如可在各种类型的电子调压器、稳压器、温度控制器中使用；可以做成独立的保护器件加入被保护电路中；并可以进行变灵敏度、温度保护功能的扩展。

Description

本发明零同步高可靠性电子调压器可用在电机调速，电炉、远红外线调温，灯光亮度调节，电子自动焊机输出电流的调整。

本发明是以《电子报》85年8期《给晶闸管调压器加装过流保护》一文电路出发，对该文中的调压器和保护电路提出全新的设计方案。其《电子报》中的电路图如图1所示。

图1电路有以下缺点，例如负载电流要经过二极管D₁～D₄，如要增加输出电流除更换可控硅外还必须更换D₁～D₄。输出电流越大D₁～D₄体积越大、价格越高，所以这种电路适合用在输出电流较小的场合。

图1保护电路采用了电感线圈、电解电容和干簧管，这些元件对于电路短路瞬间产生的突变电压有很大的惯性，往往后备保护熔丝烧断，而保护电路并未动作。所以这种电路只能进行过流保护、不能进行短路保护，只能用在过流电流不很大、要求不高的场合下使用。

本发明的目的是克服公知电路的缺点，使它与公知的电子调压器相比有各种优点。例如该电子调压器采用元件少，易购买的廉价元件组成，只须改变输出电流和可控硅，电路就可输出一安至数百安的电流。该调压器调节范围优于一般的单、双向可控硅电子调压器，在电源电压220伏时，负载所能得到的最大电压为219伏。由于该电路采用直流供电，可以方便地给调压器增加一些功能，例如定时功能。

本发明零同步电子调压器调相电路与比例导通电路程式很相似，只须一只四刀两位转换开关就可起到改变工作方式作用，从而扩大该电路的应用价值。

本发明的电子调压器是采用的一种高速过流、短路保护电路。由于保护动作时间只须几微秒或几十微秒，所以电子调压器在导通角极小条件下发生短路，保护电路能准确无误动作，且等待状态下不消耗电流。由于保护速度极快，可以用在工作频率高达数百周电路中。由于用电阻取样，过流保护值可以任意整定。它具有继电器保护电路使用灵活的特点，例如可在各种类型的电子调压器、稳压器、温度控制器中使用;可以做成独立的保护电路加入被保护电路中;并可以进行变灵敏度、温度保护功能的扩展。

图2～5是符合发明主题电路图，图6～9是高可靠性保护电路在其它类型电子调压器中的应用，图10、11是高可靠性保护电路在稳压器、温度控制器中的应用。下面依次介绍以电路图有关内容。

图2是零同步调相高可靠性电子调压器，其工作过程是，由R₂、BG₁、BG₃取出零同步信号，过零点时BG₃导通将C₄电容放电，IC₁第3脚处于高电位，IC₁无电流输出;同步信号过零后BG₃截止，电源通过W₁、R₄向C₄充电，当电容上电压高于 2/3 电源电压时IC₁第3脚为低电位输出电流使SCR₁导通。

图2电路中，IC₁触发脉冲宽度和SCR₁导通时间几乎相等，虽然增加了一些触发功率却可以使电路一些性能有所改变。例如可以增加电子调压器调节范围，由于在低电压、负载电阻较大时流入可控硅控制极电流较大，虽不能触发，但可控硅呈导通态，所以电压调整范围不受可控硅维持电流和负载电阻大小的影响;由于触发脉冲宽，电路可适用于电感性负载。本发明的电路为了增大电子调压器调节范围采用了以下措施：例如变压器次级电压取得较高、R₂阻值较小、BG₁放大倍数高、R₄、C₄时间常数取得较小，以尽量减小零点同步脉冲宽度，增大触发可控硅电流脉冲的宽度，从而使调压器最高输出电压与电源电压相差一伏左右，最低输出电压为零伏。

图2电路不采用全桥整流;零线与电路调节输出部分电源正端连接;用电阻R₁减小整流波形零点处畸变;其目的是保证整个调节范围内正负电压对称。

图2电路输出电压为8伏，电路元件在低压下工作可以显著延长其寿命;因输入电压较高，当电源电压下降到160伏以下电路仍能正常工作。

电路过流、短路时，取样电阻R₁₀有相应的脉冲电压，经R₉、SCR₂到电源正端，从而SCR₂、BG₃导通，IC₁置于高电位，此时无电流输出。该保护电路是以交流信号触发，触发到导通时间极短，故保护速度极快，可以用在工作频率几百周的电路中。

电路中BG₃起着同步兼过流保护作用;IC₁有调节兼输出功能;R₁起着减小波形畸变兼泄放D₃反向漏电流的作用。所以电路虽然有着优良的性能，但仍具有元件较少的特点。

图3是零同步调压器比例导通电路，它的同步与电源整流是分开的。这种电路对过零点波形要求没有图2高，功能分开后元件并不增加，因省掉电阻后可以减少电源消耗。本电路和图2电路不一样，是希望过零点同步信号宽一些，其目的在于IC₁占空比最大时保证电源波全部被触发;同理在IC₁占空比最小时被触发半波的个数与未被触发电源波之比大于占空比，电路电压调整范围为4～99.6%。SCR₁最小管压降小于1伏。

图3过流保护是使IC₁第4脚处于地电位，其优点是过流保护期间IC₁无输出电流，以减轻电源负担。SCR₂接至电源输入端，其优点是在保护电路动作时避免较大的电流通过电源调整管;由于在电源开启时，输入端电压比输出端电压高得多，这样在SCR₁还未触发以前SCR₂早已具备电路进行保护所需电压，这对于在开机瞬间已事先出现短路的情况具有良好的保护功能。

电阻R₁₀与时间继电器组成具有变灵敏度功能的保护电路，这种电路特别适合用在开机瞬间有浪涌电流电路中。

图4是零同步比例导通节能电路。图中IC₁第3脚用了一只较大电阻，在占空比较大范围内变化时，其IC₁消耗电流只有很小变化，BG₃只在零点附近导通，故平均消耗电流很小，整个电路最大电流只有十几毫安。

图中保护电路是图2电路功能的扩展，具有热保护或对触发灵敏度补偿功能。负温度系数热敏电阻与R₉并联，随着温度的上升R_t逐渐变小，直到SCR₂被触发以保护有关器件。当R_t采用较大阻值则可以对触发灵敏度进行补偿，使其触发灵敏度在较大温度范围内只有较小的变化。

图5是调相、比例导通工作方式可以进行变换的电路，它由一只四刀两位开关来变换工作方式。

调相式电路应用范围比比例导通式电路用途广，由于电源干扰大，特别是大功率情况下更为严重，这将影响它使用范围，在家庭中使用更是如此。比例导通式电路由于干扰小在家庭中使用大有用武之地，例如可用在普通电炉、电烤炉、电烤锅、电熨斗等家用电器中。电风扇调速、灯光亮度调整采用比例导通电路效果不好，必须采用调相电路。本电路是以上因素进行考虑的，让这两种两路有充分发挥各自长处的机会，增加使用价值。

图5与图2电路输出极型不同，前者为高电位输出，后者为低电位输出，前者保护电路比后者更简单，整个保护电路共五只元件。

图5电路中，限流电阻R₁₃有限流作用以确保半波内保证可控硅不被损坏，但要消耗一部分电能。K的作用是将负载接至电源另一端，使全部电压加到负载上，减少电能损耗。

以下情况可以省去R₁₃和开关K：SCR₁容量大，电源自身内阻限流作用SCR₁半波内不被损坏;保安器采用快速熔断器;常规保安器熔断电流是可控硅半波最大浪涌电流的十分之一以下。这并不意味着只要发生短路熔断器必熔断不可。当导通角不大时发生短路熔断器不会熔断。即是SCR₁输出完整正弦波发生短路，不一定会有完整的半波浪涌电流通过SCR₁。所以熔断器被熔断的机会是发生短路机会的几分之一。

图6是图2保护电路在简易电子调压器中的应用。由于D₁～D₄整流作用，SCR₂触发信号是正极性电压，故没有图2电路有正负电压灵敏度不一致的缺点，电路中SCR₂维持电流小于4mA，R₆只有200Ω，其目的保证在较低电压下电路具有保护功能。C₂容量较大，其作用是避免短路时SCR₂上电荷放完从而造成保护的失败。

图7是图2保护电路应用又一种类型。图中的可控硅用模拟可控硅电路代替。由于采用了分立元件，它的某些性能优于可控硅，例如它被触发的最低电压为2伏左右，电流只有200微安，这样用不着担心在过流保护期间C₃上电荷被放完，故C₃容量用得较小，从而缩小了体积降低了成本;由于被触发最低电压很低，即使在SCR₁未被触发前就具有其保护功能。所以对电源开启时已事先造成短路的情形有良好保护作用。R⁶ ₆、C₃可以使电源开启后可控硅导通角以渐变方式增大的功能，即所谓软启动功能。这不仅对负载有利，而且对事先造成短路条件下，SCR₁能在较小导通角下关闭，减小对SCR₁的危害。该保护电路最大工作电流2～3mA左右，因此不会因为R₃、R⁶ ₆阻值较大而使电路失去保护功能。

电路中D₇是保护BG₃、BG₄安全的，如果R₁、R₂阻值设计得当D₇可省略。C₂是为抗干扰而加的，其值通过实验确定，其容量较小时开机瞬间由于电路处于不稳定状态，往往造成误动作;其值过大则会影响过流保护速度。BG₄起取样兼隔直作用，它可以用二极管代替，这时R₂阻值相应减小。

图8是图2保护电路在具有速度反馈控制电路中的应用。图中R₁起着过流取样兼电机速度反馈电阻，其值应由电机容量确定，然后调整R₄大小整定其过流保护值。

图中J₁作用是使电路开启时具有良好保护功能。由于保护电路有独立的电源，它与被保护电路的连接较简单，所以过流保护部分可以做成独立的保护器件。

图9保护电路是图2保护电路功能的扩展，具有双向保护功能。该保护电路特别适合用来封锁用交流信号触发可控硅电路。

图中D₅、R₈作用是补偿触发灵敏度的，使该电路正负半周触发灵敏度尽可能一样。

图9电路与图8电路一样，可以做成独立的保护器件。

图10、11是图2保护电路在稳压电源、温度控制器中应用实例。

Claims (17)

1、零同步高可靠性电子调压器是由零同步调压器与高可靠性保护电路组成。零同步电子调压器包括调相、比例导通两种电路。其特征是a.具有很宽的调压范围，特别是最高输出电压与电源电压只相差一伏左右；b.只须改变与输出电流有关的电阻和更换相应容量的可控硅，电路就可输出一安至数百安电流；c.电路可靠性高。电源电压下降到160伏以下电路仍能正常工作。

2、一种高可靠性保护电路，是由电阻、双向可控硅（可以是单向可控硅或模拟可控硅电路）及晶体管组成。其特征是a.具有过流、短路保护功能，其保护速度极高，调压器在导通角很小的条件下发生短路电路能可靠地动作;b.交流信号可以直接触发，不须进行任何电路变换;c.其过流保护值可以任意整定;d.应用范围很广，可以用在频率高达数百周的电路中，可以在各种类型的可控硅电子调压器、稳压器、温度控制器中使用;e.应用灵活，可以做成独立的保护器件插入被保护电路中。

3、根据权利要求1所述零同步电子调压器的同步电路的特征是具有良好稳定的同步性能。

4、根据权利要求1所述零同步电子调压器其特征是a.同步晶体管兼有过流保护功能;b.泄放电阻兼有减轻零点波形畸变功能;c.时基电路调节兼有输出功能。

5、根据权利要求1所述的零同步电子调压器相电路特征是宽脉冲触发，调压范围不受维持电流与负载电阻大小的影响，适合用在需要脉冲触发的电路中。

6、根据权利要求1所述的零同步电子调压器比例导通电路特征是在过流时置时基电路于低电位，以减轻电源负担。

7、根据权利要求1所述的零同步电子调压器比例导通节能型电路特征是电源消耗少、最大电流只有十几毫安，特别适合较大功率可控硅的触发。

8、根据权利要求1所述的零同步电子调压器调相电路与比例导通电路特征是电路程式相近，可用一只转换开关组成调相、比例导通两种工作方式的调压器，可以增加该调压器应用价值的效果。

9、根据权利要求2所述的高可靠性保护电路，其特征是用电阻进行取样，触发、动作元件采用可控硅。

10、根据权利要求2所述的高可靠性保护电路，增加变灵敏度后其特征是电路适用于在开启电源瞬间有浪涌电流的场合。

11、根据权利要求2所述的高可靠性保护电路，增加温度保护功能后其特征是可以对器件进行热保护，并保留过流短路保护功能。

12、根据权利要求2所述的高可靠性保护电路，对触发灵敏度进行温度补偿后其特征是在较大温度变化范围情况下，触发灵敏度只有较小的变化。

13、根据权利要求2所述的高可靠性保护电路，增加双向保护功能后其特征是可以对以交变电流触发电路进行过流短路保护，例如可应用于双向二极管组成的可控硅触发电路。

14、根据权利要求2所述的高可靠性保护电路和被保护电路进行合理组合后，可使保护电路具有对电源开启时已事先造成短路的情形有良好的保护功能。

15、根据权利要求2所述的高可靠性保护电路，对正负电压触发灵敏度进行补偿后其特征是正负电压触发灵敏度对称。

16、根据权利要求2所述的高可靠性保护电路可在具有电机速度反馈电路中使用，其特征是取样电阻兼有速度反馈功能。

17、根据权利要求2所述的高可靠性保护电路中的可控硅用模拟可控硅电路代替，其特征是a.可以进一步扩大电路应用范围;b.在简易型电子调压器中应用不须另设电源;c.电路进行保护所需要的电压低;d.保护电路工作时消耗电流少;e.具有权利要求14的特征。

Images