專利名稱：近零閘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交流電負(fù)載供電控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是把每一次供電控制全都鎖定在供電的零值電壓近旁實現(xiàn)。

背景技術(shù)：
交流電負(fù)載所用的各種有觸頭開關(guān)(包括各類觸頭式繼電器)無法在交流電的零值電壓近旁完成開關(guān)控制，也無法消除由此衍生的高頻輻射；一般的無觸頭開關(guān)(如晶體管開關(guān)、可控硅開關(guān))也都不著眼于在交流電零值電壓近旁完成開關(guān)控制，故有害的高頻雜波仍然強烈涌現(xiàn)，本發(fā)明利用當(dāng)今世界已問世的最先進(jìn)電子元器件配制近零閘，迫使供電控制按需要在逼近零值電壓的微小區(qū)間內(nèi)完成，從而大幅度抑制了高頻雜波的出現(xiàn)。本發(fā)明是發(fā)明人2000年申報的專利技術(shù)00117841.5的更準(zhǔn)確的概括。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的配制一種無觸頭開關(guān)，讓它有能力在而且只在交流電Vt的每個零值電壓的近旁完成對負(fù)載RL的供電開啟作用。
如圖1近零閘由δV探頭、信號處理器、Δ閘三個部件構(gòu)成，其中，Δ閘是對負(fù)載RL執(zhí)行近零控制供電的部件，δV探頭是通過電阻Ri從Vi捕捉原始近零信號的部件，信號處理器則是將δV探頭傳來的原始信號加工成適當(dāng)指令下達(dá)到ΔV閘執(zhí)行的橋梁。顯然，光憑以上三部件尚不能說明近零閘為何物，還得詳細(xì)說明“近零”與“閘”的內(nèi)涵。
Δ閘是執(zhí)行近零閘功能的部件，先從它說起。
近零閘的“閘”，是指Δ閘使用的是可控硅，但可控硅必須適用于交流電Vi的雙向控制供電。
近零閘的“近零”內(nèi)涵較復(fù)雜，鑒于近、遠(yuǎn)零是相對概念，如何劃分遠(yuǎn)近分界涉及定量，為此，還得首先界定本文幾個技術(shù)詞匯的內(nèi)涵①時間的前沿、后沿在直角坐標(biāo)系中，橫軸表示時間t，當(dāng)時刻t1與時刻t2滿足條件t2＝t1+Δt，且Δt＞0時，稱t1是t2的后沿。t2是t1的前沿②交流電源∽Vi(本文以Vi或Vi(t)表示)在直角坐標(biāo)系中，縱軸表示Vi的電壓值，Vi(t)是隨t連續(xù)變化的周期為T的電壓，其正、負(fù)半波輪流出現(xiàn)，每個周期只有兩個零值電壓，每個半波一頭一尾各一個零值電壓，任一個正半波內(nèi)只有一個峰值電壓Vm，任一個負(fù)半波內(nèi)只一個谷值電壓VQ，其中Vm＞0，VQ＜0，這里，0.25Vm≤|VQ|≤4Vm；Vi(t)的特點其正半波從后沿零值電壓起，隨t增大變到該半波的峰值電壓Vm是逐漸爬升的，在此爬升區(qū)間里，微商

均為正值，既不為零值，也不是無窮大其負(fù)半波從后沿零值電壓起，隨t增大變到該半波的谷值電壓VQ是逐漸下滑的，在此下滑區(qū)間里，微商

均為負(fù)值，既不為零值，也不是無窮大；微商即斜率。正弦交流電Vm·Sin2πft只是Vi(t)中一種波形，方波不屬于Vi(t)范圍。③負(fù)載RL電阻型負(fù)載，或可近似當(dāng)作電阻的準(zhǔn)電阻型負(fù)載。現(xiàn)在解釋Δ閘的”近零”內(nèi)涵按近零程度不同，可把近零控制分成若干等級，比如分成甲級、乙級、丙級三個等級近零控制。因為Δ閘使用可控硅，連續(xù)變化的交流電源Vi落實到負(fù)載R1導(dǎo)通時，其端電壓VR必然是不連續(xù)的，即正半波都不與相鄰的負(fù)半波互相連接，因此，近零閘的甲級近零控制供電應(yīng)是指根據(jù)信號處理器傳來的指令、對所有需要供電的正半波，一律把開啟對RL供電的區(qū)間鎖定在Vi(t)從該半波的后沿零值電壓起，隨t增大而爬開至ΔV甲這一小區(qū)間內(nèi)完成，其中，ΔV甲≤0.001Vm；對所有需要供電的負(fù)半波，一律把開啟對RL供電的區(qū)間鎖定在從該半波的后沿零值電壓起，隨t增大而下滑至ΔV′甲這一小區(qū)間內(nèi)完成，其中，|ΔV′甲|≤0.001×|VQ|，以上甲級近零控制供電區(qū)前沿用下述方式表述 (正半波爬升區(qū))ΔV甲≤0.001Vm (負(fù)半波下滑區(qū))|ΔV′甲|≤0.001×|VQ| 乙級近零控制供電區(qū)的前沿 (正半波爬開區(qū))0.001Vm＜ΔV乙≤0.01Vm (負(fù)半波下滑區(qū))0.001×|VQ|＜|ΔV′乙|≤0.01×|VQ| 丙級近零控制供電區(qū)的前沿 (正半波爬升區(qū))0.01Vm＜ΔV丙≤0.1Vm (負(fù)半波下滑區(qū))0.01×|VQ|＜|ΔV′丙|≤0.1×|VQ| 概括而言是 Vi在正半波，爬升區(qū)后沿是零值電壓，其前沿卻距離該半波峰值Vm很遠(yuǎn)，但距離該半波后沿零值電壓又很近；Vi在負(fù)半波，下滑區(qū)后沿是零值電壓，其前沿卻距該半波谷值VQ很遠(yuǎn)，但距該半波的后沿零值電壓又很近，這就是“近零”的內(nèi)涵，可見，“很遠(yuǎn)”與“很近”均是比較而言。
舉一個典型例子說明上述Δ閘是甲級近零控制供電時的“近零”數(shù)據(jù) 人所共知的市電，其電源以Vi(t)＝Vm·Sin2πft表示,其中


周期

是很容易算出ΔV甲＝|ΔV′甲|≤0.31伏。由Vi(t)的波形曲線也易算出若把某個半波的后沿零值電壓的時刻t1看作起始“0”，則該半波爬升或下滑的前沿t2對應(yīng)的0.31伏必然是

得t2≈3.2μs(μs微秒)。物理意義是對市電的甲級近零控制供電是將每個半波內(nèi)Vi從后沿零值電壓起爬升或下滑到時間增量為3.2μs的小區(qū)間，與Vi從后沿零值電壓起爬升或下滑到峰值或谷值的5ms(毫秒)的時間長度相比，前者還不到后者的萬分之七。若能迫使對RL的供電控制一律在此小區(qū)間(0；3.2μs)內(nèi)實現(xiàn)，減少的高頻輻射能量至少也有三個數(shù)量級，因為瞬時幅射功率是與瞬時電壓跳變的平方成正比的。
上述甲級近零閘真能配置嗎？ 配置任一級近零閘均需具備以下兩個條件 ①前提條件看Δ閘選用什么材料。本發(fā)明的Δ閘選用可控硅，但對可控硅的技術(shù)指標(biāo)有嚴(yán)格限制，即使選用最先進(jìn)的雙向可控硅，對于雙向可控硅VTH，也必須選用技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)合格者。判斷VTH技術(shù)質(zhì)量主要通過其額定參數(shù)，極限參數(shù)(包括維持電流IH)，但這還不夠，還必須新增一個關(guān)鍵參數(shù)專供近零閘之用，就是閥電壓VF為何值。目前尚未在國際上有—個權(quán)威機(jī)構(gòu)為VTH的VF參數(shù)下定義，發(fā)明人在2000年的專利申請00117841.5中曾經(jīng)提過一次VF的定義，測量較難，為了使用之便，本發(fā)明另外為VF下個便于測量的定義。
定義當(dāng)雙向可控硅VTH的控制極G和主電極T1(電位參考電極)之間注入某一恒定強電流IZ時，若主電極T2至主電極T1之間施加的電壓Vi(t)由后沿零值電壓爬升或下滑至某一絕對值為VF的值，便立即使VTH從截止態(tài)翻轉(zhuǎn)至飽和導(dǎo)通態(tài)，則稱該VF為VTH的閥電壓；如果VTH從截止態(tài)翻轉(zhuǎn)至飽和導(dǎo)通態(tài)之間還出現(xiàn)一個非飽和導(dǎo)通區(qū)，則以非飽和導(dǎo)通區(qū)跳至飽和導(dǎo)通態(tài)之界值電壓為VF；如果交流電Vi正半波峰值電壓Vm不等于負(fù)半波谷值電壓VQ的絕對值，則以較大的電壓為VF；一個雙向可控硅的VF值也可能受溫度等環(huán)境因素影響，測VF時以20℃環(huán)境為準(zhǔn)。舉例如果想在市電領(lǐng)域以雙向可控硅VTH配制一個Vi(t)的爬升區(qū)前沿為0.1伏的甲級近零閘，VTH的選材標(biāo)準(zhǔn)為何？除VTH的額定參數(shù)，極限參數(shù)(包括維持電流IH)都應(yīng)按常規(guī)選擇以外，關(guān)鍵要選VTH的VF值是VF＜0.05伏(這里包含有VF值可能的溫升影響)，即要選VF值比爬升區(qū)前沿的0.1伏還小一半。這是Δ閘選用VTH制作甲級近零閘成功的前提。
②配制近零閘的前提條件只是為制造提供了可能，如果要將制作變成現(xiàn)實，還得看信號處理器為Δ閘下達(dá)了怎樣的控制指令。
如圖4、圖5，信號處理器不是自己產(chǎn)生控制信號的部件，而是先將探頭和遙控、監(jiān)控信號源傳來的信號整合好，再按VTH的觸發(fā)導(dǎo)通要求處理成適當(dāng)指令送往VTH控制極G的。δV探頭、信號處理器、遙控監(jiān)控信號源都由各自的低壓直流穩(wěn)壓電源E1、E2、E3提供工作能源，工作條件很穩(wěn)定，E1、E2、E3也可以只由一個電源承擔(dān)。K是Vi(t)供電的總開關(guān)。
信號處理器送到VTH的指令根據(jù)近零閘的不同等級也不同，如果是前述的Vi(t)為市電，Δ閘為VTH且其VF＜0.05伏，則信號處理器向VTH下達(dá)的行動指令應(yīng)是一串脈沖，該脈沖的特點已在我以前的專利技術(shù)00117841.5中提到過，它的特點應(yīng)是(A)這串脈沖的總長度以遙控監(jiān)控信號源所要求的Δ閘開閘供電的時間長度為準(zhǔn)；(B)這串脈沖包含若干個正脈沖，脈沖的周期恰好為市電周期的一半，即為10ms；每個正脈沖的幅度恰好為信號處理器的工作電源E2的電壓值，且信號處理器能保證為Δ閘VTH的控制極G輸入的觸發(fā)電流至少是IZ值；每個正脈沖的前沿ΔV甲設(shè)定在ΔVi為0.2伏至0.3伏之內(nèi)時的某個t值，脈沖的后沿均在貼近Vi(tm)＝0的一個極小時區(qū)(tN；tN+δt)之內(nèi)，δt是什么時間？δt由δV值確定，這個δV值本應(yīng)是δV探頭直接從Vi(t)捕捉的原始近零信號上界，圖1的電阻Ri本應(yīng)是用于保護(hù)δV探頭不被Vi(t)的峰值擊穿之用的，有了Ri之后，對δV探頭就有了很明確的要求(1)該探頭必須有純電阻性的輸入阻抗(不得有電抗成份)(2)該探頭必須有準(zhǔn)確的輸入電阻值r；在這兩個條件下，δV探頭從Vi(t)捕捉的原始近零信號的上界δV是

這里的(δVr)是該探頭實際捕捉的信號，可見，實際捕捉的(δVr)比本應(yīng)捕得的δV還要??；δt值可由函數(shù)Vi(t)通過δV值算出。本發(fā)明要求，與相應(yīng)的執(zhí)行部件Δ閘已確定的前沿ΔV值相比，δV值至少應(yīng)滿足條件δV值≤0.1ΔV(這里ΔV值與δV均為正值)；因此，對于前述的市電供電，若已確定Δ閘為VTH，且其中ΔV甲＝2VF＜0.1伏，則必須有δV值≤0.01伏按市電波函數(shù)可算出對應(yīng)δV值≤0.01伏；

就是說，對市電電壓(有效值)為220伏，Δ閘為VTH，若想配制一個ΔV甲＝0.1伏的甲級近零閘，就要能作到VTH的VF選自不超過0.05伏者；信號處理器向Δ閘下達(dá)的指令應(yīng)是一串脈沖，脈沖周期恰好為市電周期一半，即10ms，脈沖幅度為E2，脈沖后沿在時區(qū)(tN；tN+0.1μs)之內(nèi)，脈沖前沿在時區(qū)(tN；tN+Δt)之內(nèi)，其中Δt是時區(qū)[2μs；3μs]里某個t值，這里2μs對應(yīng)著ΔV＝0.2伏，3μs對應(yīng)著ΔV＝0.3伏。這種脈沖寬度可在電網(wǎng)電壓有小的波動時，也確保向Δ閘下達(dá)的執(zhí)行指令有效。但脈寬不得太大。
以上通過數(shù)值實例對信號處理器功能的敘述具有舉一反三的意義，信號處理器能有如此功能緣于其內(nèi)部電子線路的材料與結(jié)構(gòu)，這種線路也不少，00117841.5中就有一例。
至此，還需再對δV探頭的功能補充說明。
回到圖1，如前所述，必須δV≤0.1ΔV，實際上δV越小越好，捕得的原始近零信號也會越貼近零值，但δV決不能等于零，一旦等于零將無原始信號可捕對δV探頭也有嚴(yán)格要求，

靈敏度必須很高；

接入Vi(t)后，既不可被Vi的峰值擊穿，也不得在探頭輸入端對Vi(t)的波相位產(chǎn)生相移。要求

比較容易滿足，唯有避免相移較難，為此，以下介紹幾種避免相移方法 1、在準(zhǔn)確已知δV探頭輸入阻抗值條件下，以00117841.5一文中曾建議的整容法將該探頭的輸入端修理成為呈現(xiàn)純電阻特性的探頭； 2、如圖2，制作檔次不高的近零閘時，如制作乙級、丙級時，可用圖2方法，但是電阻Ri的值必須至少小于δV探頭輸入阻抗的千分之一，而且兩個反向并聯(lián)的整流二級管D都選用硅二級管，如選1N4007等；δV探頭輸入端也并聯(lián)于整流二級管D； 3、如圖3，制作低檔次近零閘時也可用圖3方法，要求R1＞20·R2，而R2的阻值又至少小于δV探頭輸入阻抗的千分之一R1與R2是Vi(t)的純電阻分壓器；δV探頭輸入端與R2并聯(lián)。
本發(fā)明優(yōu)點與交流供電領(lǐng)域的所有開關(guān)相比(無論它們是有觸頭的刀開關(guān)，按鍵按鈕開關(guān)，撥檔轉(zhuǎn)換開關(guān)，還是大、中、小、微各型銜鐵式繼電器、交流接觸器等，也不管它們是無觸頭的晶體管開關(guān)、光控可控硅、單向或雙向可控硅等)，實際上唯有本發(fā)明的近零閘才能如此大幅度地削除開關(guān)的動作所衍生的高頻輻射；因此，也就只有近零閘才算得上是電控開關(guān)中反電磁波雜波污染的環(huán)保衛(wèi)士，既不會去干擾別的收用空間電磁波的電器(如收音機(jī)、電視、軍用雷達(dá)、手機(jī)等)的正常工作，也不因自己派生出的雜波去透露自己此時此刻的空間坐標(biāo)。作為無觸頭開關(guān)中一員，近零閘同樣具有無觸頭開關(guān)的各種優(yōu)點，如它不產(chǎn)生電火花，不會因此引爆易燃易爆的各種氣體及粉塵；它也不會鬧接觸不良，觸頭粘連等事故。這種優(yōu)點在大功率強電流負(fù)荷RL的開關(guān)運作中將凸現(xiàn)。傷害人身心健康的超強度高頻雜波輻射，也將被相克的超級近零閘掃凈。



圖1是近零閘總體構(gòu)思示意圖； 圖2是近零閘中δV探頭近似直接捕捉Vi的原始近零信號示意圖 圖3是近零閘中δV探頭間接捕捉Vi的原始近零信號示意圖； 圖4是近零閘里的ΔV閘選用雙向可控硅時具體實例示意圖； 圖5是近零閘里的ΔV閘選用雙向可控硅時另一實例示意圖。
實施例 實施例1在市電Vi有效值220伏條件下，配制乙級近零閘，該閘的技術(shù)要求是ΔV乙＝|ΔV乙1|＝0.002×310伏＝0.62伏，而且，該閘在市電的電壓有效值降至150伏時仍能使用。
分析用圖4，Δ閘選雙向可控硅VTH，其額定參數(shù)按負(fù)載功率確定，極限參數(shù)合格，維持電流IH盡量選小值，VF≤0.3伏； δV探頭輸入端與兩個已反向并聯(lián)的硅二級管并聯(lián)之后，再將輸入端的兩條接線中一根直搭Vi的一端，另一根通過電阻Ri搭到Vi的另一端，Ri的阻值小于δV探頭輸入端阻抗阻的千分之一。兩個硅二級管的閥壓均≥0.5伏，它們既作δV探頭的保護(hù)器，又在δV探頭捕捉δV的小區(qū)間之內(nèi)呈現(xiàn)無窮大電阻；探頭可使δV＜0.06，信號處理器獲得的待處理信號既有δV探頭輸送來的信號，也有遙控、監(jiān)控信號源輸送來的信號，它的處理任務(wù)就是要把這些信號統(tǒng)一成一個指令，該指令是一串脈沖波，這串脈沖波的總長度由遙控監(jiān)控信號源送來的信號長度決定，比如如果該信號源送的信號要求Δ閘開閘通過電半小時，則這串脈沖波的總長度就是半小時，而且這串波的前沿、后沿均與遙控監(jiān)控信號的要求相一致。此外，這串脈沖內(nèi)包含著許多個正脈沖，每個正脈沖的各種技術(shù)參數(shù)(脈沖幅度，脈沖寬度等)均相同，相鄰脈沖間的周期恰好為市電周期20ms的一半，即脈沖周期為10ms。每個脈沖的幅度均為E2，E2是信號處理器工作電源的電壓值，正脈沖后沿均在貼近Vi(tN)＝0的極小區(qū)間內(nèi)，即在(tN；tN+δt1)內(nèi)，如上述已由δV探頭捕得δV＜0.06，因此

可見δt1還不到1μ，至于δV＜0.06伏如何得來，是由δV探頭的內(nèi)結(jié)構(gòu)與附圖4的接線方式所定，δV探頭內(nèi)結(jié)構(gòu)也已由00117841.5闡明，略；正脈沖的前沿δt2則在另一個較大的區(qū)間(tN；tN+δt2)內(nèi)， 由于本例要求ΔV乙＝0.62伏，因此，若市電是有效值220V，則對應(yīng)

μs，若市電是有效值150伏，則

可見，若電網(wǎng)使市電降壓，為了保證ΔV乙＝0.62伏仍有效，必須取9.31μs作正脈沖的前沿，若考慮保險系數(shù)，可取δt2為15μs。
實際上，信號處理器能保證每個正脈沖后沿落入?yún)^(qū)間(tN；tN+1μs)內(nèi)，也能準(zhǔn)確按設(shè)計要求將它展寬到適當(dāng)?shù)臅r間前沿δt2，這是由其內(nèi)結(jié)構(gòu)確定的，不再重述。但不可將其前沿δt2展得太大，否則，乙級近零閘就降成丙級近零閘了，甚至完全喪失近零閘的資格。
實施例2，以圖5為準(zhǔn)，已知Vi有效值220伏，配制以下丙級近零閘ΔV丙＝|ΔV丙′|＝0.02×310伏＝6伏，Vi有效值降至150伏仍可使用。
結(jié)論選用VTH，額定參數(shù)，極限參數(shù)，IH均合格，且VF≤3伏；R1＝100R2，且讓R2阻值小于δV探頭輸入阻抗的千分之一；信號處理器向Δ閘下達(dá)的指令為一串脈沖全是正脈沖，脈沖周期10ms，幅度E2，脈沖后沿在區(qū)(tN；tN+10μs)之內(nèi)，脈沖前沿在區(qū)間(tN+120μs；tN+180μs)之內(nèi)。實施各例的各種技術(shù)數(shù)據(jù)均由δV探頭與信號處理器去解決，這也在00117841.5中作了細(xì)述，或者，已把它們集成化或厚膜化了，那就只需按所要求的規(guī)格簡單進(jìn)行組裝了。
權(quán)利要求
1.近零閘是一類介于交流電源Vi與負(fù)載RL之間的無觸頭供電控制開關(guān)，其特征是它有能力把Vi對RL的供電控制全都鎖定在交流電源零值電壓Vi(tm)＝0的近旁實現(xiàn)。
2.權(quán)利要求1所述近零閘，其特征是該閘由δV探頭、信號處理器、Δ閘三個部件組成；Δ閘是對負(fù)載RL執(zhí)行近零供電控制的部件，δV探頭是從電源Vi捕捉原始近零信號的部件，它與電阻Ri串聯(lián)后搭接到Vi兩端，信號處理器是δV探頭與Δ閘之間的橋梁部件，負(fù)責(zé)處理各種信號并將它們整合成一個適合Δ閘使用的控制指令下達(dá)Δ閘執(zhí)行。
3.權(quán)利要求2所述近零閘，其特征是該閘按其近零前沿對零值電壓Vi(tm)＝0接近的程度，將近零閘定量地細(xì)分成若干檔次，如分成甲級、乙級、丙級三個檔次。
4.權(quán)利要求3所述近零閘，其特征是δV探頭輸入端并聯(lián)到已經(jīng)反向并聯(lián)的兩個整流二極管D上，再串聯(lián)電阻Ri搭接到電源Vi一端，Vi的另一端與δV探頭的另一端相接。
5.權(quán)利要求3所述近零閘，其特征是串聯(lián)的電阻R1與R2是電源Vi的電阻型分壓器，δV探頭的輸入端與電阻R2并聯(lián)。
全文摘要
近零閘是交流供電領(lǐng)域的一類無觸頭開關(guān)，它有能力把每一次對負(fù)載的開閘供電全都鎖定在交流電源的零值電壓近旁實現(xiàn)，從而大幅度地削除了開關(guān)動作衍生的高頻雜波輻射，清潔了周圍空間的電磁場環(huán)境，也具有很大的隱蔽性。傷害人身心健康的超強度高頻雜波輻射，也將被相克的超級近零閘掃凈。
文檔編號H03K17/13GK101202541SQ20061002246
公開日2008年6月18日 申請日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者楊榮合 申請人:李相淮, 楊松云, 楊榮合