專利名稱：可控硅驅動電路、裝置及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電路領域，更具體地說，涉及一種可控硅驅動電路及其控制方法。
背景技術：
在現有應用到可控硅的行業(yè)領域里，特別是小家電產品行業(yè)領域，由于成本及體 積的限制，通常都是采用阻容降壓電源。但當采用阻容降壓電源電路時，為了實現可控硅 的驅動，通常采用半橋整流式的阻容降壓電源電路(因為可控硅的驅動一般需要將電源線 L與VCC連接在一起，半橋電路能實現這一點)。這種電路的缺點是220V的交流市電經過 電容和電阻降壓后，對于支撐整個控制系統工作所需要的電源來說，交流市電只有半個周 期是有效的，在應用相同容量的電容條件下，如果采用全橋電路，電源的帶載能力將增加一 倍，這樣原來的電容的容量和體積都減小到原來的一半，整個電路的待機功耗也降減小到 原來的一半；此外，半橋式阻容電源電路驅動可控硅的方案的另一個缺點是其過零檢測電 路較為復雜，成本較高。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述帶負載能力差、成本較高的
缺陷，提供一種帶負載能力強、成本較低的可控硅驅動電路、裝置及其控制方法。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種可控硅驅動電路，包括驅
動單元、受所述驅動單元控制的可控硅、為所述驅動單元提供驅動信號的控制單元以及為
所述控制單元提供電力的直流電源，所述直流電源是由交流電通過阻容降壓后全波整流而
得到直流電壓的直流電源，所述控制單元的一個引腳直接連接在所述全波整流的一個交流
輸入端，取得交流的過零檢測信號。 在本發(fā)明所述的可控硅驅動電路中，所述直流電源的阻容降壓元件串接在所述交 流電相線上、其位于所述全波整流的交流相線輸入端之前；所述控制單元的交流過零檢測 端連接在所述全波整流的交流零線輸入端。 在本發(fā)明所述的可控硅驅動電路中，所述控制單元包括單片機或可編程邏輯器件 或可編程控制器或工控機，所述單片機或可編程邏輯器件或可編程控制器或工控機通過其 輸入/輸出端口與所述驅動單元及所述交流零線輸入端連接。 在本發(fā)明所述的可控硅驅動電路中，所述可控硅包括單向可控硅或雙向可控硅， 所述驅動單元包括一個或兩個三極管或二極管；所述控制單元與所述驅動單元通過一個或 兩個輸出端口連接。 在本發(fā)明所述的可控硅驅動電路中，所述控制單元和所述驅動單元通過一個輸出 端口連接，所述驅動單元包括晶體管TR1、晶體管TR2、電阻R4和電阻R5，所述晶體管TR1 為PNP晶體管，其發(fā)射極與所述直流電源的直流電壓輸出端連接，其集電極與NPN型晶體管 TR2的集電極連接，所述晶體管TR2的發(fā)射極接地，所述晶體管TR1、晶體管TR2的基極并接 后通過所述電阻R4與所述輸出端口連接，所述電阻R5的一端連接在所述可控硅控制極上，
3另一端與所述晶體管TR1、晶體管TR2的集電極連接。 在本發(fā)明所述的可控硅驅動電路中，所述控制單元和所述驅動單元通過兩個輸出 端口連接，所述驅動單元包括晶體管TR1 、晶體管TR2、電阻R4、電阻R5和電阻R6，所述晶體 管TR1為PNP晶體管，其發(fā)射極與所述直流電源的直流電壓輸出端連接，其集電極與NPN型 晶體管TR2的集電極連接，所述晶體管TR2的發(fā)射極接地，所述電阻R5的一端連接在所述 可控硅控制極上，另一端與所述晶體管TR1 、晶體管TR2的集電極連接，所述晶體管TR1的基 極通過電阻R4與一個輸出端口連接，所述晶體管TR2的基極通過電阻R6與另一個輸出端 口連接。 本發(fā)明還涉及一種裝置，包括可控硅驅動電路，所述可控硅驅動電路為上述任意 一項所述的可控硅驅動電路。 本發(fā)明還涉及一種可控驅動方法，一種可控硅驅動方法，該方法用于阻容降壓電 源供電的情況，包括如下步驟A)通過將控制單元的一個引腳直接連接在所述全波整流的 一個交流輸入端，取得交流電的過零信號； B)由所述交流的過零信號得到交流電實際狀態(tài)，依據所述交流電實際狀態(tài)，輸出 相應的驅動信號到可控硅驅動單元，控制所述可控硅導通。 在本發(fā)明所述的可控硅驅動方法，所述步驟A)中判斷所述交流電狀態(tài)是判斷所 述交流電處于其正半周還是處于其負半周。 在本發(fā)明所述的可控硅驅動方法，所述交流電實際狀態(tài)開始時間為所述交流電的
過零時間加上延遲時間；所述延遲時間與所述阻容降壓的器件參數相關。 實施本發(fā)明的可控硅驅動電路、裝置及其控制方法，具有以下有益效果由于在阻
容降壓的電源的情況下，采用了全橋式整流，所以在采用同樣參數的阻容降壓的條件下其
帶負載能力較強，并可以減小阻容降壓器件的參數，節(jié)省能源；同時由于其過零檢測電路較
為簡單，因此其成本較低。


圖1是本發(fā)明可控硅驅動電路、裝置及其控制方法第一實施例中驅動電路的電路 圖； 圖2是所述第一實施例中過零信號與交流電的關系圖； 圖3是所述第一實施例方法流程圖； 圖4是本發(fā)明第二實施例的電路圖； 圖5是本發(fā)明第三實施例的電路圖； 圖6是本發(fā)明第四實施例的電路圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發(fā)明實施例作進一步說明。 如圖1所示，在本發(fā)明的第一實施例中，該可控硅驅動電路包括驅動單元、受所述 驅動單元控制的可控硅、為所述驅動單元提供驅動信號的控制單元以及為所述控制單元提 供電力的直流電源，所述直流電源是由交流電通過阻容降壓后全波整流而得到直流電壓的 直流電源，所述控制單元的交流過零檢測端直接連接在所述全波整流的一個交流輸入端。所述直流電源的阻容降壓元件串接在所述交流電相線上、其位于所述全波整流的交流相線 輸入端之前。所述控制單元的交流過零檢測端連接在所述全波整流的交流零線輸入端。具 體而言，交流電由兩個交流輸入端CN1、CN2輸入，負載LOAD與可控硅Ql的開關端串聯后并 接在上述兩個交流輸入端CN1、CN2上。交流輸入端的相線端(即CN1)通過保險管FUSE及 阻容降壓后連接到橋式整流的一個交流端，交流輸入端的零線端(即CN2)直接連接到上述 橋式整流的另一個交流端，上述橋式整流的直流端輸出的直流電壓通過穩(wěn)壓、濾波而得到
直流電源電壓。在本發(fā)明第一實施例中，上述控制單元是單片機，通過其i/o接口與外接的
各部件相連，例如上述的驅動單元及交流零線端。當然，在其他實施例中，該控制單元也可 以不是單片機，例如也可以是可編程邏輯器件(PLD)、可編程控制器(PLC)或工控機等等。 雖然單片機有些不足之處，但是，其成本低，使用靈活，并且其開發(fā)周期較短。
在第一實施例中，所述控制單元和所述驅動單元通過一個輸出端口連接，所述驅 動單元包括晶體管TR1 、晶體管TR2、電阻R4和電阻R5，所述晶體管TR1為PNP晶體管，其發(fā) 射極與所述直流電源的直流電壓輸出端連接，其集電極與NPN型晶體管TR2的集電極連接， 所述晶體管TR2的發(fā)射極接地，所述晶體管TR1、晶體管TR2的基極并接后通過所述電阻R4 與所述輸出端口連接，所述電阻R5的一端連接在所述可控硅控制極上，另一端與所述晶體 管TR1、晶體管TR2的集電極連接。 在圖1中，當CN1的電壓高于CN2的電壓時，為交流市電的正半周，反之為負半周。 當市電正半周輸入時，電流由交流相線端CN1經過保險管FUSE、電容Cl、電阻Rl、整流二極 管Dl、穩(wěn)壓二極管Zl和整流二極管D4流回交流零線端CN2。此時的整流二極管D4陰極斷 電壓為-0. 7V(相對于控制系統的地)。當市電負半周輸入時，電流由交流零線端CN2經過 D2、 Zl、 D3、 Rl、 Cl和FUSE流回交流相線端CN1，此時D4的陰極電壓為VCC+0. 7V，也就是說 D4的陰極電壓波形是與市電同頻率的方波，正半周為-0. 7，負半周時為VCC+0. 7V，在本實 施例中，正是利用這點來實現可控硅在全橋下驅動的。當市電正半周輸入時，1/01輸出低 電平(1/01的輸出由單片機通過軟件來控制)，三極管TR1導通，由于此時D4的陰極電壓 為-0. 7V(與CN2同電壓)，所以可控硅Ql的驅動電流由VCC經過TR1、 R5和Ql流回CN2， 從而使Q1導通，當市電負半周輸入時，1/01輸出高電平，三極管TR2導通，由于此時D4的陰 極電壓為VCC+0. 7V(與CN2同電壓)，所以可控硅Ql的驅動電流由CN2經過Ql、 R5和TR2 和流到系統的地，從而使Q1導通。此外，在圖1中，還將二極管D4的陰極直接接到單片機 的1/02 口上，整流二極管D2和D4另一個作用是箝位，保護單片機的1/02 口，因此可以直 接將整流二極管D4的陰極接到單片機的1/02上，用來檢測市電的正、負半周輸入，其作用 相當于過零檢測電路，可以看到在本實施例中，除了電源電路外，不再需要任何其他器件就 可以實現過零檢測，相對于現有的過零檢測電路來說，成本大大降低了。當1/02檢測到是 正半周輸入時，如果此時需要導通Ql，單片機就輸出低電平給1/01來使Ql導通，當1/02檢 測到市電是負半周輸入時，如果此時需要導通Q1，單片機就輸出高電平給I/01來使Q1導 通，無論市電是正半周輸入，還是負半周輸入時，如果不需要導通Q1時，就將單片機的1/01 口置為高阻狀態(tài)，使TR1和TR2都不導通，從而實現關斷Ql的目的。 在實際使用過程中，由于電容C1、C2和C3的存在，導致1/02處的過零信號超前交 流市電一定的時間，在本實施例中這個超前時間為3. 3mS，圖2所示的過零信號與交流市電 的關系圖。從圖2所示可知，當過零信號剛開始變?yōu)榈碗娖綍r(單片機認為檢測到了正半周時)，實際上市電并不是正半周，還需要再經過上述超前時間交流市電才真正進入了正半 周，在本實施例中這個超前時間為3. 3mS;在交流電負半周的情況與上述正半周的情況一 樣，其交流電同樣滯后上述過零檢測信號3. 3mS。 圖3示出了本實施例中對可控硅控制的流程圖，在圖3中，流程控制是針對可控硅 全導通來說的，當需要斬波導通時，假設需要斬波時的導通角為t ，只需要在圖3所示流程 中限定T > 3. 3+ t mS，即可實現斬波導通，從而應用到需要調節(jié)功率或轉速的產品中，但是 要注意t的范圍只能在0-6.7mS內選取(這是由于過零信號超前所致，原因不詳述)；當 需要大導通角時(0-10mS)，實際是需要減小負載兩端的電壓，因此可以通過丟波來補償，就 是在需要大導通角時，把某個周期或半周期的市電關掉來達到減小加在負載兩端的電壓目 的。 在圖3中本實施例方法中包括如下步驟 步驟Sll主程序在本步驟中，單片機執(zhí)行其主程序，這與其他作控制用途的單片 機沒有差別。 步驟S12是否要導通Q1 判斷是否需要可控硅Q1導通，如果需要，執(zhí)行步驟S14 ; 否則執(zhí)行步驟S13。 步驟S13將I/01 口置為高阻狀態(tài)使Q1關斷在本步驟中，由于判斷不需要使得可 控硅Ql導通，因此，將本實施例中與可控硅Ql的驅動電路連接輸入輸出端口 1/01設置為 高阻狀態(tài)使得可控硅Ql關斷，并返回步驟Sll。 步驟S14正半周？在本步驟中，由于判斷需要控制可控硅Q1導通，因此，判斷交流 電的當前狀態(tài)，即判斷其是否處于正半周，如果是，執(zhí)行步驟S15 ;如果不是，則判為其處于 負半周，執(zhí)行步驟S18。 步驟S15計時T :在本步驟中，啟動單片機中的計數器開始計時。 步驟S16T > 3. 3mS 判斷計時是否超過3. 3mS，如未超過，返回步驟S15，繼續(xù)計
時；否則，執(zhí)行步驟S17。 步驟S17將1/01 口輸出lmS低電平脈沖使Ql導通在本步驟中，單片機在上述輸 入輸出端口 1/01上輸出低電平脈沖，該脈沖持續(xù)時間為lmS，使得可控硅Ql在交流電正半 周內導通，之后，返回步驟S14。 步驟S18計時T :在本步驟中，啟動單片機中的計數器開始計時。 步驟S19T > 3. 3mS 判斷計時是否超過3. 3mS，如未超過，返回步驟S18，繼續(xù)計
時；否則，執(zhí)行步驟S20。 步驟S20將1/01 口輸出lmS高電平脈沖使Q1導通在本步驟中，單片機在上述輸 入輸出端口 1/01上輸出高電平脈沖，該脈沖持續(xù)時間為lmS，使得可控硅Ql在交流電負半 周內導通，之后，返回步驟S14。 在第一實施例中，還包括一種裝置，該裝置包括可控硅驅動電路，該可控硅驅動電 路正好是前面所述的可控硅驅動電路。 圖4示出了本發(fā)明第二實施例的可控硅驅動電路圖，第二實施例在當單片機的1/ 0 口不能置為高阻狀態(tài)時，采用的方案。在第二實施例中，所述控制單元和所述驅動單元通 過兩個輸出端口連接，所述驅動單元包括晶體管TR1、晶體管TR2、電阻R4、電阻R5和電阻 R6，所述晶體管TR1為PNP晶體管，其發(fā)射極與所述直流電源的直流電壓輸出端連接，其集電極與NPN型晶體管TR2的集電極連接，所述晶體管TR2的發(fā)射極接地，所述電阻R5的一 端連接在所述可控硅控制極上，另一端與所述晶體管TR1、晶體管TR2的集電極連接，所述 晶體管TR1的基極通過電阻R4與一個輸出端口連接，所述晶體管TR2的基極通過電阻R6 與另一個輸出端口連接。即在第二實施例中，使用雙1/0 口的驅動方式，當需要關斷可控硅 的時候，可以將輸入輸出端口 1/01置為高電平，同時將輸入輸出端口 1/03置為低電平，從 而實現關斷可控硅。除上述不同之處，第二實施例與第一實施例大致相同。
圖5是本發(fā)明第三實施例中，在本發(fā)明第三實施例中，需要控制的是單向可控硅。 圖5中電路的工作原理是當單片機的輸入輸出端口 1/02 口檢測到交流市電是正半周輸入 的時候，將輸入輸出端口 1/01 口置為高電平，單向可控硅的驅動電流由輸入輸出端口 1/01 經過二極管D5、電阻R6和單向可控硅Q2流回到交流零線端CN2，從而使單向可控硅Q2導 通，當需要關斷單向可控硅Q2的時候，將輸入輸出端口 1/01置為低電平即可。除上述不同 之處，第三實施例與第一實施例大致相同。 圖6是本發(fā)明第四實施例，用于當單片機的輸入輸出端口 I/O的輸出電流滿足可 控硅的驅動電流時。圖6中電路的工作原理是當輸入輸出端口 1/02檢測到市電是正半周輸 入時，如果此時需要導通可控硅Q1，單片機就輸出高電平給輸入輸出端口 1/01來使可控硅 Ql導通，當輸入輸出端口 1/02檢測到市電是負半周輸入時，如果此時需要導通可控硅Q1， 單片機就輸出高電平給輸入輸出端口 1/03來使可控硅Q1導通，無論市電是正半周輸入，還 是負半周輸入時，如果不需要導通可控硅Q1時，就將單片機的輸入輸出端口 1/01和輸入輸 出端口 1/03 口都置為低電平，從而關斷可控硅Q1。除上述不同之處，第四實施例與第一實 施例大致相同。 以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保 護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
一種可控硅驅動電路，包括驅動單元、受所述驅動單元控制的可控硅、為所述驅動單元提供驅動信號的控制單元以及為所述控制單元提供電力的直流電源，其特征在于，所述直流電源是由交流電通過阻容降壓后全波整流而得到直流電壓的直流電源，所述控制單元的一個引腳直接連接在所述全波整流的一個交流輸入端，取得交流的過零檢測信號。
2. 根據權利要求1所述的可控硅驅動電路，其特征在于，所述直流電源的阻容降壓元 件串接在所述交流電相線上、其位于所述全波整流的交流相線輸入端之前；所述控制單元 的交流過零檢測端連接在所述全波整流的交流零線輸入端。
3. 根據權利要求2所述的可控硅驅動電路，其特征在于，所述控制單元包括單片機或 可編程邏輯器件或可編程控制器或工控機，所述單片機或可編程邏輯器件或可編程控制器 或工控機通過其輸入/輸出端口與所述驅動單元及所述交流零線輸入端連接。
4. 根據權利要求3所述的可控硅驅動電路，其特征在于，所述可控硅包括單向可控硅 或雙向可控硅，所述驅動單元包括一個或兩個三極管或二極管；所述控制單元與所述驅動 單元通過一個或兩個輸出端口連接。
5. 根據權利要求4所述的可控硅驅動電路，其特征在于，所述控制單元和所述驅動單 元通過一個輸出端口連接，所述驅動單元包括晶體管TR1、晶體管TR2、電阻R4和電阻R5， 所述晶體管TR1為PNP晶體管，其發(fā)射極與所述直流電源的直流電壓輸出端連接，其集電極 與NPN型晶體管TR2的集電極連接，所述晶體管TR2的發(fā)射極接地，所述晶體管TR1、晶體 管TR2的基極并接后通過所述電阻R4與所述輸出端口連接，所述電阻R5的一端連接在所 述可控硅控制極上，另一端與所述晶體管TR1、晶體管TR2的集電極連接。
6. 根據權利要求4所述的可控硅驅動電路，其特征在于，所述控制單元和所述驅動單 元通過兩個輸出端口連接，所述驅動單元包括晶體管TR1 、晶體管TR2、電阻R4、電阻R5和電 阻R6，所述晶體管TR1為PNP晶體管，其發(fā)射極與所述直流電源的直流電壓輸出端連接，其 集電極與NPN型晶體管TR2的集電極連接，所述晶體管TR2的發(fā)射極接地，所述電阻R5的 一端連接在所述可控硅控制極上，另一端與所述晶體管TR1、晶體管TR2的集電極連接，所 述晶體管TR1的基極通過電阻R4與一個輸出端口連接，所述晶體管TR2的基極通過電阻R6 與另一個輸出端口連接。
7. —種裝置，包括可控硅驅動電路，其特征在于，所述可控硅驅動電路為如權利要求 1-6任意一項所述的可控硅驅動電路。
8. —種可控硅驅動方法，該方法用于阻容降壓電源供電的情況，其特征在于，包括如下 步驟A) 通過將控制單元的一個引腳直接連接在所述全波整流的一個交流輸入端，取得交流 電的過零信號；B) 由所述交流的過零信號得到交流電實際狀態(tài)，依據所述交流電實際狀態(tài)，輸出相應 的驅動信號到可控硅驅動單元，控制所述可控硅導通。
9. 根據權利要求8所述的可控硅驅動方法，其特征在于，所述步驟A)中判斷所述交流 電狀態(tài)是判斷所述交流電處于其正半周還是處于其負半周。
10. 根據權利要求9所述的可控硅驅動方法，其特征在于，所述交流電實際狀態(tài)開始 時間為所述交流電的過零時間加上延遲時間；所述延遲時間與所述阻容降壓的器件參數相 關。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可控硅驅動電路，包括驅動單元、受所述驅動單元控制的可控硅、為所述驅動單元提供驅動信號的控制單元以及為所述控制單元提供電力的直流電源，所述直流電源是由交流電通過阻容降壓后全波整流而得到直流電壓的直流電源，所述控制單元的一個引腳直接連接在所述全波整流的一個交流輸入端，取得交流的過零檢測信號。本發(fā)明還涉及一種可控硅驅動裝置及驅動方法。實施本發(fā)明的可控硅驅動電路、裝置及其控制方法，具有以下有益效果由于在阻容降壓的電源的情況下，采用了全橋式整流，所以在采用同樣參數的阻容降壓的條件下其帶負載能力較強，并可以減小阻容降壓器件的參數，節(jié)省能源；同時由于其過零檢測電路較為簡單，因此其成本較低。
文檔編號H03K17/73GK101729050SQ200910109930
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權日2009年10月30日
發(fā)明者劉建偉, 姜西輝, 首召兵 申請人:深圳和而泰智能控制股份有限公司