專利名稱：具有多種驅(qū)動(dòng)方式的通用可控硅開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了可控硅導(dǎo)通時(shí)對(duì)外圍驅(qū)動(dòng)電路的一種供電方法，同時(shí)使可控硅達(dá)到最大的導(dǎo)通角以及最小的關(guān)斷狀態(tài)漏電電流，并具有多種驅(qū)動(dòng)方式。
通常為了使應(yīng)用可控硅的開關(guān)與機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)互換，要求其在線路中等效為一個(gè)雙端無(wú)源元件，可以由可控硅陽(yáng)極通過一個(gè)分流電阻觸發(fā)導(dǎo)通，并在門極接入一個(gè)有源分流元件(如一個(gè)三極管)控制可控硅關(guān)斷。為了使可控硅開關(guān)導(dǎo)通壓降較低，即可控硅的導(dǎo)通角盡可能大，該分流電阻必須盡量小，當(dāng)可控硅關(guān)斷時(shí)，相應(yīng)的漏電電流，也就是上述分流電阻的電流必然會(huì)較大，若增大該電阻降低漏電，則又要以犧牲可控硅的導(dǎo)通角增加其導(dǎo)通壓降為代價(jià)。這樣，可控硅的導(dǎo)通角與斷態(tài)漏電便成為一對(duì)不可調(diào)和的矛盾。同時(shí)可控硅開關(guān)需要一定的外圍有源電路驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)電路所需的電源若由可控硅陽(yáng)極分壓，則必須限制可控硅的導(dǎo)通角，以保證其導(dǎo)通時(shí)該驅(qū)動(dòng)電路的工作電壓，這時(shí)上述矛盾更加尖銳。
解決上述矛盾可以使用具有負(fù)功率驅(qū)動(dòng)的參數(shù)固態(tài)繼電器、除解決導(dǎo)通壓降與斷態(tài)漏電流之間的矛盾外，還具有負(fù)功率驅(qū)動(dòng)功能，可以外接有源驅(qū)動(dòng)裝置而不另備電源。但是該固態(tài)繼電器的負(fù)功率驅(qū)動(dòng)輸出端的負(fù)載能力有限(微安級(jí))，以及成本方面的原因使應(yīng)用受到了限制。
本發(fā)明提供一種可控硅開關(guān)電路，除徹底解決導(dǎo)通壓降與斷態(tài)漏電的矛盾外，還具有多種驅(qū)動(dòng)方式，較強(qiáng)的負(fù)功率驅(qū)動(dòng)輸出能力，可以驅(qū)動(dòng)由通用器件組成的獨(dú)立有源驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)有LED顯示。此外，整個(gè)電路簡(jiǎn)單，制造成本很低。


圖1是本發(fā)明的工作原理單向可控硅T通過D1～D4接入線路，則A、B等效為交流開關(guān)的一個(gè)觸點(diǎn)。E為公共端，D為控制輸入端，C端為負(fù)功率驅(qū)動(dòng)電源輸出端。當(dāng)外圍驅(qū)動(dòng)電路使D處于高電位時(shí)，三極管BG飽和，可控硅門極取低電位則不導(dǎo)通，等效為開關(guān)A、B兩端開路。當(dāng)D處于低電位時(shí)，BG無(wú)偏流而截止，由于R1、R2的作用使可控硅門極輸入電流而觸發(fā)導(dǎo)通。當(dāng)T導(dǎo)通后，由于可控硅內(nèi)部結(jié)構(gòu)的固有性質(zhì)門極對(duì)C1充電，電流過零時(shí)C1經(jīng)門極放電使T維護(hù)導(dǎo)通，故可控硅導(dǎo)通角可以達(dá)到最大。當(dāng)D端取高電位時(shí)，BG導(dǎo)通，C1放電，T的陽(yáng)極電流過零后就不再導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)A、B兩端關(guān)斷。
當(dāng)T關(guān)斷時(shí)，C端經(jīng)R3、R1獲得電源，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，其門極逆向電流除對(duì)C1充電外，同時(shí)經(jīng)D7至C端，則無(wú)論T是否導(dǎo)通，C端均可視為電源輸出端，驅(qū)動(dòng)外圍有源驅(qū)動(dòng)電路。D5、D6為硅二極管，用于提高T陰極電位進(jìn)而提高T門極電位，使T導(dǎo)通時(shí)C端有相應(yīng)的輸出電壓。當(dāng)D7用鍺二極管時(shí)，T的陰極二極管僅用一只，即可使C端輸出電壓足夠驅(qū)動(dòng)硅晶體管組成的有源驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)串聯(lián)兩只陰極二極管D5、D6時(shí)，C端可以驅(qū)動(dòng)具有LED顯示裝置的有源驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)外接有源驅(qū)動(dòng)電路需不同的工作電壓時(shí)，可以通過改變串聯(lián)陰極二極管的數(shù)量得到，但不宜過多，否則會(huì)增加本開關(guān)的通態(tài)壓降及功耗。C2、C3均為慮波電容。當(dāng)D端輸入為連續(xù)量時(shí)不接C2，T1導(dǎo)通角與輸入量成對(duì)應(yīng)關(guān)系，相應(yīng)A、B間輸出為連續(xù)量，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。當(dāng)D端輸入為開關(guān)量時(shí)，保留C2以改善A、B間開關(guān)特性。D8為發(fā)光二極管作為開關(guān)狀態(tài)顯示。當(dāng)需要提高本開關(guān)的控制靈敏度時(shí)，可在D端之前加入一級(jí)直流放大，也可將BG換成復(fù)合管、場(chǎng)效應(yīng)管等。
通常D7也可以與T的陰極聯(lián)接，直接由陰極上串聯(lián)的元件分取電流，但在T導(dǎo)通狀態(tài)下其門極電位較陰極電位高，況且由電門極分取一定的電流不影響T的持續(xù)導(dǎo)通，為了降低整個(gè)天關(guān)的通態(tài)壓降，還是由門極分流為好，在獲得同樣電壓的情況下陰極上可少串聯(lián)一個(gè)二極管，從而使整個(gè)開關(guān)的通態(tài)壓降較低。若將本開關(guān)用于驅(qū)動(dòng)雙向可控硅，應(yīng)將D7接到T的陰極以獲取更大的分流。此時(shí)不要C1、C2以加大導(dǎo)通角，同時(shí)T陰極應(yīng)串入產(chǎn)生較大分壓的穩(wěn)壓管或電阻，甚至開路使陰極電流全部經(jīng)D7。
本開關(guān)主要有三種驅(qū)動(dòng)方式(1)外接有源驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，并由本開關(guān)C端向該有源驅(qū)動(dòng)電路饋電。這時(shí)該驅(qū)動(dòng)電路輸出接D端，電源正接C端，電源負(fù)接公共端E。選用不同類型的外接有源驅(qū)動(dòng)電路，如聲、光、紅外線、有線、無(wú)線載波等即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作方式的通用開關(guān)。(2)外接電阻型傳感器于C、D端或者將傳感器接于D、E端并在C、D端接入適當(dāng)阻值的電阻。(3)外圍驅(qū)動(dòng)裝置接于D、E端，當(dāng)D端相對(duì)E端為高電位時(shí)，A、B關(guān)斷，反之導(dǎo)通。上述三種驅(qū)動(dòng)方式即分別為通常所說(shuō)的負(fù)功率驅(qū)動(dòng)、零功率驅(qū)動(dòng)和正功率驅(qū)動(dòng)。無(wú)論何種驅(qū)動(dòng)方式，只要D端輸入為開關(guān)量時(shí)，A、B輸出為開關(guān)量，D端輸入為連續(xù)量時(shí)，A、B即可輸出連續(xù)量，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓(連續(xù)量輸出時(shí)不要C1、C2)。
本發(fā)明用于獨(dú)立的開關(guān)且輸出為開關(guān)量時(shí)，由電網(wǎng)的分壓僅用于可控硅的初此次導(dǎo)通，維持導(dǎo)通則依靠C1的充放電，導(dǎo)通角與觸發(fā)電阻無(wú)關(guān)，可以同時(shí)達(dá)到最大的導(dǎo)通角和最小的斷態(tài)漏電。外圍有源驅(qū)動(dòng)電路分兩步獲得電源不導(dǎo)通時(shí)由電網(wǎng)分壓，導(dǎo)通時(shí)由門極或陰極分流;無(wú)論如何均可獲得較大的驅(qū)動(dòng)電流(毫安級(jí))，所以外圍有源驅(qū)動(dòng)電路具有較大的選擇范圍。此外由于本開關(guān)所用的均為通用低價(jià)器件，所以成本很低。
權(quán)利要求
1.具有多種驅(qū)動(dòng)方式的通用可控硅開關(guān)，其特征是可控硅未導(dǎo)通時(shí)由其陽(yáng)極以上分流供門極觸發(fā)電流和向外圍驅(qū)動(dòng)電路供電，可控硅導(dǎo)通時(shí)由陽(yáng)極以外的其他極分流向外圍驅(qū)動(dòng)電路供電；在可控硅的門極接有控制其門極電位的三極管，在可控硅的陰極串聯(lián)有提高陰極電位的器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅開關(guān)，其特征是可控硅導(dǎo)通時(shí)由門極分流向外圍驅(qū)動(dòng)電路供電，在門極接有可控硅導(dǎo)通時(shí)充電，可控硅電流過零時(shí)放電的電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的可控硅開關(guān)，其特征是可控硅陰極正向串聯(lián)硅二極管提高陰極電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅開關(guān)其特征是可控硅陰極串聯(lián)穩(wěn)壓二極管提高陰極電位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅開關(guān)，其特征是可控硅陰極串聯(lián)電阻提高其陰極電位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅開關(guān)，其特征是由雙極型晶體三極管控制可控硅門極電位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅開關(guān)，其特征是由場(chǎng)效應(yīng)晶體管控制可控硅門極電位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅開關(guān)，其特征是可控硅導(dǎo)通時(shí)由可控硅陰極分流向外圍驅(qū)動(dòng)電路供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8所述的可控硅開關(guān)，其特征是可控硅未導(dǎo)通時(shí)通過電阻由可控硅陽(yáng)極分流供觸發(fā)電流和向外圍驅(qū)動(dòng)電路供電。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8所述的可控硅開關(guān)，其特征是可控硅未導(dǎo)通時(shí)通過電阻和二極管串聯(lián)由A或B端分流供觸發(fā)可控硅和向外圍驅(qū)動(dòng)電路供電。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有多種驅(qū)動(dòng)方式的通用可控硅開關(guān)，其使用狀態(tài)等效于一個(gè)雙端無(wú)極性無(wú)源元件，同時(shí)有最大的導(dǎo)通角及最小的斷態(tài)漏電流，具有正功率、零功率及負(fù)功率三種驅(qū)動(dòng)方式，特別是負(fù)功率驅(qū)動(dòng)輸出端具有較強(qiáng)的輸出能力，配用不同類型的有源驅(qū)動(dòng)裝置而不需另備電源。采用本發(fā)明可以得到與機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)完全互換的各種控制方式的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，如觸摸、聲、光、有線及無(wú)線載波等等，并且具有LED顯示，制造成本低。
文檔編號(hào)H03K17/72GK1071792SQ9110805
公開日1993年5月5日 申請(qǐng)日期1991年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1991年10月24日
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