專利名稱：低功耗數(shù)控型可控硅電壓、電流過零觸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種微電子電路。
現(xiàn)有的可控硅過零觸發(fā)器普遍的不足是功耗大。如國內(nèi)航天部691廠生產(chǎn)的KJ007、KJ008產(chǎn)品，僅直流功耗就為0.1W以上，連同自生電源降壓電阻的功耗在內(nèi)，總功耗可高達(dá)數(shù)W。國外A·T·A Digest Linear Integrated Circuits Ed.40，1988;Ed.39，1987;Ed.38，1987所報(bào)導(dǎo)的同類產(chǎn)品其最小功耗也為200mW，按照應(yīng)用在220V單相電網(wǎng)上考慮，加上自生電源降壓電阻的功耗共約5W。國內(nèi)西安電子科技大學(xué)的90104503.9專利申請，雖說是解決了功耗大，不便于集成化的問題，但又因缺少數(shù)碼控制之功能，而造成不便于與計(jì)算機(jī)等設(shè)備配合使用的不足。
本發(fā)明的目的在于避免上述已有技術(shù)的不足，提供一種數(shù)碼控制的低功耗可控硅電壓、電流過零觸發(fā)器。
本發(fā)明采用將數(shù)控電路與過零觸發(fā)電路設(shè)置在同一電路上的技術(shù)方案，使兩者集為一體。其中過零觸發(fā)電路增設(shè)有電流過零檢測和電流過零脈沖形成，通過檢測可控硅SCR上電壓的過零狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流的過零檢測，并將電網(wǎng)電壓過零信號與負(fù)載電流過零脈沖信號(SCR電壓過零信號)合成電壓/電流過零信號，經(jīng)選通控制并加以驅(qū)動(dòng)后送到可控硅SCR的門極，從而實(shí)現(xiàn)電壓、電流過零觸發(fā)。
本發(fā)明的數(shù)控電路采用譯碼器后，并/串轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)和對電壓過零脈沖分頻的結(jié)果，以實(shí)現(xiàn)隨意設(shè)置通斷次序，使用任何控制碼制和隨意設(shè)置通斷基本時(shí)間單元，整個(gè)數(shù)控電路采用CMOS工藝制成。
以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理。


圖1是本發(fā)明的原理框2是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)3是本發(fā)明的分頻器波形4是本發(fā)明控制負(fù)載電流過程波形圖如圖1所示，本發(fā)明由可控硅觸發(fā)電路和數(shù)控電路兩部分構(gòu)成。其中可控硅觸發(fā)電路由自生直流穩(wěn)壓電源和電壓過零檢測(1)，電壓過零脈沖形成(2)，脈沖放大(3)，電流過零檢測(8)，電流過零脈沖形成(9)，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)(7)構(gòu)成;數(shù)控電路由分頻器(4)，并/串轉(zhuǎn)換電路(5)，譯碼器(6)，門路(10)和(11)構(gòu)成。各部件的功能分別為自生直流穩(wěn)壓電源(1)產(chǎn)生穩(wěn)壓直流，為其它所有電路提供直流供電，電壓過零檢測與之合為一體，并送出兩路信號給電壓過零脈沖形成電路(2)，在電壓過零瞬間產(chǎn)生窄脈沖，該脈沖經(jīng)脈沖信號放大(3)后分成兩路，一種作為數(shù)控電路工作的原始同步信號，另一路與電流過零信號合成后，作為同通斷信號相與的選通信號。
電流過零信號(8)的生成是通過對可控硅陽極電壓的過零檢測而實(shí)現(xiàn)對負(fù)載電流過零檢測，然后經(jīng)過電流過零脈沖形成電路(9)而產(chǎn)生的。即可控硅SCR不通時(shí)，負(fù)載電流為0，SCR上的電壓為電網(wǎng)電壓，當(dāng)SCR導(dǎo)通時(shí)，其上的電壓近似為0，負(fù)載上有電流。
分頻器(4)是對電壓過零脈沖信號計(jì)數(shù)分頻產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號。并/串轉(zhuǎn)換電路(5)是將并行的輸入碼轉(zhuǎn)換成串行的輸出碼。即輸入的控制數(shù)碼經(jīng)過譯碼器的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一組輸出通斷碼，這組并行碼再經(jīng)并/串變換電路就產(chǎn)生了串行的通斷控制信號。譯碼器(6)是對輸入控制數(shù)碼進(jìn)行譯碼得到一個(gè)以行數(shù)碼形式存在的通斷次序。并/串轉(zhuǎn)換電路輸出的通斷控制信號通過與門對合成過零信號進(jìn)行控制，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，再由放大驅(qū)動(dòng)輸至可控硅的門極，從而實(shí)現(xiàn)電壓電流過零觸發(fā)。
本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中二極管D1，D2，D3，D4構(gòu)成自生直流電源，同時(shí)D1，D2，D3，D4又作為過零檢測。電阻R3，R4，R5，二極管D8，D9和三極管T1構(gòu)成過零脈沖成形電路。三極管T2和外圍件D6，D7，R6構(gòu)成過零脈沖信號放大，三極管T3和電阻R7，R8，R9構(gòu)面觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路。穩(wěn)壓二極管D1，D2，D3，D4橋式連接，其節(jié)點(diǎn)a、b分別連接在整流二極管D5的負(fù)端和電網(wǎng)電壓的一端作為自生直流電壓的穩(wěn)壓管。節(jié)點(diǎn)c和節(jié)點(diǎn)d作為過零檢測輸出，c點(diǎn)電壓通過電阻R3連接到三極管T1的基板，d點(diǎn)電壓通過電阻R4連接到T1管的發(fā)射極進(jìn)行相減，在電網(wǎng)電壓過零瞬間從T1管的集電極輸出一負(fù)脈沖。該脈沖通過二極管D6，D7輸入到三極管T2的基極進(jìn)行放大倒相，從T2管的集電極輸出。二極管D10，D11，D12，D13構(gòu)成電流過零檢測，三極管T4與外圍件R10，R11，R12，D14，D15構(gòu)成電流過零脈沖成形。電流過零脈沖成形的輸出端連接到或門U4的一端，電壓脈沖成形通過T2管放大后分兩路輸出，一路連接到分頻器U1A作為數(shù)控電路的原始同步信號，一路連接到或門U4的另一輸入端與電流過零信號合成后，再連接到與門U3的一個(gè)輸入端，接受由并/串轉(zhuǎn)換電路輸出的通斷控制信號的選通，產(chǎn)生一觸發(fā)信號。該觸發(fā)信號連接到觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路T3的輸入端，從其集電極輸出一驅(qū)動(dòng)脈沖到可控硅SCR的門極。分頻器分為U1A和U1B兩個(gè)，兩次對同步信號進(jìn)行分頻。即從T2管輸出的正脈沖連接到分頻器U1A的時(shí)鐘1，分頻后產(chǎn)生四個(gè)分頻輸出，其中二分頻后脈寬Q0為10ms，四分頻后脈寬Q1為20ms，八分頻后脈寬Q2為40ms，十六分頻的后脈寬Q3為80ms，如圖3a所示。用四選一開關(guān)選擇四個(gè)分頻中的任意一個(gè)作為分頻器U1B的時(shí)鐘2，并將時(shí)鐘2的三個(gè)分頻作為并/串轉(zhuǎn)換電路的選通信號，分別連接到U2的A、B、C三端。若選分頻器U1A的二分頻Q0作為分頻器U1B的時(shí)鐘信號，則U1B的二分頻Q′0，四分頻Q′1，八分頻Q′2的脈沖波形分別如圖3b所示。時(shí)鐘2的脈寬與分頻器U1A的四個(gè)分頻器相對應(yīng)。即時(shí)鐘2接U1A的二分頻Q0，其脈寬為20ms;時(shí)鐘2接U1A的四分頻Q1，其脈寬為40ms;時(shí)鐘2接U1A的八分頻Q2，其脈寬為80ms;時(shí)鐘2接U1A的十六分頻，其脈寬為16ms。譯碼器是由門路U5，U6，U7，U8，U9，U10，U11，U12，U13，U14，U15，U16，U17，U18，U19，U20構(gòu)成。輸入控制數(shù)碼經(jīng)譯碼器后得到以并行數(shù)碼形式存在的一組通斷次序，這組通斷次序碼接入并/串轉(zhuǎn)換電路U2的輸入端，在選通信號A、B、C的控制下，將并行碼串行輸出。例如，譯碼器輸出為00100101(八位)，表示通斷次序?yàn)閿?T，通1T，再斷2T，通1T，再斷1T。這里0表示斷，1表示通，T為通斷控制的基本時(shí)間單位，是半波的整數(shù)倍，該倍數(shù)就是分頻器的分頻數(shù)，若分頻器為4分頻，則基本通斷控制時(shí)間單位T為4個(gè)半波時(shí)間，即2個(gè)周期，對于50Hz電網(wǎng)就是40ms。并/串轉(zhuǎn)換電路把這種并行通斷控制次序碼按基本控制時(shí)間單位T轉(zhuǎn)為串行方式輸出。該輸出信號連接到門路U3的一個(gè)輸入端作為通斷控制信號，控制合成過零信號輸出到觸發(fā)驅(qū)動(dòng)路徑的通與斷。圖2中的其它幾個(gè)外圍R1為自生電源和電壓過零檢測的降壓電阻，R2為電流過零檢測的降壓電阻，C0為自生直流電源的濾波電容，C1和C2用于調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的寬度并濾除電網(wǎng)電壓的過零附近的毛刺干擾，以保證電路可靠工作。
實(shí)施例本發(fā)明的譯碼器，其輸入碼采用左移碼，譯碼器的設(shè)計(jì)真值表如下即
從表所示的通斷比可見電流在逐漸增大。
分頻器U1A，U1B可選用同步計(jì)數(shù)器或觸發(fā)器級聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。并/串轉(zhuǎn)換電路U2可以用多選一數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)，也可以用并入串出的移位寄存器實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的實(shí)施例是采用八選一數(shù)據(jù)選擇器。其工作原理如下表。
表中的三態(tài)允許信號和禁止信號分別為并/串轉(zhuǎn)換電路的兩種信號。從表示原理可知，當(dāng)把分頻器U1B的三個(gè)分頻Q′0，Q′1，Q′2信號分別接入八選一數(shù)據(jù)選擇器的選通信號A、B、C時(shí)，就可實(shí)現(xiàn)從D0～D7的并串交換，輸出一個(gè)串行的通斷信號，并通過與門U3對合成過零信號進(jìn)行控制，形成觸發(fā)脈沖。整個(gè)工作過程波形如圖4所示。其中圖4a為過零信號波形圖。圖4b為通斷信號寬度為20ms，通斷比為5∶3，則通斷信號碼為10110101的波形圖。圖4c為過零信號與通斷信號相與后的觸發(fā)脈沖波形圖。該觸發(fā)脈沖經(jīng)過T3后放大輸出如圖4d的脈沖波形，該負(fù)脈沖輸至可控硅的門極，控制可控硅的通與斷，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載有無電流，該負(fù)載電流的波形如圖4e所示。
本發(fā)明由于將觸發(fā)電路與數(shù)控電路設(shè)置在同一電路上，并集為一體，不但使得整個(gè)電路功耗低，避免了由自身功耗引起的溫升、具有調(diào)功節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，而且使器件增添了數(shù)碼控制功能，可以直接與程控、數(shù)控等智能設(shè)備配合使用;同時(shí)由于數(shù)控電路采用對過零脈沖分頻的結(jié)構(gòu)和譯碼后并/串轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)，因而可以隨意設(shè)置通斷次序，使用任何控制碼制和隨意設(shè)置通斷基本時(shí)間單元。
權(quán)利要求
1.一種低功耗可控電壓、電流過零觸發(fā)器，包括自生直流電源，過零信號檢測，過零脈沖成形，過零脈沖放大和觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于增設(shè)了數(shù)字控制電路，且過零觸發(fā)電路與數(shù)字控制電路設(shè)置在同一電路上，兩者集成為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸發(fā)器，其特征在于數(shù)控電路采用對過零脈沖分頻的結(jié)構(gòu)和譯碼后并/串轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)隨意設(shè)置通斷次序，使用任何控制碼制和隨意設(shè)置通斷基本時(shí)間單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的觸發(fā)器，其特征在于電壓過零脈沖輸出分為兩路，一路連接到分頻器作為數(shù)控電路的原始時(shí)鐘信號，另一路作為觸發(fā)信號連接到或門U4的輸入端與電流過零信號合成后，再連接到與門U3的輸入端，接受由并/串轉(zhuǎn)換電路輸出的通斷控制信號的選通，以產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號。
全文摘要
可控硅電壓、電流過零觸發(fā)器由過零檢測、觸發(fā)電路和數(shù)控電路兩部分構(gòu)成，且設(shè)置在同一電路中集成為一體。其中過零電路包括有自生直流電源，電壓過零信號檢測，電流過零檢測，過零脈沖成型，過零脈沖放大，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路，數(shù)控電路包括有分頻器，并/串轉(zhuǎn)換電路、譯碼器，以及電壓過零信號與電流過零信號的合成控制電路等。數(shù)控電路的連接形式采用譯碼后再串并轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)和采用對過零脈沖分頻的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)隨意設(shè)置通斷次序，使用任何控制碼制和隨意設(shè)置通斷基本時(shí)間單元之目的。具有功耗低和數(shù)碼控制功能等優(yōu)點(diǎn)，便于與計(jì)算機(jī)等設(shè)備配合使用。
文檔編號H03K17/13GK1062247SQ9111179
公開日1992年6月24日 申請日期1991年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月21日
發(fā)明者張鴻欣, 單佩鈞 申請人:西安電子科技大學(xué)