專利名稱：單相橋式半控整流電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及交直流電源變換技術，具體涉及一種單相橋式半控整流電源。
背景技術：
整流電路是電力電子電路中最常見的一種。隨著電子技術、微電技術的快速發(fā)展， 以晶閘管為代表的各類高電壓、大電流半導體開關器件相繼研究成功并得到了廣泛的應用，也因此促進了電力電子技術的廣泛應用，由于傳統(tǒng)的整流方式已經不能滿足電氣設備控制對直流電源的要求，因此，對整流電路的要求也越來越高。整流電路按組成的器件分為不可控、半控和全控三種，按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路，此外，還可根據(jù)電路結構或變壓器二次側電流的方向來進行分類。在目前的已有技術中，單相橋式整流電源的半控電路控制系統(tǒng)通常設計復雜，硬件成本高，體積大，不適合推廣使用。
發(fā)明內容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種單相橋式半控整流電源，可以通過調節(jié)可控硅的觸發(fā)角改變直流側電源的電壓，控制電路簡單，減小了系統(tǒng)的體積。按照本實用新型提供的技術方案，所述單相橋式半控整流電源包括半控橋式整流電路，所述半控橋式整流電路為二極管整流橋中將與輸出正端相連的兩個二極管替換為兩個可控硅；所述半控橋式整流電路的輸入端接220V交流輸入，220V交流輸入線路上連接有電網(wǎng)波形采樣電路，所述電網(wǎng)波形采樣電路的輸出端連接整流電路、同步電路，整流電路的輸出端連接過零脈沖電路，過零脈沖電路的輸出端連接鋸齒波發(fā)生電路，鋸齒波發(fā)生電路的輸出端連接觸發(fā)角調節(jié)電路，觸發(fā)角調節(jié)電路、同步電路和方波生成電路的輸出端連接驅動信號生成電路，驅動信號生成電路的輸出端連接可控硅驅動電路，可控硅驅動電路輸出兩路信號分別接半控橋式整流電路中兩個可控硅。所述220V交流輸入線路上連接有過流保險絲。所述電網(wǎng)波形采樣電路、整流電路、同步電路和過零脈沖電路結構為變壓器初級繞組接220V交流輸入，次級繞組輸出交流6V接二極管整流橋的輸入端，次級繞組的一端通過第二電阻接第二電壓跟隨器的正輸入端，次級繞組的另一端接地并通過第一電阻接第二電壓跟隨器的正輸入端，第二電壓跟隨器的輸出通過第六電阻接第三電壓比較器的負輸入端，第三電壓比較器正輸入端接地，第三電壓比較器輸出端通過上拉電阻接+5V電壓，并連接第一非門的輸入端，第一非門的輸出端輸出正半周的同步信號，再連接到第二非門輸出負半周的同步信號；所述二極管整流橋的負輸出端接地，正輸出端接第一電壓跟隨器的正輸入端，第一電壓跟隨器的輸出接第一電壓比較器的負輸入端，第一電壓比較器的正輸入端通過第四電阻接+5V電壓并通過第三電阻接地，第三電阻兩端并聯(lián)有第一電解電容，第一電壓比較器的輸出端通過第五電阻接+5V電壓并輸出過零脈沖。所述鋸齒波發(fā)生電路包括過零脈沖接到模擬開關⑶4066的控制端，模擬開關
4CD4066與第一電容并聯(lián)，第一電容一端接運放的負端和第十電阻的一端，第十電阻另一端通過第八電阻接+5V電壓并通過第九電阻接地，第九電阻兩端并聯(lián)第二電解電容；第一電容另一端接運放輸出端，運放正端接地，運放輸出端輸出與電網(wǎng)同頻的鋸齒波形。 所述觸發(fā)角調節(jié)電路包括所述運放輸出端接第四電壓比較器的正輸入端，第四電壓比較器的負輸入端接電位器的調節(jié)端和一個固定端并通過第十一電阻接+5V電壓，電位器的另一固定端接地，電位器兩個固定端并聯(lián)有第三電解電容；第四電壓比較器的輸出端通過第十二電阻接+5V電壓，輸出可控硅觸發(fā)角波形。 所述驅動信號生成電路包括第一 第四與門，第一與門的第一輸入端接第一非門輸出的正半周的同步信號，第二與門的第二輸入端接第二非門輸出的負半周的同步信號， 第一與門的第二輸入端和第二與門的第一輸入端接所述可控硅觸發(fā)角波形，第一與門輸出端接第三與門第一輸入端，第二與門輸出端接第四與門第二輸入端，第三與門的第二輸入端和第四與門的第一輸入端接方波生成電路輸出的方波，第三與門和第四與門輸出可控硅觸發(fā)脈沖。所述可控硅驅動電路包括兩個相同的驅動電路，其中一個包括一路可控硅觸發(fā)脈沖通過第十五接第一功率管的基極，第一功率管的發(fā)射極接地，集電極通過第五二極管和第十六電阻接+15V電壓；脈沖變壓器初級的一端通過第十七電阻接+15V電壓，初級另一端接第一功率管集電極；脈沖變壓器次級一端接第六二極管的陽極，第六二極管陰極接第七二極管陰極、第十八電阻一端、第四電容一端和一個可控硅控制端，脈沖變壓器次級另一端接第七二極管陽極、第十八電阻另一端、第四電容另一端。本實用新型具有如下優(yōu)點1.控制電路結構簡單，體積小，全部采用硬件電路實現(xiàn)，抗干擾性強，成本低。2.擴展性、移植性好，可根據(jù)負載需要更換不同功率的可控硅和整流二極管，而不需要對控制電路做較大的改動。

圖1是本實用新型的電路框圖。圖2是本實用新型過零脈沖信號與同步信號的生成電路原理圖。圖3是鋸齒波信號的生成與調節(jié)觸發(fā)角電路原理圖。圖4是方波生成電路原理圖。圖5是驅動信號生成電路原理圖。圖6是SCR驅動電路原理圖。圖7是本實用新型主要點波形示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1所示，所述單相橋式半控整流電源包括半控橋式整流電路，所述半控橋式整流電路為二極管整流橋中將與輸出正端相連的兩個二極管替換為兩個可控硅；所述半控橋式整流電路的輸入端接220V交流輸入，220V交流輸入線路上連接有電網(wǎng)波形采樣電路， 所述電網(wǎng)波形采樣電路的輸出端連接整流電路、同步電路，整流電路的輸出端連接過零脈沖電路，過零脈沖電路的輸出端連接鋸齒波發(fā)生電路，鋸齒波發(fā)生電路的輸出端連接觸發(fā)角調節(jié)電路，觸發(fā)角調節(jié)電路、同步電路和方波生成電路的輸出端連接驅動信號生成電路， 驅動信號生成電路的輸出端連接可控硅(SCR)驅動電路，可控硅驅動電路輸出兩路信號分別接半控橋式整流電路中兩個可控硅。本實用新型通過電網(wǎng)波形采樣電路獲得與電網(wǎng)相位相同但幅值不同的正弦波形， 經同步電路得到電網(wǎng)正負半周的同步信號，整流電路將電網(wǎng)波形采樣電路的采樣波形進行整流，經過過零脈沖電路生成過零點脈沖，過零脈沖連接鋸齒波發(fā)生電路，生成電網(wǎng)半周期頻率的鋸齒波，鋸齒波輸入觸發(fā)角調節(jié)電路生成觸發(fā)角信號，調節(jié)可控硅的觸發(fā)角，由同步信號、觸發(fā)角信號和方波信號進行一定邏輯關系生成驅動信號，最后由可控硅(SCR)驅動電路驅動相應的可控硅。具體各電路模塊原理圖如下。1.主電路工作原理本實用新型的主電路拓撲結構如圖1所示。半控橋式整流主電路由可控硅SCRl和 SCR2及兩個二極管構成，將二極管整流橋中將與輸出正端相連的兩個二極管替換為兩個可控硅。220V交流輸入串聯(lián)了過流保險絲fuse，起到有效保護負載安全的作用。2.過零脈沖信號與同步信號的生成本部分電路包括所述電網(wǎng)波形采樣電路、整流電路、同步電路和過零脈沖電路。如圖2所示，變壓器Tl初級繞組接220V交流輸入，次級繞組輸出交流6V接二極管整流橋的輸入端，次級繞組的一端通過第二電阻R2接第二電壓跟隨器IClB的正輸入端， 次級繞組的另一端接地并通過第一電阻Rl接第二電壓跟隨器IClB的正輸入端，第二電壓跟隨器IClB的輸出通過第六電阻R6接第三電壓比較器IC2C的負輸入端，第三電壓比較器 IC2C正輸入端接地，第三電壓比較器IC2C輸出端通過上拉電阻接+5V電壓，并連接第一非門IC3A的輸入端，第一非門IC3A的輸出端輸出正半周的同步信號A+，再連接到第二非門 IOB輸出負半周的同步信號(A-)；所述二極管整流橋的負輸出端接地，正輸出端接第一電壓跟隨器IClA的正輸入端，第一電壓跟隨器IClA的輸出接第一電壓比較器IC2A的負輸入端，第一電壓比較器IC2A的正輸入端通過第四電阻R4接+5V電壓并通過第三電阻R3接地， 第三電阻R3兩端并聯(lián)有第一電解電容E1，第一電壓比較器IC2A的輸出端通過第五電阻R5 接+5V電壓并輸出過零脈沖。交流220V首先經變壓器Tl變壓到交流6V，經二極管Dl D4構成的整流電路對電壓波形進行整流，經Rl、R2進行分壓。經過整流后的電壓波形輸入到電壓跟隨器IClA (LF353-1)，輸出信號與LM339-1構成的電壓比較器進行比較，調節(jié)R4與R3的比值，使電壓比較器輸出的過零信號占空比在5%以內。經R1、R2分壓后的電網(wǎng)波形輸入到電壓跟隨器IClB (LF!353-2)，再輸入到第三電壓比較器(輸出信號壓比較器)IC2C (LM339-3 :LM339內部集成4個運算放大器)的反相輸入端，由于LM339是集電極開路輸出，故輸出接IOK上拉電阻R7，保證輸出高、低電平符合要求。二極管Dl的作用是濾掉正弦波的負半周，正、負半周的同步信號A+、A-由IC3A (74LS04-1 :74LS04內部集成6個非門與IC3B的輸出得到。3.鋸齒波信號的生成與觸發(fā)角的調節(jié)[0036]如圖3所示，鋸齒波發(fā)生電路包括過零脈沖接到模擬開關⑶4066的控制端，模擬開關⑶4066與第一電容Cl并聯(lián)，第一電容Cl 一端接運放IC4A的負端和第十電阻RlO的一端，第十電阻RlO另一端通過第八電阻R8接+5V電壓并通過第九電阻R9接地，第九電阻 R9兩端并聯(lián)第二電解電容E2;第一電容Cl另一端接運放IC4A輸出端，運放IC4A正端接地，運放IC4A輸出端輸出與電網(wǎng)同頻的鋸齒波形。鋸齒波發(fā)生電路產生與電網(wǎng)同頻率的鋸齒波形。過零脈沖接到模擬開關⑶4066 的控制端。當控制端高電平時，模擬開關⑶4066的1腳和2腳接通，此時電容Cl迅速放電； 當控制端低電平時，模擬開關⑶4066的1腳和2腳斷開，此時電容通過電阻RlO充電。電阻R10、電容Cl、運放IC4A構成積分電路。由運放輸入的虛短虛斷原則，電容Cl將會以恒流充電，由輸出電壓與電容電壓成反相關系知，當電容Cl充電時，運放IC4A的輸出端電壓將成線性正方向增長，當電容Cl放電時，運放IC4A的輸出端電壓也將迅速下降，由于充電時間遠大于放電時間，故運放IC4A的輸出端輸出與電網(wǎng)同頻的鋸齒波形。觸發(fā)角調節(jié)電路包括所述運放IC4A輸出端接第四電壓比較器IC2D的正輸入端， 第四電壓比較器IC2D的負輸入端接電位器Wl的調節(jié)端和一個固定端并通過第十一電阻 Rll接+5V電壓，電位器Wl的另一固定端接地，電位器Wl兩個固定端并聯(lián)有第三電解電容 E3 ；第四電壓比較器IC2D的輸出端通過第十二電阻R12接+5V電壓，輸出可控硅觸發(fā)角波形。通過電位器Wl調節(jié)5V直流電壓值輸入到電壓比較器IC2D的10腳，再與電壓比較器IC2D的11腳鋸齒波進行比較，電壓比較器IC2D的13腳輸出SCR觸發(fā)角波形。4.觸發(fā)脈沖信號的生成如圖5所示，所述驅動信號生成電路包括第一 第四與門，第一與門IC6A的第一輸入端接第一非門IC3A輸出的正半周的同步信號A+，第二與門IC6B的第二輸入端接第二非門IOB輸出的負半周的同步信號(A-)，第一與門IC6A的第二輸入端和第二與門IC6B的第一輸入端接所述可控硅觸發(fā)角波形，第一與門IC6A輸出端接第三與門IC6C第一輸入端， 第二與門IC6B輸出端接第四與門IC6D第二輸入端，第三與門IC6C的第二輸入端和第四與門IC6D的第一輸入端接方波生成電路輸出的方波，第三與門IC6C和第四與門IC6D輸出可控硅觸發(fā)脈沖。IC6A (74LS08 內部集成4個與門)1腳取的是正弦波的正半周信號A+，5腳取的是正弦波的負半周信號A-，再與SCR觸發(fā)角波形進行邏輯與，得到正相和負相驅動的觸發(fā)信號。如圖4中的IC5是NE555定時器，產生IOkHz方波，然后與IC6A的3腳正相和IC6B 的6腳負相觸發(fā)信號進行邏輯與，產生可控硅SCRl與SCR2的觸發(fā)脈沖。5. SCR驅動電路如圖6所示，可控硅(SCR)驅動電路包括兩個相同的驅動電路，其中一個包括一路可控硅觸發(fā)脈沖通過第十五R15接第一功率管Ql的基極，第一功率管Ql的發(fā)射極接地， 集電極通過第五二極管D5和第十六電阻R16接+15V電壓；脈沖變壓器T2初級的一端通過第十七電阻R17接+15V電壓，初級另一端接第一功率管Ql集電極；脈沖變壓器T2次級一端接第六二極管D6的陽極，第六二極管D6陰極接第七二極管D7陰極、第十八電阻R18 — 端、第四電容C4 一端和一個可控硅控制端，脈沖變壓器T2次級另一端接第七二極管D7陽極、第十八電阻R18另一端、第四電容C4另一端。[0045]第三與門IC6C的8腳和第四與門IC6D的11腳輸出的分別是經過斬波的正相、負相觸發(fā)脈沖信號。SCR1、SCR2的脈沖觸發(fā)信號分別驅動功率管TIP41C Ql和Q2。二極管 D5、電阻R16主要起續(xù)流作用，電阻R17起限流作用，防止功率管Ql工作時溫度過高，影響功率放大器的正常工作。脈沖變壓器T2—方面起傳遞觸發(fā)脈沖，另一方面對強弱電之間起到可靠的隔離作用。二極管D6、D7、電阻R18、電容C4對輸出起整形作用。SCR2驅動電路工作原理相同。如圖7所示，分別為電網(wǎng)波形1、同步信號A+、A_、過零脈沖2、鋸齒波與電壓比較波形3、SCR1觸發(fā)角4、SCR2觸發(fā)角5、NE555定時器輸出的IOkHz方波6、SCR1觸發(fā)脈沖7、 SCR2觸發(fā)脈沖。
權利要求1.單相橋式半控整流電源，其特征是包括半控橋式整流電路，所述半控橋式整流電路為二極管整流橋中將與輸出正端相連的兩個二極管替換為兩個可控硅；所述半控橋式整流電路的輸入端接220V交流輸入，220V交流輸入線路上連接有電網(wǎng)波形采樣電路，所述電網(wǎng)波形采樣電路的輸出端連接整流電路、同步電路，整流電路的輸出端連接過零脈沖電路， 過零脈沖電路的輸出端連接鋸齒波發(fā)生電路，鋸齒波發(fā)生電路的輸出端連接觸發(fā)角調節(jié)電路，觸發(fā)角調節(jié)電路、同步電路和方波生成電路的輸出端連接驅動信號生成電路，驅動信號生成電路的輸出端連接可控硅驅動電路，可控硅驅動電路輸出兩路信號分別接半控橋式整流電路中兩個可控硅。
2.如權利要求1所述的單相橋式半控整流電源，其特征是所述220V交流輸入線路上連接有過流保險絲。
3.如權利要求1所述的單相橋式半控整流電源，其特征是所述電網(wǎng)波形采樣電路、整流電路、同步電路和過零脈沖電路結構為變壓器(Tl)初級繞組接220V交流輸入，次級繞組輸出交流6V接二極管整流橋的輸入端，次級繞組的一端通過第二電阻(R2)接第二電壓跟隨器(IClB)的正輸入端，次級繞組的另一端接地并通過第一電阻(Rl)接第二電壓跟隨器(IClB)的正輸入端，第二電壓跟隨器(IClB)的輸出通過第六電阻(R6)接第三電壓比較器(IC2C)的負輸入端，第三電壓比較器(IC2C)正輸入端接地，第三電壓比較器(IC2C)輸出端通過上拉電阻接+5V電壓，并連接第一非門(IC3A)的輸入端，第一非門(IC3A)的輸出端輸出正半周的同步信號(A+)，再連接到第二非門(IC3B)輸出負半周的同步信號(A-)；所述二極管整流橋的負輸出端接地，正輸出端接第一電壓跟隨器(IClA)的正輸入端，第一電壓跟隨器(IClA)的輸出接第一電壓比較器(IC2A)的負輸入端，第一電壓比較器(IC2A)的正輸入端通過第四電阻(R4)接+5V電壓并通過第三電阻(R3)接地，第三電阻(R3)兩端并聯(lián)有第一電解電容(E1)，第一電壓比較器(IC2A)的輸出端通過第五電阻(R5)接+5V電壓并輸出過零脈沖。
4.如權利要求3所述的單相橋式半控整流電源，其特征是所述鋸齒波發(fā)生電路包括 過零脈沖接到模擬開關⑶4066的控制端，模擬開關⑶4066與第一電容(Cl)并聯(lián)，第一電容(Cl) 一端接運放(IC4A)的負端和第十電阻(RlO)的一端，第十電阻(RlO)另一端通過第八電阻(R8)接+5V電壓并通過第九電阻(R9)接地，第九電阻(R9)兩端并聯(lián)第二電解電容 (E2);第一電容(Cl)另一端接運放(IC4A)輸出端，運放(IC4A)正端接地，運放(IC4A)輸出端輸出與電網(wǎng)同頻的鋸齒波形。
5.如權利要求4所述的單相橋式半控整流電源，其特征是所述觸發(fā)角調節(jié)電路包括 所述運放(IC4A)輸出端接第四電壓比較器(IC2D)的正輸入端，第四電壓比較器(IC2D)的負輸入端接電位器(Wl)的調節(jié)端和一個固定端并通過第十一電阻(Rll)接+5V電壓，電位器(Wl)的另一固定端接地，電位器(Wl)兩個固定端并聯(lián)有第三電解電容(E3);第四電壓比較器(IC2D)的輸出端通過第十二電阻(R12)接+5V電壓，輸出可控硅觸發(fā)角波形。
6.如權利要求5所述的單相橋式半控整流電源，其特征是所述驅動信號生成電路包括第一 第四與門，第一與門(IC6A)的第一輸入端接第一非門(IC3A)輸出的正半周的同步信號(A+)，第二與門(IC6B)的第二輸入端接第二非門(IC3B)輸出的負半周的同步信號 (A-)，第一與門(IC6A)的第二輸入端和第二與門(IC6B)的第一輸入端接所述可控硅觸發(fā)角波形，第一與門(IC6A)輸出端接第三與門(IC6C)第一輸入端，第二與門(IC6B)輸出端接第四與門(IC6D)第二輸入端，第三與門(IC6C)的第二輸入端和第四與門(IC6D)的第一輸入端接方波生成電路輸出的方波，第三與門(IC6C)和第四與門(IC6D)輸出可控硅觸發(fā)脈沖。
7.如權利要求6所述的單相橋式半控整流電源，其特征是所述可控硅驅動電路包括兩個相同的驅動電路，其中一個包括一路可控硅觸發(fā)脈沖通過第十五(R15)接第一功率管 (Ql)的基極，第一功率管(Ql)的發(fā)射極接地，集電極通過第五二極管(D5)和第十六電阻 (R16)接+15V電壓；脈沖變壓器(T2)初級的一端通過第十七電阻(R17)接+15V電壓，初級另一端接第一功率管(Ql)集電極；脈沖變壓器(T2)次級一端接第六二極管(D6)的陽極， 第六二極管(D6)陰極接第七二極管(D7)陰極、第十八電阻(R18) —端、第四電容(C4) 一端和一個可控硅控制端，脈沖變壓器(T2)次級另一端接第七二極管(D7)陽極、第十八電阻 (R18)另一端、第四電容(C4)另一端。
專利摘要本實用新型涉及一種單相橋式半控整流電源，其包括半控橋式整流電路的輸入端接220V交流輸入，220V交流輸入線路上連接有電網(wǎng)波形采樣電路，所述電網(wǎng)波形采樣電路的輸出端連接整流電路、同步電路，整流電路的輸出端連接過零脈沖電路，過零脈沖電路的輸出端連接鋸齒波發(fā)生電路，鋸齒波發(fā)生電路的輸出端連接觸發(fā)角調節(jié)電路，觸發(fā)角調節(jié)電路、同步電路和方波生成電路的輸出端連接驅動信號生成電路，驅動信號生成電路的輸出端連接可控硅驅動電路，可控硅驅動電路輸出兩路信號分別接半控橋式整流電路中兩個可控硅。本實用新型優(yōu)點是控制電路結構簡單，體積小，全部采用硬件電路實現(xiàn)，成本低，擴展性、移植性好，具有較強的抗干擾性。
文檔編號H02M7/162GK202197227SQ20112032130
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權日2011年8月30日
發(fā)明者劉耕, 高揚 申請人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心