專利名稱：無觸點(diǎn)零位開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是涉及可控硅當(dāng)電源電壓過零時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通繼而鉗位的一種無觸點(diǎn)開關(guān)。
目前的現(xiàn)有技術(shù)中，可控硅的導(dǎo)通角多不固定，且輸出波形不完整，雖也有過零觸發(fā)電路，且其對(duì)負(fù)載的適應(yīng)能力差，使用受到限制，與本實(shí)用新型相比有較大不同。本實(shí)用新型不但可實(shí)現(xiàn)可控硅過零觸發(fā)，而且輸出波形完整，對(duì)負(fù)載的適應(yīng)能力特別強(qiáng)。
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用范圍廣的無觸點(diǎn)零位開關(guān)。
本實(shí)用新型由零位觸發(fā)脈沖電路、鉗位電路、可控硅交流開關(guān)電路、直流電源及同步過零比較電壓電路幾部分組成。其中電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、電位器W1、W2、二極管D1、穩(wěn)壓二極管D2、三極管BG1、BG2、BG3、組成的三級(jí)零位觸發(fā)脈沖電路。第一級(jí)為脈沖形成電路，電阻R1、電位器W1與電阻R2串聯(lián)后連接在電源a、b的兩端，為三極管BG1提供基極偏壓，電位器W1的滑動(dòng)觸頭接三極管BG1的基極，三極管BG1的集電極經(jīng)與電位器W2、電阻R3串聯(lián)后接電源a端，三極管BG1的發(fā)射極經(jīng)二極管D1與電阻R4串聯(lián)后接b端，同步過零比較電壓Ucb加在三極管BG1的射極電阻R4上，作為三極管BG1基極電壓的比較電壓，以控制三極管BG1只能當(dāng)比較電壓Ucb瞬時(shí)值過零(或接近零點(diǎn))時(shí)導(dǎo)通，產(chǎn)生零位觸發(fā)脈沖；第二級(jí)為脈沖整形放大電路，三極管BG2的基極經(jīng)穩(wěn)壓二極管D2接三極管BG1的集電極，BG2的發(fā)射極接電源a端，三極管BG2的集電極通過電阻R5接b端，該級(jí)的任務(wù)是將第一級(jí)產(chǎn)生的零位觸發(fā)脈沖進(jìn)行整形放大，輸出正的矩形脈沖；第三級(jí)是射極輸出器，三極管BG3的基極接三極管BG2集電極，BG3的集電極接電源a端，三極管BG3發(fā)射極一路經(jīng)電阻R6接b端，另一路通過限流電阻R7接可控硅T的控制極，T的陰極接b端，該級(jí)的任務(wù)是將第二級(jí)輸出的正矩形脈沖進(jìn)行功率放大后去觸發(fā)可控硅T導(dǎo)通。鉗位電路有兩路一路由電阻R8與二極管D4串聯(lián)后跨接在電源a端與可控硅T的陽極之間，目的是可控硅T被觸發(fā)導(dǎo)通后將其鉗制于導(dǎo)通狀態(tài)；另一路為二極管D3，跨接在三極管BG1的基極與可控硅T的陽極之間，目的是當(dāng)可控硅T觸發(fā)導(dǎo)通后將三極管BG1的基極鉗于較低電位，迫使三極管BG1截止，消除觸發(fā)脈沖，實(shí)現(xiàn)可控硅T的一次性觸發(fā)。
本實(shí)用新型能保護(hù)電器在開關(guān)瞬間免受高電壓(如峰值311V)、大電流的沖擊，只有當(dāng)電源電壓過零(或接近零點(diǎn))時(shí)，可控硅T被觸發(fā)導(dǎo)通并鉗位，構(gòu)成電源通路，使電器在電源電壓過零時(shí)得電工作或斷電，可大大降低電器開關(guān)瞬間的電磁噪聲，減少電磁污染，延長電器的使用壽命。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1是本實(shí)用新型無觸點(diǎn)零位開關(guān)的線路圖。
圖2是圖1所示電路中c點(diǎn)電壓(VR4)波形圖。
圖3是圖1所示電路中d點(diǎn)電壓波形圖。
圖4是圖1所示電路中e點(diǎn)電壓波形圖。
圖5是圖1所示電路中可控硅上電壓波形圖。
圖1所描述的無觸點(diǎn)零位開關(guān)電路，其核心電路為零位觸發(fā)脈沖電路及鉗位電路。零位觸發(fā)脈沖電路有三級(jí)其中第一級(jí)為脈沖形成電路，電阻R1、電位器W1與電阻R2串聯(lián)后連接在電源a、b的兩端，為三極管BG1提供基極偏壓，電位器W1的滑動(dòng)觸頭接三極管BG1的基極，三極管BG1的集電極經(jīng)與電位器W2、電阻R3串聯(lián)后接電源a端，三極管BG1的發(fā)射極經(jīng)二極管D1與電阻R4串聯(lián)后接b端，同步過零比較電壓Ucb加在射極電阻R4上，經(jīng)二極管D1隔離后，作為三極管BG1基極電壓的比較電壓，當(dāng)三極管BG1的基極電壓與Ucb瞬時(shí)值比較結(jié)果大于三極管BG1的發(fā)射結(jié)及二極管D1的門坎電壓之和時(shí)，三極管BG1導(dǎo)通，反之則截止，即Ucb的瞬時(shí)值過零(或接近零點(diǎn))時(shí)，三極管BG1導(dǎo)通，集電極上產(chǎn)生倒三角(近似)脈沖，因?yàn)檎{(diào)節(jié)電位器W1、W2可改變?nèi)龢O管BG1的工作點(diǎn)，所以也就可改變?cè)摷?jí)產(chǎn)生的倒三角(近似)脈沖的幅度和寬度；第二級(jí)為脈沖整形放大電路，三極管BG2的基極經(jīng)穩(wěn)壓二極管D2接三極管BG1的集電極，BG2的發(fā)射極接電源a端，三極管BG2的集電極通過電阻R5接b端，在三極管BG1的整個(gè)導(dǎo)通過程中，由于穩(wěn)壓管D2的電平轉(zhuǎn)移作用，只有在Vd≤Vab-D2的穩(wěn)壓值-0.7伏的范圍內(nèi)，三極管BG2才處于導(dǎo)通狀態(tài)且飽和，該級(jí)將第一級(jí)產(chǎn)生的倒三角(近似)脈沖經(jīng)整形放大后，輸出幅度一定的正矩形脈沖；第三級(jí)為射極輸出器，三極管BG3的基極接三極管BG2集電極，BG3的集電極接電源a端，三極管BG3發(fā)射極一路經(jīng)電阻R6接b端，另一路通過限流電阻R7接可控硅T的控制極，T的陰極接b端，該級(jí)的任務(wù)是將第二級(jí)輸出的正矩形脈沖作功率放大后去觸發(fā)可控硅T。鉗位電路有兩路一路由電阻R8及二極管D4串聯(lián)組成，電阻R8的余端接電源a端，二極管D4的陰極接可控硅T的陽極，調(diào)整R8的大小，使流過電阻R8、二極管D4、可控硅T的電流稍大于T的維持電流，這樣可控硅T一旦導(dǎo)通就能將其鉗制于導(dǎo)通狀態(tài)，構(gòu)成電源通路，大大提高了對(duì)負(fù)載的適應(yīng)能力且波形完整；另一條由二極管D3組成，二極管D3的陽極接三極管BG1的基極，二極管D3的陰極接可控硅T的陽極，當(dāng)可控硅被鉗制于導(dǎo)通狀態(tài)后，二極管D3將三極管BG1的基極鉗于低電位，迫使三極管BG1截止，消除觸發(fā)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)了可控硅T的一次性觸發(fā)。在可控硅T導(dǎo)通以前，二極管D3、D4起電源隔離作用。
本實(shí)用新型的實(shí)施方案中，電路參數(shù)及元器件的選擇是為適用于冰箱或彩電而設(shè)置的，其中電容C1為200μ/25V，電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8分別為2K、600、2.5K、3K/1W、7.5K、4.2K、250、1K，電位器W1、W2分別為3.3K、4.7K，二極管D1、D2、D3、D4分別為2CP12、2CW7B、2CZ51H×2，三極管BG1、BG2、BG3分別為3DG4A、3CG8C、3DG5B，可控硅T為KK1/500，變壓器B的二次側(cè)電壓u1、u2的有效值分別為10V、50V。
本無觸點(diǎn)零位開關(guān)電路是這樣工作的當(dāng)開關(guān)K閉合時(shí)(見圖1)，a、b間電壓建立后，若三極管BG1射極電阻R4上瞬時(shí)值電壓(VR4)比較高(見圖2)，則三極管BG1截止，三極管BG2、BG3也截止，沒有觸發(fā)脈沖產(chǎn)生，可控硅T處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載Z不得電，當(dāng)比較電壓Ucb瞬時(shí)值接近零點(diǎn)時(shí)，三極管BG1的基極偏壓與Ucb瞬時(shí)值的比較結(jié)果大于或等于該管的發(fā)射結(jié)與二極管D1的門坎電壓之和時(shí)，三極管BG1開始導(dǎo)通產(chǎn)生集電極電流，集電極電位Vd開始下降，隨著Ucb的進(jìn)一步減小直到零點(diǎn)時(shí)，集電極電位Vd也降到最低點(diǎn)，當(dāng)Ucb過零后開始上升時(shí)，由于其波形對(duì)稱于零點(diǎn)，三極管BG1集電極電位也回升且波形對(duì)稱于零點(diǎn)，輸出倒三角(近似)脈沖(見圖3)；在三極管BG1的整個(gè)導(dǎo)通過程中，由于穩(wěn)壓管D2的電平轉(zhuǎn)移作用，只有在Vd≤Vab-D2的穩(wěn)壓值-0.7伏的范圍內(nèi)，三極管BG2才處于導(dǎo)通狀態(tài)且飽和，經(jīng)三極管BG3射隨，輸出對(duì)稱于零點(diǎn)的正矩形脈沖(見圖4)，去觸發(fā)可控硅T導(dǎo)通，可控硅T一導(dǎo)通即被電阻R8及二極管D4組成的鉗位電路鉗位，構(gòu)成電源通路(見圖5)，負(fù)載Z由交流零位得電工作，另一方面，可控硅T導(dǎo)通后，通過二極管D3將三極管BG1的基極鉗制于低電位，迫使三極管BG1截止，消除觸發(fā)脈沖，實(shí)現(xiàn)可控硅T的一次性觸發(fā)。當(dāng)K斷開時(shí)，電解C1開始放電，當(dāng)流過電阻R8、二極管D4及可控硅T這條支路的放電電流小于可控硅T的維持電流時(shí)，可控硅T將延時(shí)到電源電壓(或電流)過零時(shí)關(guān)斷。
圖2表示電阻R4上的電壓，開始若Ucb比較高，則VR4＝Ucb，當(dāng)Ucb接近零點(diǎn)時(shí)，因三極管BG1導(dǎo)通，其射極電流流過R4產(chǎn)生定值電壓，這時(shí)VR4≥Ucb，可控硅T導(dǎo)通后，由于鉗位二極管D3的作用使BG1截止，以后VR4表現(xiàn)為Ucb的全波整流波形。
圖3表示三極管BG1集電極d點(diǎn)的電壓波形，開始(開關(guān)K閉合時(shí))為電源Vab的建立(C1的充電)過程，這時(shí)因VR4比較高，則BG1截止，Vd＝Vab，當(dāng)Ucb接近零點(diǎn)時(shí)，因BG1導(dǎo)通產(chǎn)生集電極電流，從而在集電集電阻(R3、W2)上產(chǎn)生壓降，使Vd在Ucb的零點(diǎn)附近產(chǎn)生倒三角(近似)凹陷脈沖，即產(chǎn)生零位觸發(fā)脈沖的過程，當(dāng)T導(dǎo)通以后，因D3的作用使BG1截止，Vd又表現(xiàn)為Vab。
圖4表示三極管BG3發(fā)射極e點(diǎn)輸出的觸發(fā)脈沖Ve，當(dāng)Ucb接近零點(diǎn)時(shí)，BG1導(dǎo)通，集電極產(chǎn)生倒三角脈沖，在BG1的整個(gè)導(dǎo)通過程中，因穩(wěn)壓管D2的電平轉(zhuǎn)移作用，只有在Vd≤Vab-D2的穩(wěn)壓值-0.7伏的范圍內(nèi)，三極管BG2才處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，輸出正矩形脈沖，經(jīng)BG3射隨后輸出的仍是正矩形脈沖，其幅值約為Vab-1V，當(dāng)T導(dǎo)通以后，因D3的作用，使BG1截止，消除觸發(fā)脈沖，因此開關(guān)K閉合一次，只存在一個(gè)正矩形觸發(fā)脈沖Ve。
圖5表示可控硅T陽極上的電壓VT，在T導(dǎo)通之前，陽極上的電壓先是表現(xiàn)為交流電源經(jīng)橋式整流后幅值變化，當(dāng)幅值降到小于或等于Vab-0.7伏時(shí)，VT＝Vab-0.7伏，直到T的控制極感受到觸發(fā)脈沖電壓(電流)時(shí)，呈現(xiàn)導(dǎo)通狀態(tài)，并由流過R8、D4串聯(lián)支路的電流鉗位，這時(shí)VT表現(xiàn)為T的通態(tài)電壓。
權(quán)利要求1.由零位觸發(fā)脈沖電路、鉗位電路、可控硅交流開關(guān)電路、直流電源及同步過零比較電壓電路組成的無觸點(diǎn)零位開關(guān)，其中可控硅交流開關(guān)電路由一只單向可控硅T及橋式整流電路D5--D8組成，負(fù)載Z流過的仍然是交流電，阻容支路R9、C2與T并聯(lián)起保護(hù)作用；變壓器B的二次側(cè)電壓u1經(jīng)二極管D9--D12全波整流、電容C1濾波后作為零位觸發(fā)脈沖電路的電源，二次側(cè)電壓u2經(jīng)二極管D13--D16全波整流后作為零位觸發(fā)脈沖電路的同步過零比較電壓Ucb，b端為公共端；零位觸發(fā)脈沖電路有三級(jí)第一級(jí)為脈沖形成電路，由電阻R1、R2、R3、R4、電位器W1、W2、二極管D1及三極管BG1組成，R1、W1、R2串聯(lián)后接電源Vab兩端，為三極管BG1提供基極偏壓，W1的滑動(dòng)觸頭接BG1的基極，BG1的集電極經(jīng)W2、R3串聯(lián)后接在a端，BG1的發(fā)射極經(jīng)D1、R4串聯(lián)后接b端，同步過零比較電壓Ucb加在射極電阻R4上，該級(jí)的目的是產(chǎn)生同步過零脈沖；第二級(jí)為脈沖整形放大電路，由穩(wěn)壓二極管D2、三極管BG2及電阻R5組成，BG2的基極接D2的陰極，D2的陽極接BG1的集電極，BG2的發(fā)射極接a端，BG2的集電極經(jīng)電阻R5接b端，穩(wěn)壓管D2起電平轉(zhuǎn)移作用，該級(jí)的目的是將第一級(jí)產(chǎn)生的零位脈沖進(jìn)行整形放大，輸出正矩形脈沖；第三級(jí)為射極輸出器，由三極管BG3、電阻R6、R7組成，BG3的基極接BG2的集電極，BG3的集電極接a端，BG3的發(fā)射極一路經(jīng)R6接b端，另一路經(jīng)限流電阻R7接可控硅T的控制極，T的陰極接b端，該級(jí)的目的是將第二級(jí)的正矩形脈沖進(jìn)行功率放大后觸發(fā)可控硅T導(dǎo)通；其特征是同步過零比較電壓Ucb取自變壓器B次側(cè)電壓u2的全波整流，加在三極管BG1的射極電阻R4上，經(jīng)二極管D1隔離后，作為BG1基極電壓的比較電壓，由于u2、u1的有效值分別為50V、10V，使BG1只有當(dāng)Ucb過零(或接近零點(diǎn))時(shí)才導(dǎo)通，產(chǎn)生同步過零脈沖，經(jīng)BG2整形放大、BG3射隨后通過電阻R7加到可控硅T的控制極，觸發(fā)其導(dǎo)通，使負(fù)載Z從交流零位得電工作，T導(dǎo)通后由電阻R8、二極管D4組成的鉗位電路鉗位，R8的余端接a端，D4的陰極接T的陽極，將T鉗制于導(dǎo)通狀態(tài)，構(gòu)成電源通路，由于二極管D3跨接在BG1的基極與T的陽極之間，當(dāng)T導(dǎo)通后，反過來將BG1的基極鉗制于低電位，迫使BG1截止，消除觸發(fā)脈沖，實(shí)現(xiàn)可控硅T的一次性觸發(fā)。
2.按照權(quán)利要求1所述的無觸點(diǎn)零位開關(guān)，其特征是有一條R8、D4串聯(lián)鉗位支路，該支路D4的陰極接T的陽極R8的余端接a端。
3.按照權(quán)利要求1所述的無觸點(diǎn)零位開關(guān)，其特征是有一個(gè)鉗位二極管D3，D3的陽極接BG1的基極，D3的陰極接T的陽極。
專利摘要本實(shí)用新型是一個(gè)以零位觸發(fā)及鉗位電路為主要組成的無觸點(diǎn)零位開關(guān)，它能保護(hù)電器在開關(guān)瞬間免受高電壓(如鋒值311V)，大電流的沖擊，只有當(dāng)電源電壓過零或接近零時(shí)，可控硅才被觸發(fā)導(dǎo)通并鉗位構(gòu)成電源通路，使電器在電源電壓過零時(shí)得電工作或斷電，可適用于多種電器，適用范圍廣，可大大降低開關(guān)瞬間的電磁噪聲，減少電磁污染，延長電器的使用壽命。
文檔編號(hào)H03K17/13GK2253071SQ9523337
公開日1997年4月23日 申請(qǐng)日期1995年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月16日
發(fā)明者袁漢運(yùn) 申請(qǐng)人:袁漢運(yùn)