专利名称：多参量自动化控制用功率模块的制作方法
技术领域：
本实用新型用于对温度、时间、湿度、光照、压力、声强的自动化定量控制，属于对物理参量的自动化控制器件的技术领域。
通常，在对温度、时间、压力、湿度、光照、声强等物理参量的定量恒定控制时，是采用分立元件，按一定的功能要求设计连接，最后通过功率触点继电器来控制加热、制冷、调压、调湿、定时、调光、控声等，使负载与电力线之间接通或切断。以恒温干燥箱为例，其自动控温系统一般有采样电路，比较电路、放大电路、推动输出电路，以及功率触点继电器和电炉丝。再与采样传感器构成一个反馈闭环控制系统，完成对电炉丝的通电和断电，以达到恒温目的。另外，为使其各电路部份工作，还必须配置为每个单元电路所需的交直流电源系统电路，其有几个明显的缺点(1)结构复杂，系统庞大、元器件多、按装困难、存在调试问题；(2)故障率高，继电器为触点开关、寿命有限；(3)功耗大，存在大量的伺服无功功耗；(4)触点通断的瞬间，产生电弧、火花、干扰，严重地影响周围电子设备的正常运转，尤其是自动化控制设备；(5)由于有触点火花，不能用于需防爆的场所，如井下；(6)酸碱、高湿环境可破坏其工作，损坏系统；(7)成本高，几千瓦的恒温箱的控制部份的制造成本一般也要几百元。
本实用新型的发明目的就是针对以上存在的实际问题进行设计，从而制造了一种多参量自动化控制用功率模块，该模块具有体积小、成本低，控制功能强、负载功率大，能适用于普通的自动化控制及高湿及酸碱气体中或用于防爆的领域中。
本实用新型的多参量自动化控制用功率模块主要由4个部分所组成，即比较器(1)、控制器(2)、输出电路(3)、电源电路(4)。以该四个部分组成的模块，再加上外围的传感器(5)、参量设定(6)及负载(7)就可以形成一个完整的自动控制闭环回路。本实用新型模块中的比较器(1)主要由一只运算放大器F1为主组成，该运算放大器F1的两个输入端分别接在由电阻R3、R4、R5、R6以及外围电路的传感器RT和参量设定电阻RW所组成电桥的两个中点，即运算放大器F1的同相输入端接在电阻R5与R6之间，其反向输入端接在电阻R3与R4之间，电阻R4与R6的另一头分别通过该模块的外接引线脚L6和L4与外围电路的传感器RT和参量设定电阻RW相连接，运算放大器F1的输出端接光电耦合器“GE”的发射端，其光电耦合器GE的接收端与控制器(2)相连接。控制器部分主要由晶体管BG2和单向可控硅T1所组成，晶体管BG2的基极接在电阻R9与R10之间，接收来自光电耦合器的开关信号，晶体管BG2的集电极与单向可控硅T1的控制端相连，单向可控硅T1的另外两端分别接至输出电路(3)。输出电路(3)主要由4只二极管和一只大功率双向可控硅T2所组成，双向可控硅T2的A1和A2两端分别接在电源的两端，其控制端G通过一只电阻R12与A2端所接的电源端相接，四只二极管的接法如下二极管D2的正端接D5的负端并与双向可控硅T2的控制极G相连接，其D2的负端接在D3的负端；D4的正端接在D5的正端，D4的负端与D3的正端相连。电源电路(4)由晶体管BG1及稳压管DW1、DW2、偏置电阻R2和滤波电容C1、C2所组成，将全部器件密封在绝缘的树脂中，只留6个外接引线脚，即，一个传感器引出脚L4，一个参量设定引出脚L6，一个共地引出脚L5，另外还有电力输入脚L1和L3及负载引线脚L1和L2。
该模块的工作原理和工作过程为由电阻R3、R4、R5、R6及RW和RT组成电平比较网络，其中RW和R7分别为外围电路的参量设定电阻和传感器(如温度电阻、力敏电阻、湿敏电阻及光敏电阻等)，选择RW的阻值大小，可预置该模块的控制参数，如控温点等。在工作时，RT随被测实际参数的变化而变化，即当被测的温度、压力、湿度、光强在变化时，RT的阻值也随之发生变化。下面以控制温度为例说明该模块的工作原理和工作过程。首先设定RT为负温度特性的热敏电阻，当温度上升时，RT阻值下降，运算放大器F1的同相端电位下降，其输出端由原来的高电平状态跳变为零电平状态，使光电耦合器GE导通。电路中R7是正反馈电阻，可加速运算放大器F1的翻转速度，改变其阻值的大小，可改变控温回差精度，也可以防止电路的临界振荡。
光电耦合器将来自比较器(1)的“0”或“1”信号送到控制器(2)，在该控较器中的单向可控硅T1根据前级送来的“0”或 “1”的控制信号，截止或导通，从而控制了输出电路中的双向可控硅T2的截止或导通。当可控硅T1触发导通时，其输出端交流电源通过负载二极管D2～D4、可控硅T1及电阻R12构成回路，并在电阻R12上形成压降，而该压降就作为输出电路中的双向可控硅T2的触发信号，正半周时，电流经D3、T1、D5流进T2的触发极G，使T2导通，此时负载就有电流流过。在负半周时，电流经D2、T1、D4使T2导通，负载有电流流过。
将本实用新型中的比较器(1)稍加改动，改为定时器，而其它部分不动，就可以制成时间模块，它可以根据所设定的时间，精确定时。该部分仍以运算放大器F1为中心，加上电阻R13、R14及外接电阻RF、二极管D6、电容C5组成一个积分计时电路，运算放大器F1的反向输入端接在电阻R13、R14之间，同时与电容C4相连，电阻R13和R14的另外一个头分别接至正电源和地，其运算放大器F1的同相输入端分别接至二极管D6的负极、电容C5的正极及外接电阻RF，二极管D6的正端接正电源，电容C5的负端接在运算放大器F1的输出端，外接启动开关AN的一头接正电源，另一头接在电容C4上，同时该点通过电阻R15与地相连。当外接的启动开关AN未接通时，F1的同相端由外接电阻RF提供电平，此时F1的输出端为高电平，即“1”态，此时电容C4两端也无电位差；当启动开关AN接通后，F1经过一定的积分时间后，其输出端由“1”跳变为“0”，因此适当选择电阻RF和电容C5的大小，可以改变计时的长短。
采用本实用新型的多参量自动化控制用功率模块其优点在于该模块与通常用于自动化控制的控制系统相比，其体积大大缩小(只有原来系统的几十分之一)，一个器件，6个引出线，使得设备安装变得非常简单。基本上无需维护保养。其正常使用寿命远高于原系统，省去了伺服供电系统，节省了能耗，再由于使用无触点开关——可控硅为功率开关元件，不但能延长使用寿命，更重要的是无触点火花、无机械噪声、开关频率高、控制精度也高、还可以安全地用在易爆易燃场所，成本只有原来的控制系统的几十分之一，再由于全部器件被密封在绝缘的树脂内部，只有6个引出脚在外，故可以可靠地工作在一般酸、碱环境或高湿的环境中，并且不怕震动。
图1是本实用新型的电路原理框图。
图2是本实用新型的电路原理图。
图3是本实用新型时间模块中积分计时电路的电路原理图。
本实用新型的实施方案如下运算放大器F1采用其输出端在“0”电平时具有拉电流性能的运算放大器，电阻R3、R4、R5、R6均为10KΩ，R7为10MΩ，光电耦合器采用的型号为“TIL113，晶体管BG2的型号为“5551”，单向可控硅T1的型号为“CRIA”，双向可控硅T2选用耐压大于400V，电流根据实际控制对象的需要而定。根据以上所述将元件装好后，用环氧树脂将其封装，只留6个引线脚，即参量设定引线脚L6，共地引线脚L5，传感器引线脚L4，电力线引线脚L3和L1，负载引线脚L2和L1，这样便组成了本实用新型的多参量自动化控制用功率模块。
权利要求1.一种用于自动化控制的功率模块，由采样电路信号处理电路、控制输出电路所组成，其特征在于该模块由比较器(1)、控制器(2)、输出电路(3)、电源电路(4)所组成，其中比较器(1)由一只运算放大器F1为主所组成，该运算放大器F1的同相输入端接在电阻R5与R6之间，其反向输入端接在电阻R3与R4之间，电阻R4和电阻R6的另一头分别通过模块的外接引线脚L6和L4与外围电路的参量设定电阻Rw和传感器RT相连接；控制器(2)中的晶体管BG2的基极接在电阻R9与R10之间，其集电极与单向可控硅T1的控制端相连，单向可控硅T1的另外两端分别接至输出电路(3)；输出电路(3)主要由4只二极管和一只大功率双向可控硅T2所组成，双向可控硅T2的A1和A2两端分别接在电源的两端，其控制端G通过一只电阻R12与A2端相连，4只二极管的接法为D2的正端接D5的负端并与双向可控硅T2的控制极G相连接，其D2的负端接在D3的负端，D4的正端接在D5的正端，D4的负端与D3的正端相连。
2.根据权利要求1所述的多参量自动化控制用功率模块，其特征在于该模块只有6个引出脚，即传感器引出脚L4、参量设定引出脚L6，共地引出脚L5、另外还有电力输入脚L1和L3及负载引出脚L1和L2。
3.根据权利要求1或2所述的多参量自动化控制用功率模块，其特征在于将该模块中的比较器(1)换成定时器，即成时间控制模块，该部分仍以运算放大器F1为中心，加上电阻R13、R14及外接电阻RF、二极管D6、电容C5组成一个积分计时电路，在该电路中，二极管D6负极、电容C5的正端与运算放大器F1的同相端相连，其D6正端接正电源，电容C5的负端接运算放大器F1的输出端。
专利摘要多参量自动化控制用功率模块是一种集温度控制仪、压力控制仪、湿度控制仪、光照强度控制仪等为一身的小型厚膜模块，该模块的内部电路主要由比较器、控制器、输出电路、电源电路，以及计时电路所组成，加上外接的传感器和参量设定电阻便组成了一个完整的自动化控制闭环回路，该模块只有6个外接引线脚。但其功能却十分完善，并且不需要外接稳压电路，可直接与市电220V或380V电源相接，并直接带动负载。
文档编号G05B11/16GK2056767SQ89205429
公开日1990年5月2日 申请日期1989年10月13日 优先权日1989年10月13日
发明者方洪, 沈宁, 沈健, 刘国强, 方联, 刘学俊 申请人:方洪, 沈宁