可控硅的保护及软启动电路的制作方法

本发明涉及可控硅的保护和启动技术领域，尤其涉及一种可控硅的保护及软启动电路。

背景技术：

在许多交流设备中会用可控硅做控制，但使用可控硅过程中可控硅容易损坏：

第一，交流设备在运行过程中，各种干扰使得在可控硅两端产生较大干扰，其尖峰电压经常超可控硅的极限电压从而损坏可控硅，常用的方法是在可控硅两端并联rc阻容吸收网络，利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率。如图5所示为常用的可控硅的rc阻容电路，但rc阻容电路尽管可以限制电压的上升，但由于电阻的存在，尖峰电压不能被完全吸收，其过高电压仍可能击穿可控硅，且尖峰电压对电阻的耐压要求也比较高；同时由于有电容的存在，电容储存能量，在可控硅导通瞬间电容对可控硅放电，导致可控硅有大电流通过也有可能损坏可控硅，故rc阻容电路不仅不能完全对可控硅进行过流保护，而且还增加了过流损坏的风险。

第二，由于可控硅控制设备(如交流电机)时，由于电机尚未运转，在设备启动瞬间电流能够达到几倍甚至于数十倍额定电流；当电机是在交流峰值点启动时，如电压为ac220v，如图6所示，若电机内阻是1ω时，启动电流为相当于电网短路。启动期间的大电流，不仅有可能损坏可控硅，同时严重破坏了电网电能的品质，影响其它用电设备的正常运行和用电，还可能造成电网的跳闸等等，严重影响了生产和生活的用电。

技术实现要素：

本发明提供了一种可控硅的保护及软启动电路，既防止过压击穿可控硅或电流过大烧断可控硅，又能避免对电网的冲击，保证设备和电网的可靠运行。

为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：可控硅的保护及软启动电路，包括过零检测电路、控制电路、可控硅触发电路和可控硅保护电路，过零检测电路的输入端与交流电源连接，过零检测电路的输出端与控制电路连接，交流电源提供交流信号，过零检测电路将交流信号转变为与输入交流信号周期相一致、相位差为0或180度方波信号，控制电路检测到过零检测电路输出方波的上升沿或下降沿时开始延时，延时一段时间后，控制电路输出可控硅的触发脉冲给可控硅触发电路，可控硅触发电路用于控制可控硅q2的导通和关闭，可控硅保护电路用于对可控硅q2提供过流和过压保护。

作为本发明的优化方案，可控硅保护电路包括压敏器件和电流保险丝f1，压敏器件与可控硅q2并联连接，电流保险丝f1与可控硅q2串联连接。

作为本发明的优化方案，压敏器件为压敏电阻rv1。

作为本发明的优化方案，可控硅触发电路包括第一电阻r1、第二电阻r2和三极管q1，第一电阻r1的一端连接控制电路的输出端，第一电阻r1的另一端连接三极管q1的基极，第二电阻r2的一端与三极管q1的集电极相连，第二电阻r2的另一端与可控硅q2的g端相连接。

作为本发明的优化方案，可控硅触发电路还包括第三电阻r3和第一电容c1，第三电阻r3的一端和第一电容c1的一端连接在可控硅q2的g端，第三电阻r3的另一端和第一电容c1的另一端均接地。

作为本发明的优化方案，过零检测电路包括第四电阻r4、第五电阻r5、第三电容c3和比较器u1，第四电阻r4的一端连接交流电源，第四电阻r4的另一端、第五电阻r5的一端和第三电容c3的一端均与比较器u1的正极相连，比较器u1的负极接地，比较器u1的输出端与控制电路连接。

作为本发明的优化方案，控制电路检测到过零检测电路输出方波的上升沿或下降沿时开始延时，延时一段时间后，控制电路输出可控硅的触发脉冲给可控硅触发电路，使可控硅q2导通；控制电路接收到下一个过零脉冲时，触发脉冲关闭；延时时间的长短决定了可控硅q2导通角的大小，刚上电时，延时时间最长，导通角最短，加在设备上的电压有效值最低，随着运行时间的推移，延时时间减少，导通角增加，加在设备上的电压有效值加大，使得设备缓慢启动。

本发明具有积极的效果：1)本发明通过压敏器件和电流保险丝进行过流保护和过压吸收保护，有效的防止过压击穿可控硅或电流过大烧断可控硅；

2)本发明控制电路输出延时的触发脉冲，使得设备上电压逐渐增加，从而实现设备的平滑加速直至全部启动，既避免设备(交流电机等)对电网的大电流冲击，又保障电网和设备的可靠运行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的整体原理框图；

图2为本发明的电路原理图；

图3为过零检测电路的输入输出波形图；

图4为使用本发明后可控硅的导通角与控制电路输出的可控硅的触发脉冲对照图；

图5为常用的可控硅的rc阻容电路；

图6为交流电源电压波形图。

1、过零检测电路，2、控制电路，3、可控硅触发电路，4、可控硅保护电路，5、设备。

具体实施方式

如图1-6所示，本发明公开了一种可控硅的保护及软启动电路，包括过零检测电路1、控制电路2、可控硅触发电路3和可控硅保护电路4，过零检测电路1的输入端与交流电源连接，过零检测电路1的输出端与控制电路2连接，交流电源提供交流信号，过零检测电路1将交流信号转变为与输入交流信号周期相一致、相位差为0或180度方波信号，控制电路2检测到过零检测电路1输出方波的上升沿或下降沿时开始延时，延时一段时间后，控制电路2输出可控硅的触发脉冲给可控硅触发电路3，可控硅触发电路3用于控制可控硅q2的导通和关闭，可控硅保护电路4用于对可控硅q2提供过流和过压保护。

如图2所示，可控硅保护电路4包括压敏器件和电流保险丝f1，压敏器件与可控硅q2并联连接，电流保险丝f1与可控硅q2串联连接。压敏器件为压敏电阻rv1。其中，压敏电阻rv1的作用是过压保护，电流保险丝f1的作用是过流保护。压敏电阻rv1与可控硅q2并联，由于压敏电阻是一个阻值会随着两端电压而发生变化的电阻。一般来说当两端电压接近临界值时电阻值会迅速降到很小，其两端电压被钳位，因此可控硅q2上的电压可以被有效钳位。串联电流保险丝f1作用是，若接通时电流过大时，电流保险丝f1会断开，限制电流保护触点。压敏电阻rv1可以用其它压敏器件如tvs等代替。电流保险丝f1可以用自恢复保险丝。限流也可以由控制电路2去采样，当电流过大时，关闭可控硅q2。

可控硅触发电路3包括第一电阻r1、第二电阻r2和三极管q1，第一电阻r1的一端连接控制电路2的输出端，第一电阻r1的另一端连接三极管q1的基极，第二电阻r2的一端与三极管q1的集电极相连，第二电阻r2的另一端与可控硅q2的g端相连接。控制电路2输出可控硅的触发脉冲给可控硅触发电路3，当三极管q1的基极输入高电平时，三极管q1导通，当三极管q1的基极输入低电平时，三极管q1截止，通过控制三极管q1的导通和截止来控制可控硅q2的导通与截止。

可控硅触发电路3还包括第三电阻r3和第一电容c1，第三电阻r3的一端和第一电容c1的一端连接在可控硅q2的g端，第三电阻r3的另一端和第一电容c1的另一端均接地。第三电阻r3和第一电容c1组成滤波电路。

过零检测电路1包括第四电阻r4、第五电阻r5、第三电容c3和比较器u1，第四电阻r4的一端连接交流电源，第四电阻r4的另一端、第五电阻r5的一端和第三电容c3的一端均与比较器u1的正极相连，比较器u1的负极接地，比较器u1的输出端与控制电路2连接。输入交流信号每过零一次，比较器u1输出的高低电平变化一次，从而，控制电路2得到与输入交流信号周期相一致、相位差为0或180度方波信号。第三电容c3和第二电容c2是滤波电容。图3为过零检测电路1的输入输出波形图。

如图4所示，控制电路2检测到过零检测电路1输出方波的上升沿或下降沿时开始延时，延时一段时间后，控制电路2输出可控硅的触发脉冲给可控硅触发电路3，使可控硅q2导通；控制电路2接收到下一个过零脉冲时，触发脉冲关闭；延时时间的长短决定了可控硅q2导通角的大小，刚上电时，延时时间最长，导通角最短，加在设备5上的电压有效值最低，随着运行时间的推移，延时时间减少，导通角增加，加在设备5上的电压有效值加大，使得设备5缓慢启动。然后再延时一段时间后再输出可控硅触发脉冲。周而复始，控制设备的运行。延时时间的长短决定了可控硅q2导通角多少，从而决定了设备的功率的大小。刚上电时，延时时间最长，时间是交流电的半周期，可控硅q2导通时间最短，即导通角最短，加到设备5上的电压有效值最低，这样功率和电流也低。随着运行时间的推移，延时时间减少，可控硅q2导通时间加长，即导通角增加，加到设备上的电压有效值加大，设备也开始慢慢进入正常运行状态，比如电机慢慢进入正常转动，电机功率恢复到正常运行时的功率，电流大大减小，就避免了开机电流过大的问题。

如图4所示，控制电路2检测到过零信号即比较器u1输出的上升沿或下降沿时开始延时，延时一段时间后，控制电路2输出高电平，可控硅导通。随着运行时间的推移，每次过零后的延时逐渐减小，可控硅q2导通的时间逐渐增加，直到整个半周期。这样设备上电压逐渐增加，从而实现设备的平滑加速直至全部启动。图4中的a是可控硅导通角，控制电路2可以用控制器或硬件延时电路来实现。

由于可控硅q2导通后只要其维持电流不小于其额定值，可控硅q2就一直导通，为降低整个控制电路2的电源消耗，驱动高电平可以用短时间单脉冲来代替，为防止驱动不成功，也可以用占空比较小的pwm来代替。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。