专利名称:双向晶闸管变脉冲移相触发器的制作方法
本发明涉及一种新型的双向晶闸管移相触发器。它用在交流调压器上用来控制双向晶闸管主电路的导通角，以调节主电路的负载上的电压和功率。它适合于在阻性负载和感性负载的主电路上使用，特别适合于在低压、大电流和重感性负载的主电路上使用。
现有的双向晶闸管触发电路有单结晶体管弛张振荡触发电路、同步信号为锯齿波的触发电路、同步信号为正弦波的触发电路、双向触发二极管转折式触发电路等。KC05可控硅移相触发器是这几种电路中较好的一种，它主要由同步信号(锯齿波)形成电路、微分电路和功率放大电路等组成，同步电压经锯齿波形成电路与外部输入的移相控制电压进行比较放大，再经阻容微分电路和功率放大电路后得到脉冲宽度在小范围内可调的移相脉冲，由脉冲变压器次级输送到双向晶闸管门极回路，使主电路导通。KC05可控硅移相触发器具有移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制等优点，其主要技术指标在国际上的同类产品中具先进水平，但在试验中，发现它还存在下列问题。
1、KC05可控硅移相触发器的同步信号为锯齿波，当控制角α较大时，干扰信号容易进入触发电路，使触发信号动态前移，造成误触发，对主电路为感性负载的电路，这种误触发易引起直流分量，造成过电流烧毁熔断器;此外，由于触发脉冲的形成是由锯齿波和移相电压进行比较放大得到的，当电源电压发生瞬态变化时，也会引起导通角的变化，造成整个系统工作不可靠。
2、KC05可控硅移相触发器的触发脉冲宽度的最大值为2mS对感性负载，此脉冲宽度仍不够。因为在控制角α较小时，在α＜φ(φ为感性负载的功率因数角)的区间内，会产生“单向半波整流现象”，使双向晶闸管只能单向导通，结果会造成过电流烧坏设备的危险。
3、由于双向晶闸管结构的限制，当主电路电流换向时，将在门极引起一个反向恢复电流，在KC05可控硅移相触发器上，反向电流经脉冲变压器形成电流回路，给门极一个脉冲，可能造成误触发。在门极回路上，串联一个二极管，对Ⅰ到Ⅲ的换向有利，但不能解决从Ⅲ到Ⅰ的换向问题。
由上所述，对用于大功率感性负载的双向晶闸管移相触发器，在本发明公开之前，尚没有得到解决，在所能检索到的文献中，反映出来的情况同样也是如此。
为了解决用于感性负载的双向晶闸管的触发问题，有人曾通过试验指出，最好采用后沿固定、前沿可移的宽度δ＝180°-α的触发脉冲来代替通常所用的窄脉冲，但是，迄今没有人提出过具体的实施方案。
本发明的任务就是要提供一种新型的双向晶闸管移相触发器，它能够输出抗干扰性强的对瞬态冲击电流可以限流的脉冲宽度δ＝180°-α的强触发脉冲，从而解决双向晶闸管移相触发器用于感性负载问题。
本发明的任务是以如下方式完成的
触发脉冲的形成是通过一称为相波器的集成电路块来实现的。由阻容移相器产生的移相电压和与主电路同步的同步电压在一开关电路上进转相与逻辑关系，其重叠的相与信号(本发明所称的相波器就是由此而得名)形成触发脉冲输出。按照输出触发脉冲的不同和所采用的开关电路的不同，相波器可分为全变式相波器和半变半定移式相波器两种结构，前者采用晶体管放大开关电路，输出后沿固定、前沿可移的脉冲宽度δ＝180°-α的强触发脉冲(由于输出的脉冲宽度随α而变，故本发明把这种相波器称为全变式相波器);后者采用TTL电路，当α≤90°时，输出δ＝90°的触发脉冲，当α＞90°时，输出δ＝180°-α的触发脉冲(由于输出的触发脉冲在180°范围内，一半为定宽脉冲，一半为随α而变化的脉冲，故本发明把这种相波器称为半变半定移式相波器)。由于移相信号和同步信号均经大幅度削波处理，使外界杂散信号也被大幅度削减。又由于触发脉冲是移相电压和同步电压相与的产物，这样就避免了因电源电压瞬态变化而引起主电路导通角的变化。
触发脉冲的放大和门极瞬态电流的制是由称为驱动器的集成电路块来实现的。从相波器输入的触发控制信号功率放大和波形改善后，由动态恒流源来限制触发脉冲或外部的瞬态过电流，以防止门极由于大电流冲击而烧坏(由于这种集成块的输出是直接送往门极回路的，故本发明把这种集成电路块称为驱动器)。当驱动器没有触发信号输入时，内部呈现高阻状态，双向晶闸管的门极相当于开路，这样就提高了双向晶闸管主电路的抗干扰能力和换向能力。驱动器可分为四种形式
(1)单向驱动器;
(2)带辅助电源的单向驱动器;
以上两种驱动器的门极触发方式为Ⅱ-Ⅲ-，Ⅱ+Ⅲ+。
(3)双电源互补式输出的双向驱动器;
(4)单电源电容桥式输出的双向驱动器。
以上两种驱动器的门极触发方式为Ⅱ+Ⅲ-，Ⅱ-Ⅲ+。
相波器和驱动器可以做成集成电路块的形式，当然也可以用分立元件组成。
由相波器输出的触发控制信号是通过光电耦合器输入到驱动器的。信号的耦合靠光传递，在相波器没有信号输出时，驱动器与相波器之间是隔离的，门极没有回路，任何信号不能进入门极回路，同时主电路的任何电压也无法窜入控制系统。
以相波器和驱动器可以形成下列八种不同的双向晶闸管变脉冲移相触发器(A)以全变式相波器和单向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;
(B)以全变式相波器和带辅助电源的单向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;
(C)以半变半定移式相波器和单向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;
(D)以半变半定移式相波器和带辅助电源的单向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;
以上四种的门极触发方式为Ⅱ-Ⅲ-、Ⅱ+Ⅲ+。
(E)以全变式相波器和双电源互补式输出的双向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;
(F)以全变式相波器和单电源电容桥式输出的双向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;
(G)以半变半定移式相波器和双电源互补式输出的双向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;
(H)以半变半定移式相波器和单电源电容桥式输出的双向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器。
以上四种的门极触发方式为Ⅱ+Ⅲ-、Ⅱ-Ⅲ+。
以下将结合附图对本发明作进一步的描述图1是全变式相波器的原理及其外接元件图，虚线框内为集成电路块，虚线框外为其外接元件。
图2是和图3是全变式相波器的波形图。
图4是半变半定移式相波器原理及其外接元件图，虚线框内为集成电路块，虚线框外为其外接元件。
图5和图6是半变半定移式相波器在α＞90°时的波形图。
图7和图8是半变半定移式相波器在α≤90°时的波形图。
图9是单向驱动器原理及其外接元件图，虚线框内为集成电路块，虚线框外为其外接元件。
图10是带辅助电源的单向驱动器原理及其外接元件图。虚线框内为集成电路块，虚线框外为其外接元件。
图11是单向驱动器的波形图。
图12是双电源互补式输出的双向驱动器原理及其外接元件图。虚线框内为集成电路块，虚线框外为其外接元件。
图13是单电源电容桥式输出的双向驱动器原理及其外接元件图。虚线框内为集成电路块，虚线框外为其外接元件。
图14和图15是双向驱动器的波形图。
图16是以全变式相波器和单向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器。
图17是以全变式相波器和带辅助电源的单向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器。
图18是以半变半定移式相波器和单向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器。
图19是以半变半定移式相波器和带辅助电源的单向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器。
图20是以全变式相波器和双电源互补式输出的双向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器。
图21是以全变式相波器和单电源电容桥式输出的双向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器。
图22是以半变半定移式相波器和双电源互补式输出的双向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器。
图23是以半变半定移式相波器和单电源电容桥式输出的双向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器。
全变式相波器的工作原理如下参照图1、图2和图3，由阻容移相器输出的移相电压经外接电阻R′1输入到全变式相波器集成块的1＃、3＃端子，R′1与外接电容C′1、C′2及集成块内的稳压管DW1和DW2组成移相电压的削波稳压电路，移相电压在DW1和DW2上分别得到半波峰值6V电压;与主电路同步的同步电压经外接电阻R′2输入全变式相波器集成块的4＃、6＃端子，R′2与外接电容C′3、C′4及集成块内的DW3和DW4组成同步电压的削波稳压电路，在DW3、DW4上分别得到半波峰值为8V电压。
R1、二极管D1、D3、R3、三极管Tr1、R5、R7和R2、D2、D4、R4、Tr2、R6、R8分别组成全波相敏放大开关电路的正负半波电路。移相电压的正半波经R1、D1送入Tr1的基极与同步电压在Tr1上进行相与的逻辑关系，重叠的信号相与由Tr1的集电极输出，其脉冲宽度δ＝180°-α，R1是开关管Tr1的基极限流电阻，R3并联在Tr1的基极和发射极间，用来减小管子的漏电流和提高Tr1的工作稳定可靠性，当Tr1截止时，R7端电压接近“0”，处于理想的开关状态，在移相电压正半波输入时，Tr2截止。D1和D3起反压保护作用。移相负半波输入时，Tr1截止，Tr2导通，工作原理同上。
Tr3、Tr4，R9～16和外接电容C′5、C′6组成倒相器，将输出变脉冲变成共负极的高电位输出。C′5和C′6是微分电容，用来提高脉冲前沿幅度，形成强触发脉冲输出，连接在输出端的D5、D6起反向隔离作用。由输出端11＃、12＃输出两个半波的单向相位差180°的脉冲。若把11＃、12＃端子连接在一起，则输出全波单向脉冲。图2和图3是全变式相波器输出为全波单向脉冲的波形图。
半变半定移式相波器的工作原理如下参照图4、图5、图6、图7和图8，由阻容移相器输出的移相电压经外接电阻R′11输入到半变半定移式相波器集成块的1＃、3＃端子，R′11与外接电容C′11、C′12及集成块内的稳压管DW11和DW12组成移相电压的削波稳压电路，移相电压在DW11和DW12上分别得到半波峰值6V波形近似矩形波的电压，R21、D11和R23作为分压输入逻辑与非门的信号电路，在R23上形成正半波的4V正电平(脉宽约为10ms);同样，在对称电路的R24上形成负半波的4V正电平。同步电压经外接电阻R′12输入半变半定移式相波器集成块的4＃、6＃端子，R′12与外接电容C′13、C′14及集成块内的DW13和DW14组成同步电压的削波稳压电路，在DW13、DW14上分别得到半波峰值8V波形近似矩形波的电压，R29、D15、R31和R30、D16、R32分别组成正负半波的分压电路，在R31和R32上交替加有4V正电平，分别输入双路与非门逻辑电路M7和M8，集成块11＃端子外接直流电源正极，12＃端子接直流电源负极，直流电源电压为5V。
正负半波两组TTL与非门积分型单稳态电路，分别由M1、R25M3及外接电容C′15组成一路，由M2、R26、M4及外接电容C′16组成另一路。当R23的上端为低电平时，M1的输出端V01为高电平，VB为低电平，VA为高电平，则V03为高电平，电路处于稳定状态，当正半波的约10ms的移相电压输入时，R23上端得到高电平4V，M1门导通，V01变成低电平，因为VA与外接电容C′15相接，VA不能跃变，所以仍为高电平，而此时VB已变为高电平，故M3门导通，V03变成低电平，电路进入暂稳状态，外接电容C′15经R25及M1放电，当VA变成低电平时，M3截止，V03回到高电平，电路回到稳定状态。当R25为定值时，输出脉冲宽度取决于C′15的大小。
M5是倒相器，将M3输出的低电平经M5变成高电平，并使输出脉冲上升沿得到改善。双与非门逻辑电路M7一个输入端和M5相连，另一个输入端与R31的上端相接，当两路信号同时为高电平时，M7输出低电平，再经反相器M9输出高电平，其它状态M9输出为低电平，负半波的触发脉冲由M10输出。通过隔离二极管D13和D14分别与输出端子9＃、10＃相接，输出两个半波的单向相位差180°的脉冲。若把9＃、10＃端子连在一起，则输出全波单向脉冲。
移相电压输入时其宽度为180°，正负半波交替地分两路送入对称的单稳态电路，经转化为脉宽为90°的移相信号，此信号与同步信号相与，在α＞90°时，输出脉冲宽度δ＝180-α的触发脉冲，在α≤90°时，输出脉冲宽度δ＝90°的触发脉冲。
单向驱动器的工作原理如下
参照图9和图11，单向驱动器是串联在双向晶闸管KS的门极G与直流电源负极间的把相波器输入的触发信号加以放大，对瞬态冲击电流限制并改善波形的电子功率开关。驱动器集成块的端子6＃经并联的外接电阻R′20和外接电容C′20与双向晶闸管的门极G相连。端子1＃与直流电源的负极相连。相波器输出的信号送入光电耦合器K的发光二极管，光电耦合器的光敏三极管的发射极和集电极分别与端子3＃和2＃相连。由于信号的耦合靠光传递，单向驱动器与相波器间隔离可靠。
当相波器无触发脉冲输出时，K的光敏三极管呈高阻状态，端子2＃，3＃间相当于开路，Tr13、Tr12和Tr11均呈高阻状态，单向驱动器开路，KS的门极没有回路，任何信号不能进入门极回路。当相波器输出触发脉冲时，K的光敏三极管受光导通，形成Tr13的基极电流，其回路为直流电源正极→KS(T1)→KS(G)→R′20∥C′20→D21→R41→beTr12→beTr13→2＃→K的光敏三极管→R45→直流电源负极，Tr13饱和导通。Tr13的集电极上有限流电阻R43和R44，R44两端通过端子3＃、4＃与外接电容C′22并联，Tr13导通瞬间，C′22两端电压不能跃变，C′22相当于将R44短路，Tr13的IC13起始较大，IC13为复合功率管Tr12和Tr11的基极电流，IC11随IC13而变化，故IC11初始电流较大，形成强触发脉冲电流。随C′22的充电，IC13逐渐减少，当IC11小于其饱和值时，IC11随IC13的减小而减小，Tr11管压降增大。C′22上的电荷在相波器触发信号中断的间隙中，瞬间通过R44放掉。IC11形成KS的门极电流，使KS的主电路导通。二极管D21接在输出端上，起反向保护作用。R41、稳压管DW21和Tr12组成动态恒流源，限制瞬态过电流，当输出脉冲峰值电流小于0.8A时，恒流源不起作用。由于KS两主电极T1、T2间并联有RC吸收电路，当T2-T1开通瞬间，RC电路放电，放电回路为C的正极→R→KS(T2)→KS(G)→R′20∥C′20→单向驱动器→直流电源→C的负极，当瞬态电流大于1A时，在R41两端形成瞬时压降2V以上，大于1.8V的DW21的启燃电压，于是，Tr12形成负偏置，其基流减小，IC12减小，Tr11的基流也减小，Tr11的内阻自动增大，限制瞬态的冲击电流，防止门极由于RC放电产生的大电流冲击而烧坏。
单向驱动器触发双向晶闸管KS的门极G的脉冲信号随相波器输入的信号的宽度或相位的变化而同步变化。
带辅助电源的单向驱动器的工作原理如下参照图10，和单向驱动器一个不同的地方是在单向驱动器内的R45的位置上改接一场效应管Tr14，Tr14的栅极和源极接在一起，使其成为恒流管，以使Tr13的基极电流恒定，保证Tr13的工作状态。在单向驱动器中，Tr11的集电极上接有R44和R45，随着Tr11集电极和发射极间的电压变化，R44和R45的端电压也变化，R45端电压的变化使Tr13的基流变化，R44端电压的变化也使C′22的电压发生变化，从而影响触发脉冲的强触发部分，故带辅助电源的单向驱动器和单向驱动器的另一个不同的地方是，设置一由D22～25、R46、外接电容C′32和变压器次级线圈G5H5(见图17)组成的桥式整流滤波稳压电路，作为Tr13的辅助电源从而克服上述的单向驱动器的二个缺点，使光电三极管在Tr11导通压降小时也能保证最佳工作状态，同时使C′33电压稳定，以保证稳定的强触发脉冲。
带辅助电源的单向驱动器其余部分情况和单向驱动器相同。
双电源互补式输出的双向驱动器的原理如下参照图12、图14和图15，双电源互补式输出的双向驱动器的集成电路块的5＃、6＃和＃90端子分别接光电耦合器K1和K2的光敏三极管的集电极和发射极。当相波器无触发信号输入时，光敏三极管呈高阻抗，Tr25和Tr26无基极电流，处于截止状态，Tr23Tr21和Tr24、Tr22也处于截止状态，集成电路块的输出端11＃无任何方向电流流过，此时门极回路相当于开路。当相波器发出交替对称的脉冲信号使K2和K1轮流导通时，端子5＃、6＃和9＃、10＃轮流接通和断开。当端子5＃、6＃接通时，Tr25有了基极电流，开始导通，端子4＃、3＃与外接电容C′43相接，C′43是与R55并联的，二者形成积分电路，Tr25导通瞬间，C′43两端电压不能跃变，故Tr25的集电极电流较大，使Tr21管压降较小，输出强触发脉冲的前沿部分。随C′43两端电压的上升，Tr21的管压降逐渐增大，当R55两端电压稳定时，Tr21的管压降即输出脉冲的电压也稳定，这样就使相波器输入的触发脉冲有了或改善了强触发脉冲的宽度和幅值，C′43上的充电电荷是在相波器无触发信号的另外半周内径R55放掉的。触发脉冲电流从端子1＃流入经Tr21和R51从端子11＃流出。当9＃、10＃端子接通时，5＃、6＃端子断开，端子7＃、8＃与外接电容C′42相接，工作原理同上。触发脉冲电流由端子11＃流入经Tr22和R52从端子2＃流出。这样就在输出端11＃形成正反交替的脉冲电流，于是，就在KS的门极上产生双向触发脉冲。
稳压管DW31、R51和DW32、R52是两个动态恒流源，用来限制双向晶闸管KS的门极的冲击电流，D31和D32是用来防止主回路窜入的反向电压将晶体管和双向晶闸管的门极击穿的。
参照附图20，双电源互补式输出的双向驱动器的直流电源是由外接的由D51～54构成的桥式整流电路、C51、C52、R67、R68和变压器B的次级绕组G6H6组成的。C51、C52串联后与R67、R68的串联电路并联，C51、C52的公共端，R67、R68的公共端相接后与G6H6的中间抽头相接，G6H6与桥式整流电路的输入端相接，桥式整流电路的输出端与串联后的R67、R68并联。
单电源电容桥式输出的双向驱动器的原理如下参照图13和图21，与双电源互补式输出的双向驱动器相比，它们的集成电路块是相同的，唯一的区别在于直流电源不同，单电源电容桥式输出的双向驱动器的直流电源由外接的由D55-58构成的桥式整流电路，C53、C54、C55、R71、R72和变压器B的次级绕组G6H6组成。C53为直流电源的滤波电容，C54、C55与驱动器集成块组成桥式推挽电路，C54、C55串联后与R71、R72串联电路并联，且与C53并联，并联后公共端点接桥式整流电路的输出端，G6H6与桥式整流电路的输入端相连，C54、C55的公共端和R71、R72的公共端相连后再与KS的T1相连。
以全变式相波器和单向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器的工作原理如下参照图16由变压器的次级绕组G1、H1、电位器W1、C4和W2C5组成的阻容移相器产生的移相电压经R′1和由变压器次级绕组G2H2产生的同步电压经R′2分别输入到全变式相波器中，全变式相波器由输出端11＃、12＃把触发脉冲输入到光电耦合器K的发光二极管中，限流电阻R18和发光二极管串联。通过光电耦合作用，单向驱动器由输出端6＃输出δ＝180-α的强触发脉冲，经R′20∥C′20进一步改善波形后送入双向晶闸管的门极，KS的二主电极间并联R、C吸收电路后与电抗器L熔断器RD和负载串联，然后接到交流电源上，单向驱动器由变压器B的次级绕组G3H3、桥式整流电路D41-44、C1、C2、三端集成稳压器WT、C3和D49组成的整流滤波稳压电路供给直流电。
参照图17，以全变式相波器和带辅助电源的单向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器(第二种)和上面一种(第一种)触发器不同的地方在于第二种触发器多了一个用来给带辅助电源的单向驱动器供电的变压器次级绕组G5H5，G5H5与带辅助电源的单向驱动器的端子1＃、2＃相接。
参照图18，以半变半定移式相波器和单向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器(第三种)和第一种触发器不同的地方在于相波器是半变半定移式相波器而不是全变式相波器。在α＞90°时，它输出δ＝180-α的强触发脉冲，在α≤90°时，输出δ＝90°的强触发脉冲。由变压器B的次级线圈G4H4、C9、R19、DW6和桥式整流电路D45-48组成的整流滤波稳压电路是用来供给半变半定移式相波器直流电流的。
参照图19，以半变半定移式相波器和带辅助电源的单向驱动器构成的双向晶闸管脉冲移相触发器(第四种)和第三种触发器不同的地方在于第四种触发器多了一个用来给带辅助电源的单向驱动器供电的变压器次级绕组G5H5，G5H5与带辅助电源的单向驱动器的端子1＃、2＃相接。
以上四种形式的双向晶闸管变脉冲移相触发器的门极触发形式为Ⅱ-Ⅲ-和Ⅰ+Ⅲ+。
参照图20，以全变式相波器和双电源互补式输出的双向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器(第五种)与第一种触发器的不同的地方在于第五种触发器的驱动器是双电源互补式输出的双向驱动器而不是单向驱动器。
参照图21，以全变式相波器和单电源电容桥式输出的双向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器(第六种)与第一种触发器不同的地方在于第六种触发器的驱动器是单电源电容桥式输出的双向驱动器而不是单向驱动器。
参照图22，以半变半定移式相波器和双电源互补式输出的双向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器(第七种)与第五种触发器不同的地方在于第七种触发器的相波器是半变半定移式相波器而不是全变式相波器。在α＞90°时，它输出δ＝180°-α的强触发脉冲，在α≤90°时，输出δ＝90°的强触发脉冲。由变压器B的次级线圈G4H4、C9、R19、DW6和桥式整流电路D45-48组成的整流滤波稳压电路是用来供给半变半定移式相波器直流电流的。
参照图23，以半变半定移式相波器和单电源电容桥式输出的双向晶闸管变脉冲移相触发器(第八种)和第七种触发器的不同的地方在于第八种触发器的驱动器是单电源电容桥式输出的双向驱动器而不是双电源互补式双向驱动器。
以上四种形式的双向晶闸管变脉冲移相触发器的门极触发形式为Ⅱ+Ⅲ-和Ⅱ-Ⅲ+。
作为本发明的同一构思，在负载是小功率的情况下，采用全变式相波器输出的脉冲宽度δ＝180°-α的强触发脉冲就可以使双向晶闸管主电路导通，图24就是以全变式相波器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器。它由全变式相波器、阻容移相器、同步环节和变压器B组成。它所控制的主电路由双向晶闸管和负载等组成。全变式相波器的输出端11＃、12＃与双向晶闸管KS的主电极T1相连，全变式相波器的端子5经限流电阻R′与双向晶闸管KS的门极G相连，移相电压由变压器B的次级线圈G1H1、电位器W1、C4所组成的阻容移相器产生，经外接电阻R′1、外接电容C′1、C′2输入全变式相波器中，同步电压由变压器B的次级线圈G2H2产生，经外接电阻R′2和外接电容C′3、C′4输入全变式相波器中，双向晶闸管KS的主电极T2与负载串联后接到交流电源的一个极上，主电极T1则与交流电源的另一极相接，W1与G1H1串联后与C4并联，W1和C4的公共端经R′1与全变式相波器的端子1＃相接，G1H1的中心抽头与全变式相波器的端子3＃相接。
从应用方面看，双向晶闸管可以把它看成是一对普通晶闸管的反并联，因此，作为本发明的同一构思，采用全变式相波器和单向驱动器或者全变式相波器可以构成反并联晶闸管变脉冲移相触发器。
在负载是小功率的情况下，采用全变式相波器输出的脉冲宽度δ＝180°-α的强触发脉冲就可以使反并联晶闸管主电路导通，图25就是以全变式相波器构成的反并联晶闸管变脉冲移相触发器。它由全变式相波器、脉冲变压器BT2、阻容移相器、同步环节、变压器BT1和隔离二极管D′1-4所组成。它所控制的主电路由反并联晶闸管KP1、KP2和负载组成，它和以全变式相波器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器的不同点在于前者的全变式相波器输出的强触发脉冲是通过脉冲变压器送往反并联晶闸管的门极回路的，它的全变式相波器的输出端11＃、12＃把触发脉冲输入BT2的初级线圈，初级线圈的中间抽头接“0”，BT2的二个次级线圈分别经D′1、D′3接到KP1的门极G1、阴极K′1和门极G2、阴极K′2上，反向隔离二极管D′2的正极接K′1，负极接G1，D′4的正极接K′2，负极接G2，BT2的二个次级线圈交替输出脉宽δ＝180°-α的强触脉冲，KP1和KP2反并联后与负载串联接到交流电源上。
图26是以全变式相波器和单向驱动器构成的反并联晶闸管变脉冲移相触发器，它由全变式相波器、两套单向驱动器及其直流电源，接在单向驱动器的端子6＃上的两套R′20和C′20的并联电路，接在单向驱动器输入端上的二只光电耦合器K1、K2，阻容移相器，同步环节，变压器B和两个分别接在KP1、KP2的门极与阴级间，防止反并联晶闸管门极承受反压的作用的二极管D49所组成，它所控制的主电路由反并联晶闸管KP1、KP2及其RC吸收电路，电抗器L、熔断器RD和负载等组成。它和以全变式相波器和单向驱动器构成的双向晶闸管变脉冲移相触发器不同的地方是反并联晶闸管变脉冲移相触发器用了两套单向驱动器来分别驱动两个反并联的晶闸管。
上述本发明的双向晶闸管变脉冲移相触发器与KC05可控硅移相触发器的比较如表1所示。
表1
由表1可看出，本发明解决了双向晶闸管移相触发器带感性负载的问题。此外，本发明的线路简单、工作可靠、抗干扰能力强，便于调试和维修。
作为本发明实施例的DWK-856型精密温度控制装置现已成功地用于汽车软轴热处理生产线中。DWK-856型精密温度控制装置采用了本发明中的全变式相波器，触发脉冲经推挽功率放大电路，由脉冲变压器送入双向晶闸管的门极回路(该触发脉冲放大方式效果比本发明所述的驱动器要差)，以使主电路导通。该汽车软热处理生产线功率为30KW，功率因数角为45°，过去采用电炉变压器进行温度控制，控制精度为±50℃，生产中常出现超温现象，影响软轴的质量和产量，严重时会将热处理炉中的金属护管烧熔和把电阻丝烧断，造成设备维修工作量加大和维修成本提高。在采用了DWK-856型精密温度控制装置后，控温精度可达±5°，杜绝了炉子的超温现象，在设备投资、维修和产品质量的提高方面，每年可比原有温度控制设备，提高经济效益十五万元以上。
盐浴炉是许多工业部门中热处理的通用设备。DWK-856精密温度控制装置可广泛用于各种盐浴炉上。目前国内的盐浴炉采用磁性调压器或分档接触器对盐炉变压器进行电压调节，由于是有级调节或调节方式落后，控温精度不高，当电源电压波动时，温度控制不稳定，影响产品的质量和数量。据专家粗略估算，采用DWK-856精密温度控制装置后，每台设备至少可节电20%，若全国有1200台这种设备(实际上远大于这个数目)，每台功率为100KW，一年按工作8500小时计算，全国每年予计可节电二亿度。在自动化仪表中应用本发明可使ZK类仪表扩大应用领域。此外，本发明还可应用在变流技术和电炉上。
权利要求
1.一种双向晶闸管移相触发器，由脉冲的形成与放大环节、移相环节、同步环节和变压器组成，它所控制的主电路由双向晶闸管和负载等组成，其特征是触发脉冲的形成是由相波器实现的，它有两种基本形式(A)全变式相波器，它包括把阻容移相器输入的移相电压进行削波稳压处理的由稳压管Dw1、Dw2、外接电阻R′1和外接电容C′1、C′2组成的削波稳压电路，把变压器次级线圈输入的同步电压进行削波稳压处理的由Dw3、Dw4、外接电阻R′2和外接电容C′3、C′4组成的削波稳压电路，把经过削波稳压处理的移相电压和同步电压进行相与的逻辑关系，输出变脉冲宽度信号的由限流电阻R1、二级管D1、D3、R3、三极管Tr1、R5、R7和限流电阻R2、D2、D4、R4、Tr2、R6、R8组成的全波相敏开关电路，把由在全波相敏开关电路上产生的变脉冲宽度的信号转变成共负极的高电位输出并形成脉冲宽度δ=180°-α(α为控制角)的强触发脉冲的由Tr3、Tr4、R9～16和外接微分电容C′5、C′6组成的倒相器，以及连接在输出端上起反向隔离作用的D5、D6和连接在同步电压输入端上的起反向隔离作用的D7、D8；(B)半变半定移式相波器，它包括把阻容移相器输入的移相电压进行削波稳压处理的由外接电阻R′11、外接电容C′11、C′12和稳压管Dw11、Dw12组成的削波稳压电路，由R21、D11、R23和R22、D12、R24组成的移相信号分压电路，把180°移相信号转变为脉宽为90°的移相电压的由与非门M1R25、M3、外接电容C′15和M2、R26、M4、外接电容C′16组成的单稳态电路，使经过单稳态电路的移相信号倒相的反相器M5、M6，把变压器次级线圈输入的同步信号进行削波稳压处理的由外接电阻R′12、外接电容C′13、C′14、Dw13、Dw14组成的削波稳压电路，由R29、D15、R31和R30、D16、R32组成的同步信号分压电路，使移相电压和同步电压进行相与的逻辑关系的在α＞90°时输出宽度δ=180°-α的触发脉冲、在α≤90°时输出宽度δ=90°的触发脉冲的双与非门M7、M8，使M7、M8的输出信号进行倒相的反相器M9、M10，以及连接在输出端上起反向隔离作用的D13和D14。
2.根据权利要求
1所述的双向晶闸管移相触发器，其特征是，触发脉冲的功率放大、门极瞬态冲击电流的限制和波形的进一步的改善是由驱动器实现的，驱动器有四种形式(A)单向驱动器，它包括接受来自相波器的输出信号的Tr13及其集电极电阻R43、R44和限流电阻R45，连接在R44两端并和R43串联一起用来提高强触发脉冲的宽度和幅度的外接电容C′22，复合功率管Tr12、Tr11及Tr11的偏置电阻R42，限制瞬态门极冲击电流的由R41、Tr12和在额定脉冲电流时不工作、无动态响应的DW21组成的动态恒流源，以及连接在输出端上起反向隔离作用的D21;(B)带辅助电源的单向驱动器，它包括接受来自相波器的输出信号的Tr13及其集电极电阻R43、R44，由D22～25、R46、RW22、外接电容C′32和变压器B的次级线圈G5H5组成的作为Tr13的辅助电源的桥式整流滤波稳压电路，分别与整流滤波稳压电路的端子6＃和外接光电耦合器的端子4＃相连的使Tr13的基极电流恒定的栅极和源极相连的场效应管Tr14，复合功率管Tr12、Tr11及Tr11的偏置电阻R42，连接在R44两端并和R43一起用来提高强触发脉冲的宽度和幅度的外接电容C′33，限制瞬态门极冲击电流的由R、T和在额定脉冲电流时不工作，无动态响应的D组成的动态恒流源。以及连接在输出端上起反向隔离作用的D21;(C)双电源互补式输出的双向驱动器，它包括接受来自相波器的输出信号的Tr25、Tr26及其集电极电阻R53、R55和R54、R56，限流电阻R57、R58，由R53、外接电容C′43和R54、外接电容C′42组成的用来提高强触发脉冲的宽度和幅值的积分电路，复合功率管Tr23、Tr21和Tr24、Tr22，限制瞬态冲击电流的由R51、DW31和R52、DW32组成的动态恒流源，连接在输出端上起反向隔离作用的D31和D32，以及由外接的D51-54、C51、C52、R67、R68和变压器B的次级绕组G6H6组成的双电源互补式输出的直流电源;(D)单电源电容桥式输出的双向驱动器，它包括接受来自相波器的输出信号的Tr25、Tr26及其集电极电阻R53、R55和R54、R56，限流电阻R57、R58，由R53、外接电容C′43和R54、外接电容C′42组成的用来提高强触发脉冲的宽度和幅值的积分电路，复合功率管Tr23、Tr21和Tr24、Tr22，限制门极瞬态冲击电流的由R51、DW31和R52、DW32组成的动态恒流源，连接在输出端上起反向隔离作用的D31和D32，以及由外接的D55～58、C53、C54、C55、R71、R72和变压器B的次级绕组G6H6组成的单电源电容桥式输出的直流电源。
3.根据权利要求
1和2所述的双向晶闸管移相触发器，其特征是，它有八种形式(A)以全变式相波器、单向驱动器及其由变压器B的次级线圈G3H3、D41～44、C1、C2、三端集成稳压器WT、C3和D49构成的直流稳压电源所组成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;(B)以全变式相波器、带辅助电源的单向驱动器及其由变压器B的次级线圈G3H3、D41～44、C1、C2、三端集成稳压器WT、C3和D49构成的直流稳压电源所组成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;(C)以半变半定移式相波器及其由变压器B的次级线圈G4H4、D45～48、C9、R19和DW6构成的直流稳压电源和单向驱动器及其由变压器B的次级线圈G3H3、D41～44、C1、C2、三端集成稳压器WT、C3和D49构成的直流稳压电源所组成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;(D)以半变半定移式相波器及其由变压器B的次级线圈G4H4、D45～48、C9、R19和DW6构成的直流稳压电源和带辅助电源单向驱动器及其由变压器B的次级线圈G3H3、D41～44、C1、C2、三端集成稳压器WT、C3和D49构成的直流稳压电源所组成的双向晶闸管脉冲移相触发器;(E)以全变式相波器和双电源互补式输出的双向驱动器所组成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;(F)以全变式相波器和单电源电容桥式输出的双向驱动器所组成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;(G)以半变半定移式相波器及其由变压器B的次级线圈G4H4、D45～48、C9、R19和DW6构成的直流稳压电源和双电源互补式输出的双向驱动器所组成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;(H)以半变半定移式相波器及其由变压器B的次级线圈G4H4、D45～48、C9、R19和DW6构成的直流稳压电源和单电源电容桥式输出的双向驱动器所组成的双向晶闸管变脉冲移相触发器;(A)-(D)四种形式的双向晶闸管变脉冲移相触发器的门极触发方式为Ⅰ-Ⅲ-和Ⅱ+Ⅲ+，(E)-(H)四种形式的双向晶闸管变脉冲移相触发器的门极触发方式为Ⅱ+Ⅲ-和Ⅱ-Ⅲ+。
4.根据权利要求
3所述的双向晶闸管移相触发器其特征是相波器输出的触发脉冲是通过光电耦合器K或K1、K2和限流电阻R18输入到驱动器的。
5.根据权利要求
3所述的双向晶闸管移相触发器，其特征是驱动器输出的触发脉冲是通过一个可进一步改善强触发脉冲的波形，限制其平顶部份的电流幅值的R′20∥C′20电路与双向晶闸管的门极相连的。
6.根据权利要求
3所述的双向晶闸管移相触发器，其特征是移相电压是由变压器B的次级线圈G1H1、电位器W1、C4、电位器W2、C3所组成的阻容移相器产生，经外接电阻R′1或R′11和外接电容C′1、C2输入到相波器的，W1、G1H1串联后与C4并联，C5一端与W1、C4的公共端相接，另一端与R′1或R′11相接，W2一端与G1H1的中间抽头相接，另一端与C5、R′1或R′11的公共端相接;
7.根据权利要求
3所述的双向晶闸管移相触发器，其特征是同步电压是由变压器B的次级线圈G2H2产生，经外接电阻R′2或R′12，外接电容C′3、C′4输入到相波器的。
8.根据权利要求
3所述的双向晶闸管移相触发器，其特征是双向晶闸管二个主电极间并联有R、C浪湧电压吸收电路，然后与电抗器L、熔断器RD和负载串联后接到交流电源上的。
9.属于本发明的同一构思，在负载为小功率的情况下，本发明中的全变式相波器输出的触发脉冲可径直输入双向晶闸管的门极，形成小功率的双向晶闸管变脉冲移相触发器，它由全变式相波器、阻容移相器、同步环节和变压器B组成，它所控制的主电路由双向晶闸管KS和负载等组成，全变式相波器的输出端11＃、12＃与双向晶闸管KS的主电极T1相连、端子5＃经R′与双向晶闸管KS的门极G相连，移相电压由变压器B的次级线圈G1H1、电位器W1、C4所组成的阻容移相器产生，经外接电阻R′1、外接电容C′1、C′2输入全变式相波器中，同步电压由变压器B的次级线圈G2H2产生，经外接电阻R′2和外接电容C′3、C′4输入全变式相波器中，双向晶闸管KS的主极T2与负载串联后接到交流电源的一个极上，主电极T1则与交流电源的另一极相接，W1与G1H1串联后与C4并联，W1和C4的公共端经R′1与全变式相波器的端子1＃相接，G1H1的中心抽头与全变式相波器的端子3＃相接。
10.属于本发明的同一构思，本发明中的全变式相波器和单向驱动器可与反并联晶闸管组成反并联晶闸管变脉冲移相触发器，它有两种形式(A)以全变式相波器、脉冲变压器BT2、阻容移相器、同步环节、变压器BT1和隔离二极管D′1～4所组成的反并联晶闸管变脉冲移相触发器，它所控制的主电路由反并联晶闸管KP1、KP2和负载等组成，移相电压由BT1的次级线圈G1H1、电位器W1、C4组成的阻容移相器产生，经外接电阻R′1与外接电容C′1、C′2输入到全变式相波器中，同步电压由BT1的次级线圈G2H2产生，经外接电阻R′2和外接电容C′3、C′4输入全变式相波器中，全变式相波器的输出端11＃、12＃把触发脉冲输入BT2的初级线圈，初级线圈的中间抽头接“O”，BT2的二个次级线圈分别经D′1、D′3接到KP1的门极G1、阴极K′1和门极G2、阴极K′2上，反向隔离二极管D′2的正极接K′1，负极接G1，D′4的正极接K′2，负极接G2，BT2的二个次级线圈交替输出脉宽δ＝180°-α的强触发脉冲，KP1、KP2反并联后与负载串联，接到交流电源上;(B)以全变式相波器，二套单向驱动器及其直流电源、两套R′20和C′20并联电路、阻容移相器、同步环节、变压器B、光电耦合器K1、K2、电感器L和熔断器RD所组成的反并联晶闸管变脉冲移相触发器，它所控制的主电路由反并联晶闸管KP1KP2和负载所组成，移相电压由变压器的次级线圈G1H1、电位器W1、C4电位器W2、C3所组成的阻容移相器产生，经外接电阻R′1和外接电容C′1、C′2输入到全变式相波器的，W1、G1H1串联后与C4并联，C5的一端与R′1和W1的公共端相接，另一端与全变式相波器的端子3＃相接，W2的一端与G1H1的中间抽头相连，另一端接在端子3＃上，同步电压是由变压器B的次级线圈G2H2产生，经外接电阻R′2、外接电容C′3和C′4输入全变式相波器的，由全变式相波器输出的触发信号分别通过光电耦合器K1、K2输入二套单向驱动器中，两套单向驱动器均由输出端6＃输出脉宽δ＝180°-α的强触发脉冲，经R′20∥C′20和由变压B的次级线圈G3H3、桥式整流电路D41-44、C1、C2、三端集成稳压器WT、C3和D49组成的直流稳压电源输入到KP1和KP2的门极G1和G2的，反并联晶闸管二主电极间并联RC浪湧电压吸收电路后与电抗器L、熔断器RD和负载串联，然后接到交流电源上。两个分别接在KP1、KP2的门极与阴极之间，起防止反并联晶闸管门极承受反压的作用的二极管D49。
专利摘要
本发明公开了一种新的双向晶闸管移相触发器，它解决了大功率交流调压器带感性负载的问题。本发明的触发脉冲是在一称为相波器的集成电路块上由移相电压和同步电压分别经削波稳压后进行相与的逻辑关系形成的，触发脉冲的放大和门极瞬态冲击电流的限制是由一称为驱动器的集成电路块实现的。相波器和驱动器间用光电耦合器连接。相波器和驱动器也可用分立元件构成。本发明线路简单，便于调试和维修，用在盐浴炉上，至少可节电20％。
文档编号H02M1/06GK86107961SQ86107961
公开日1988年6月8日 申请日期1986年11月24日
发明者杨涛 申请人:北京市汽车软轴厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan