专利名称：冷热态电阻差值负载开关电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种开关电路，特别是一种用于冷热态电阻差值较大负载的开关电路。
背景技术：
导体的电阻会随着导体本身的温度改变而改变。其中以灯具(包括作信号指示的车灯、标志灯、装饰灯等)为代表的冷热态电阻差值较大负载(以下简称负载)在使用中存在以下问题1、在由暗到亮的切换时，灯具温度不能同步突变，会出现瞬时大电流，此时极易造成灯具的损坏；2、在交流供电的运用中，瞬时大电流的出现还会引起2次谐波电流的增加，而2次谐波电流对电网的危害很大，称之为电网污染。
此时，开关电路为负载提供的电流波形如图9所示。
当开关周期比较短，即这类冷热态电阻差值较大的负载在电路中反复通断(例如灯具的反复亮、灭；或明、暗；或闪烁变化)，以上两个问题会更加突出严重。
很多国家或地区已经对这种污染制定了对应的法律或规定，限制这类电路灯具的生产、销售和使用。而这种冷热态电阻差值较大负载在使用中的这些问题，采用现有技术中一般的控制方法和电路均无法有效地消除。
发明内容
本实用新型针对此类问题提出解决方案，利用新颖的上电方法来降低负载的冷热态电阻差值，借以达到延长负载使用寿命和使谐波电流达到国家、国际标准的目的。
完成以上发明目的的方案是一种冷热态电阻差值负载开关电路，包括可控硅装置，其特征是，它还包括一个降低二次谐波装置，其输入端接可控硅装置，输出端接可控硅控制极；降低二次谐波装置输出预热脉冲控制可控硅导通，达到平滑上电的目的，最终为负载提供额定电流。
降低二次谐波装置可以是以下电路装置之一技术方案1、它包括市电同步电路、开关信号电路、预热延时电路、相位分配电路和或逻辑电路；市电同步电路的输出接延时电路和相位分配电路，相位分配电路的输出接或逻辑电路，延时电路的输出接或逻辑电路，或逻辑电路接可控硅控制极；开关信号电路接相位分配电路；市电同步电路实现该装置电源与市电同步；开关信号电路为相位分配电路提供开关信号；相位分配电路使开关信号电路的开关信号与市电同步并控制晶闸管在特定的交流电角度导通，由此减小交流电的奇次能量，实现奇次相位能量的累加和与偶次相位能量的累加和相等，最终达到减小2次谐波能量的目的；延时电路控制预热波形的时间间隔；或逻辑电路输出恒定预热脉冲和控制晶闸管在特定的交流电角度导通的控制电平。
电流相位分配电路包括同步开关电路和相位分配延时电路，市电同步电路和开关信号电路的输出接开关同步电路，开关同步电路的输出接相位分配延时电路；开关同步电路使开关信号电路的开关信号与市电同步；相位分配延时电路控制晶闸管在特定的交流电角度导通。
此时，降低2次谐波装置为负载提供的预热电流为小于额定值的恒定电流。
技术方案2、它包括开关信号电路、渐变预热电路、市电同步电路和或逻辑电路；开关信号电路接渐变预热电路，市电同步电路的输出接渐变预热电路，渐变预热电路的输出接或逻辑电路接可控硅控制极；开关信号电路为同步开关电路提供开关信号；市电同步电路为渐变预热电路提供同步电源；渐变预热电路提供输出的高电平脉宽逐步增加，低电平脉宽逐步减小，直至输出恒定的高电平的变化脉冲。
渐变预热电路包括电压积分电路、可变延时电路；电压积分电路的输出接可变延时电路和或逻辑电路；可变延时电路输出接或逻辑电路；电压积分电路使输入的开关信号波形的延时和变形并最终向或逻辑电路输出持续的高电平；可变延时电路使输出脉冲的高电平脉宽逐步增加，低电平脉宽逐步减小以及通过电压变化改变电路内阻。
此时，降低2次谐波装置为负载提供的预热电流为渐变电流，从小于负载额定电流逐渐增大至负载额定电流。
在技术方案1中，只采用延时电路控制预热波形的时间间隔，为电路提供恒定的预热电流，可以减缓负载冷热态电阻的差值，但此差值并不是足够小，特别是对于部分灯具，预热电流不能使灯具出现比较明显的亮度，在开关灯具的时候会出现明显的冲击，产生2次谐波电流，不能满足标准的要求。本实用新型为此问题增加了交流电流相位能量分配电路，目的是控制负载的开关只在交流电的某一特定角度开启。因为在接通负载的时候，负载的电阻是一个变大的过程，电流会越来越小，经过几个市电周期后趋向于恒定。假设与向负载供电的第一个波形的相位相同的波形为奇波，相反的为偶波，如果奇波和偶波都没经过相位能量分配电路，且都是完整的波形，那么奇波所提供的能量一定大于偶波所提供的能量，这种不对称负载容易造成电力变压器的磁饱和，对供电线路的危害很大。但对于一个特定的负载而言，奇波与偶波的能量差是基本固定的，只要减小奇波的能量，到与偶波的能量相等即可。延时电路2的延时可以从0mS变化到10mS，0mS的延时保持奇波与偶波的关系不变，10mS的延时可以互换奇波与偶波的关系，所以在0mS——10mS必定存在奇波与偶波能量相等的延时。
结合电流预热与电流相位能量分配得到交流负载开关电路，实现了支路电流预热和电流相位能量分配，达到负载寿命延长与降低2次谐波电流的目的。同时通过电流预热的大小可以使灯具在灭的时候呈现微亮，达到显示灯具轮廓的目的。
在技术方案2中，采用渐变预热电路，通过负载的电流逐渐增大至额定电流，实现了负载的逐步预热，不会出现瞬时大电流，减小了谐波电流，即不造成对电网的冲击，也保护了类似灯具等的负载。
图1为本实用新型电路结构示意图图2为本实用新型实施例1、2的电路方框图图3为本实用新型实施例3电路方框图图4为本实用新型实施例1的电气原理图图5为本实用新型实施例2的电气原理图图6为本实用新型实施例1的中整流后的电流波形图7为本实用新型实施例1中的市电同步电路输出的波形图图8为本实用新型实施例1中输入可控硅控制极的信号波形图9为现有开关电路为负载提供的电流波形图图10为本实用新型实施例1为负载提供的电流波形图图11为本实用新型实施例3的电气原理图图12为本实用新型实施例3中输入可控硅控制极的信号波形具体实施方式
实施例1如图1、2所示，一种冷热态电阻差值负载开关电路1，它一种冷热态电阻差值负载开关电路，包括可控硅装置10，一个降低二次谐波装置9，其输入端接可控硅装置10，输出端接可控硅控制极11；该装置输出预热脉冲控制可控硅导通，为负载提供小于额定值的预热电流，并使可控硅在特定的相位导通，以减小2次谐波能量，同时为负载提供额定电流。
降低二次谐波装置9包括市电同步电路2、开关信号电路3、预热延时电路4、电流相位分配电路5和或逻辑电路6；市电同步电路2的输出接预热延时电路4和电流相位分配电路5，电流相位分配电路5的输出接或逻辑电路6，或逻辑电路6接可控硅控制极；预热延时电路4的输出接或逻辑电路6，开关信号电路3的输出接相位分配电路5；市电同步电路实现该装置电源与市电同步；开关信号电路为相位分配电路提供开关信号；相位分配电路使开关信号电路的开关信号与市电同步并控制晶闸管在特定的交流电角度导通，由此减小交流电的奇次能量，实现奇次相位能量的累加和与偶次相位能量的累加和相等，最终达到减小2次谐波能量的目的；延时电路控制预热波形的时间间隔；或逻辑电路输出恒定预热脉冲和控制晶闸管在特定的交流电角度导通的控制电平。
电流相位分配电路5包括同步开关电路51和相位分配延时电路52，市电同步电路2和开关信号电路3的输出接开关同步电路51，开关同步电路51的输出接相位分配延时电路52，相位分配延时电路52的输出接或逻辑电路6；开关同步电路使开关信号电路的开关信号与市电同步；相位分配延时电路控制晶闸管在特定的交流电角度导通。
如图4所示，可控硅装置为单向可控硅及整流装置，可控硅与负载串联，市电经整流装置为负载和市电同步电路提供电源，输入波形如图6所示，图中同步电路RD、DW、NOT1、NOT2组成50Hz同步电路，输出脉冲波形如图7所示，在交流电的零点附近产生正负逻辑的窄脉冲(NOT1输出正逻辑、NOT2输出负逻辑)用于其它电路的同步在交流电电压还没达到NOT1的转移电平时，NOT1输出为高电平，NMOS2导通使C2两端的电压迅速放为0，此时NOT2输出也为低电平；当交流电电压超过NOT1的转移电平后，NOT1输出低电平，NMOS2截止，NOT2输出高电平，并通过R2向C2充电，当C2的电压超过或门OR的转移电平后，OR输出一个预热脉冲控制晶闸管，实现对负载的预热；输出脉冲波形如图8所示，当交流电电压下降至NOT1的转移电平后，又开始循环。调节R2、C2的乘积，就可以改变预热波形的时间。
电流相位分配电路开关信号经过D-LATCH与市电同步后，通过R1向C1充电，C1的电位逐渐上升，达到晶闸管的控制电平后，晶闸管才导通。通过调节R1、C1的乘积，可以控制晶闸管在特定的交流电角度导通，由此减小交流电的奇次能量，实现奇次相位能量的累加和与偶次相位能量的累加和相等，最终达到减小2次谐波能量的目的。为负载提供的电流波形如图10所示。
实施例2如图1、2和5所示，可控硅装置为双向可控硅，图中RD、DW、NOT3、C5、R5、C6、R6、NOR2、NOT1、NOT2组成50Hz同步电路，当交流电的电压高于NOT3的转移电平时，NOT3输出低电平，经过NOT4的反相为高电平，此高电平经过微分电路C6、R6后输出一个与市电同步的窄负脉冲1；当交流电的电压低于NOT3的转移电平时，NOT3输出高电平，经过微分电路C5、R5后输出一个与市电同步的窄负脉冲2；负脉冲1和负脉冲2经过NOR2和NOT1的或逻辑后提供给其他电路，NOT1、NOT2及其它电路的工作原理就与实施例3如图3、11所示，一种冷热态电阻差值负载开关电路1，它一种冷热态电阻差值负载开关电路，包括可控硅装置10，一个降低二次谐波装置9，其输入端接可控硅装置10，输出端接可控硅控制极11；该装置输出预热脉冲控制可控硅导通，为负载提供小于额定值的预热电流，并使可控硅在特定的相位导通，以减小2次谐波能量，同时为负载提供额定电流。
渐变预热电路7以与市电同步的脉冲后延为基准，逐步增加脉冲宽度，达到增加预热电流的目的。
降低二次谐波装置9包括开关信号电路3、渐变预热电路7、市电同步电路2和或逻辑电路6；开关信号电路3接渐变预热电路7，市电同步电路2的输出接渐变预热电路，逻辑电路6接可控硅控制极；开关信号电路3为同步开关电路提供开关信号；市电同步电路2为渐变预热电路7提供同步电源；渐变预热电路7提供输出的高电平脉宽逐步增加，低电平脉宽逐步减小，直至输出恒定的高电平的变化脉冲。
渐变预热电路7包括电压积分电路71、可变延时电路72；开关信号电路3接电压积分电路71，电压积分电路71的输出接可变延时电路72和或逻辑电路6；市电同步电路2接可变延时电路72，可变延时电路72的输出接或逻辑电路6；电压积分电路使输入的开关信号波形的延时和变形并最终向或逻辑电路输出持续的高电平；可变延时电路使输出脉冲的高电平脉宽逐步增加，低电平脉宽逐步减小以及通过电压变化改变电路内阻。
图中RD、DW、NOT1、NOT2组成50Hz同步电路，动态描述如实施例1。在控制端为低电平时，NMOS3截止，C3和C4上的电压都是低电平，或门OR1输出低电平，晶闸管不导通；在控制端变为高电平后，通过R3向C3充电，随着C3电压的上升，NMOS3由截止区进入亚阈区、饱和区、线性区，等效电阻逐渐减小，在交流电压为高电平的时候，NOT2通过NMOS3向C4充电，刚开始的时候，由于NMOS3的导通电阻很大，NMOS3向C4的充电时间需要很长才能达到OR1的转移电平，OR1的输出变为高电平，当交流电压变为低电平后，NOT1输出高电平，NMOS4导通，快速把C4的电压放掉，OR1的输出就变为低；当交流电压再次变为高后，重复NMOS3与C4的充电过程，但由于R3向C3的充电，C3的电压增高，NMOS3的VGS增加，等效内阻减小，所以NMOS3对C4的充电速度更快，C4的电压更快的达到了OR1的转移电压，OR1输出的脉冲宽度也增加；在下一周期里，OR1的输出脉宽继续增加；经过几个周期后，R3对C3的充电达到了OR1的转移电平后，OR1才输出恒定的高电平。利用此法，实现了负载的逐步预热。OR的输出波形见图12。
权利要求1.一种冷热态电阻差值负载开关电路(1)，包括可控硅装置(10)，其特征是，它还包括一个降低二次谐波装置(9)，其输入端接可控硅装置(10)，输出端接可控硅控制极(11)(11)；降低二次谐波装置(9)输出预热脉冲控制可控硅导通，达到平滑上电的目的，最终为负载提供额定电流。
2.按照权利要求1所述的冷热态电阻差值负载开关电路(1)，其特征是，上述降低二次谐波装置(9)包括市电同步电路(2)、开关信号电路(3)、预热延时电路(4)、电流相位分配电路(5)和或逻辑电路(6)；市电同步电路(2)的输出接预热延时电路(4)和电流相位分配电路(5)，电流相位分配电路(5)的输出接或逻辑电路(6)，预热延时电路(4)的输出接或逻辑电路(6)，或逻辑电路(6)的输出接可控硅控制极(11)，开关信号电路(3)的输出接相位分配电路(5)；市电同步电路实现该装置电源与市电同步；开关信号电路(3)为相位分配电路提供开关信号；相位分配电路使开关信号电路的开关信号与市电同步并控制晶闸管在特定的交流电角度导通，由此减小交流电的奇次能量，实现奇次相位能量的累加和与偶次相位能量的累加和相等，最终达到减小(2)次谐波能量的目的；延时电路控制预热波形的时间间隔；或逻辑电路输出恒定预热脉冲和控制晶闸管在特定的交流电角度导通的控制电平。
3.按照权利要求1所述的冷热态电阻差值负载开关电路(1)，其特征是，所述降低二次谐波装置(9)包括开关信号电路(3)、渐变预热电路(7)、市电同步电路(2)和或逻辑电路(6)；开关信号电路(3)接渐变预热电路(7)，市电同步电路(2)的输出接渐变预热电路(7)，开关信号电路(3)为同步开关电路提供开关信号，或逻辑电路(6)的输出接可控硅控制极(11)；市电同步电路(2)为渐变预热电路(7)提供同步电源；渐变预热电路(7)提供输出的高电平脉宽逐步增加，低电平脉宽逐步减小，直至输出恒定的高电平的变化脉冲。
4.按照权利要求(2)所述的冷热态电阻差值负载开关电路(1)，其特征是，所述电流相位分配电路(5)包括同步开关电路(51)和相位分配延时电路(52)，市电同步电路(2)和开关信号电路(3)的输出接开关同步电路(51)，开关同步电路(51)的输出接相位分配延时电路(52)，相位分配延时电路(52)的输出接或逻辑电路(6)；开关同步电路使开关信号电路的开关信号与市电同步；相位分配延时电路控制晶闸管在特定的交流电角度导通。
5.按照权利要求3所述的冷热态电阻差值负载开关电路(1)，其特征是，所述渐变预热电路(7)以与市电同步的脉冲后延为基准，逐步增加脉冲宽度，达到增加预热电流的目的。
6.按照权利要求5所述的冷热态电阻差值负载开关电路(1)，其特征是，所述渐变预热电路(7)包括电压积分电路(71)、可变延时电路(72)；开关信号电路(3)接电压积分电路(71)，电压积分电路(71)的输出接可变延时电路(72)和或逻辑电路(6)；市电同步电路(2)接可变延时电路(72)，可变延时电路(72)的输出接或逻辑电路(6)；电压积分电路使输入的开关信号波形的延时和变形并最终向或逻辑电路输出持续的高电平；可变延时电路使输出脉冲的高电平脉宽逐步增加，低电平脉宽逐步减小以及通过电压变化改变电路内阻。
专利摘要本实用新型涉及一种用于冷热态电阻差值较大负载的开关电路。完成以上发明目的的方案是一种冷热态电阻差值负载开关电路，包括可控硅装置，其特征是，它还包括一个降低二次谐波装置，其输入端接可控硅装置，输出端接可控硅控制极；降低二次谐波装置输出预热脉冲控制可控硅导通，达到平滑上电的目的，最终为负载提供额定电流。利用本实用新型的上电装置来降低负载的冷热态电阻差值，可以达到延长负载使用寿命和使谐波电流达到国家、国际标准的目的。
文档编号H03K17/16GK2674765SQ20042002408
公开日2005年1月26日 申请日期2004年1月7日 优先权日2004年1月7日
发明者蔡世俊, 高鹏, 韩泉栋, 赵胜男 申请人:南京恩格蓝波微电子有限公司