专利名称：低功耗可控硅电压过零触发器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力电子技术领域及微电子技术领域，特别是一种可控硅电压过零触发器。
可控硅电压过零触发器是用于大中功率工业设备和实验室电子仪器中的关键器件之一。但已有的同类产品多是由于功耗大而影响整个仪器设备的性能指标。比如在D.A.T.A Digest Linear Integrated Circuits Ed.40.1988，Ed.39.1987.Ed.38.1987产品手册和航空航天部六九一厂1988年10月的产品手册中所罗列的关于可控硅过零触发器参数，其最小的功耗指标是200mW(22.5V)，如果按应用在220V单相电网上考虑，再加上自生电源降压电阻的功耗，则总功耗高达5W以上，国内公开的CN-2042257“可控硅过零触发调功器”专利，虽说是可将单相调功器控制电路功耗降低到小于0.5W，但仍然是本发明的整体总功耗的2.5倍。同时又由于该调功器的电路原理是采用将触发脉冲通过变压器耦合到可控硅的控制极，因而不便于小型化，极大地限制了器件的应用领域。
本发明的目的在于避免上述已有技术的不足，提供一种低功耗，便于集成小型化、可广泛应用于大中功率工业设备的可控硅电压过零触发器。
本发明由自生直流电源，电压过零检测、过零脉冲成形过零脉冲信号放大、触发驱动电路和可控硅构成(如
图1所示)。其中自生直流电源与电压过零检测电路二者通过四只桥式连接的稳压二极管交替工作在反向击穿与正向导通状态而合二为一体(如图2所示)。即四只稳压二极管既作为自生电源的稳压管，又作为电压过零检测的检测管。该检测的c、d两点电压信号分别通过两个不同阻值的电阻连接到过零脉冲成形电路的三极管基极和发射极，在电网电压的过零瞬间进行相减，从其集电极输出一负的窄脉冲(如图3所示)。故当电网电压不处于过零瞬间时，过零脉冲成形电路中的T1管工作在导通状态。其集电极电位控制后级电路的晶体管处于在常断状态;而在电网电压的过零瞬间T1管截止时，则通过脉冲放大管T2与其外围二极管形成的通路，将脉冲成形电路输出的负脉冲输入到后级放大，获取触发驱动脉冲。
以下参照附图详细说明本发明的结构原理。
图1是本发明的方框2是本发明的电路原理3是本发明的波形图。
图2中电阻R1、R2，二极管D5和稳压二极管D1，D2，D3，D4构成自生直流电源，同时D1、D2、D3、D4又作为过零检测。电阻R3、R4、R5，二极管D8，D9和三极管T1构成过零脉冲成形电路。三极管T2和外围件D6、D7、R6构成过零脉冲信号放大，三极管T2和电阻R7、R8、R9构成触发驱动电路。稳压二极管D1、D2、D3、D4桥式连接，其节点a、b分别连接在整流二极管D5的负端和电网电压的一端作为自生直流电压的稳压管。节点c和节点d作为过零检测输出，其电压波形如图3b和图3c所示。c点电压通过电阻R3连接到三极管T1的基极，d点电压通过电阻R4连接到T1管的发射极进行相减，在电网电压过零瞬间从T1管的集电极输出一负脉冲，其波形如图3d所示。该脉冲通过二极管D6、D7输入到三极管T2的基极进行放大倒相，从T2管的集电极输出，其电压波形如图3e所示。T2管的输出通过开关k连接到三极管T3的基极，从T3管的集电极输出触发脉冲经电阻R7、R8控制可控硅。桥式二极管的a、b两点连接有可变电阻R2，以调节触发脉冲的宽度。电容C2连接在T1管集电极与直流电源之间，以滤除电网电压过零点附近的干扰对触发器的影响。使电路可靠地工作。电阻R1，R2可调节触发脉冲电路与触发脉冲驱动电路的导通时间，R2也可用电容C3代替，用电阻电容网络效果更佳，图2中的虚线部分可集成为一体。
该电路的工作原理。
取电容C1正极电位为参考零电位。
电网电压如图3a所示，该电压经电阻R1，R2降压，桥式二极管D1-D4稳压、二极管D5整流，C1滤波后在C1两端产生一个约负5V的直流电压，当电网电压大于VD时(VD为D1～D4的反向击穿电压，一般为6V左右)D1，D4反向击穿，D2、D3正向导通，节点c上的电压VD2＝VJ＝0.6V(VJ为二极管的结电势)，节点d上的电压VD4＝VD＝6V，使得T1管导通，D9也随之导通，T1管集电极输出的电位被D9钳位在VJ＝0.6V。D4、D7、T2均不导通，T2管的集电极输出电位为电容C1的负极电位，即约-5V。如果开关k接通，因T3管上的BE结电压约为0，故T3也不导通，输出电平为0。可控硅控制极相对阴极电压为0，不触发。当电网电压小于-VD时(负半周)，D1、D4正向导通，D1、D4正向导通，D2、D3反向击穿。VD2＝-VJ＝-0.6V VD4＝-VD＝-6V，此时T1管导通。但由于T3管的各极电位均为负值，故D9管截止，VT1C＝-1V(T1集电极电压)，所以D4、D7、T2及T3管均不导通，其工作状态与正半周相同，仍处于截止状态，输出电平为0，不触发。
当电网电压处于+V3与-VB之间时，偏压不足以使D1-D4各管进入导通或击穿状态，因此，在电网电压过零时，VD2和VD4均为0，T1管截止，T2、D6、D7、D8均导通而构成通路，使T1管的集电极电压VT1C≈-2V，T2管的集电极电压接近0V，若接通开关k，则T2管也导通，输出负脉冲加到可控硅控制极上触发可控硅导通。该触发脉宽在0.12～0.4ms内可调。
由此可见，桥式连接的二极管D1、D4与D2、D3交替工作在反向击穿与正向导通状态，使得过零检测与自生电源合二为一，且绝大多数时间内T1管导通，T2、T3管截止，只有在电网电压的过零瞬间T1管截止时，T2、T3管导通，从而在T1与T2上分别得到负的窄脉冲。该T2、T3管的导通时间仅占总时间的1.2%-4%。
本发明由于采用了过零瞬间的窄脉冲触发方式和多数晶体管工作在常断状态以及自生电源与电压过零检测电路的合并，因而使功耗大为减小，其直流功耗典型值只有0.7mw，最大值为1.2mw，在220V电网下整体功耗典型值为120mw，最大值为200mw(直流功耗与交流功耗之总和)，是已有的KJ007、KJ008电路的数十分之一;同时由于该触发器不仅在稳态下可过零触发，而且在掉电后瞬间立即合闸也能可靠地保证过零触发，因而消除了浪涌、打火现象，延长了可控硅的寿命，并可避免电磁污染;此外由于该触发器具有低耗低，便于集成的特点，所以开拓了可控硅过零触发器的应用领域，特别是在小功率电阻性负载的控制中尤为广泛。
权利要求
1.一种可控硅过零触发器，包括过零检测电路，自生电源，触发脉冲放大电路，触发驱动电路及可控硅，其特征在于a.自生电源与过零检测电路由四只桥式连接的稳压二极管交替工作在反向击穿与正向导通状态而合二为一，四管既作为自生电源的稳压管又作为过零检测的检测管；b.桥式二极管电路所检测到的c、d两点信号分别通过电阻R2和R4连接到脉冲成形三极管T1的基极和发射极，在电网电压的过零瞬间进行相减，并输出可调的窄的负脉冲，仅当该负脉冲出现时，放大管T2，驱动管T2才导通，并输出负触发脉冲；d.在电网电压的正半周和负半周(非过零瞬间)过零脉冲成形电路中的T1管工作在导通状态，其集电极电位控制后级放大管T2驱动管T2处于常断状态，以保证低功耗。
2.根据权利要求1所述的触发器，其特征在于触发脉冲放大电路与触发脉冲驱动电路的导通时间仅为总时间的1.2%～4%，其数值可由R1、R2或电阻电容网络调整。
全文摘要
低功耗可控硅电压过零触发器由自生电源，电压过零检测，过零脉冲成型，过零脉冲信号放大，触发驱动电路及可控硅构成。其中自生电源与电压过零检测两个电路利用四只桥式连接的稳压二极管交替工作在反向击穿与正向导通状态而实现合二为一，且只有在电网电压过零瞬间过零脉冲成型电路的晶体管截止，过零脉冲信号放大和触发驱动电路的晶体管导通，输出窄的负脉冲，而在电网电压的正半周和负半周多数晶体管均处于常断状态。
文档编号H03K5/153GK1058123SQ9010450
公开日1992年1月22日 申请日期1990年7月7日 优先权日1990年7月7日
发明者张鸿欣, 单佩钧 申请人:西安电子科技大学