专利名称：无触点零位开关的制作方法
技术领域：
本实用新型是涉及可控硅当电源电压过零时触发导通继而钳位的一种无触点开关。
目前的现有技术中，可控硅的导通角多不固定，且输出波形不完整，虽也有过零触发电路，且其对负载的适应能力差，使用受到限制，与本实用新型相比有较大不同。本实用新型不但可实现可控硅过零触发，而且输出波形完整，对负载的适应能力特别强。
本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低、适用范围广的无触点零位开关。
本实用新型由零位触发脉冲电路、钳位电路、可控硅交流开关电路、直流电源及同步过零比较电压电路几部分组成。其中电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、电位器W1、W2、二极管D1、稳压二极管D2、三极管BG1、BG2、BG3、组成的三级零位触发脉冲电路。第一级为脉冲形成电路，电阻R1、电位器W1与电阻R2串联后连接在电源a、b的两端，为三极管BG1提供基极偏压，电位器W1的滑动触头接三极管BG1的基极，三极管BG1的集电极经与电位器W2、电阻R3串联后接电源a端，三极管BG1的发射极经二极管D1与电阻R4串联后接b端，同步过零比较电压Ucb加在三极管BG1的射极电阻R4上，作为三极管BG1基极电压的比较电压，以控制三极管BG1只能当比较电压Ucb瞬时值过零(或接近零点)时导通，产生零位触发脉冲；第二级为脉冲整形放大电路，三极管BG2的基极经稳压二极管D2接三极管BG1的集电极，BG2的发射极接电源a端，三极管BG2的集电极通过电阻R5接b端，该级的任务是将第一级产生的零位触发脉冲进行整形放大，输出正的矩形脉冲；第三级是射极输出器，三极管BG3的基极接三极管BG2集电极，BG3的集电极接电源a端，三极管BG3发射极一路经电阻R6接b端，另一路通过限流电阻R7接可控硅T的控制极，T的阴极接b端，该级的任务是将第二级输出的正矩形脉冲进行功率放大后去触发可控硅T导通。钳位电路有两路一路由电阻R8与二极管D4串联后跨接在电源a端与可控硅T的阳极之间，目的是可控硅T被触发导通后将其钳制于导通状态；另一路为二极管D3，跨接在三极管BG1的基极与可控硅T的阳极之间，目的是当可控硅T触发导通后将三极管BG1的基极钳于较低电位，迫使三极管BG1截止，消除触发脉冲，实现可控硅T的一次性触发。
本实用新型能保护电器在开关瞬间免受高电压(如峰值311V)、大电流的冲击，只有当电源电压过零(或接近零点)时，可控硅T被触发导通并钳位，构成电源通路，使电器在电源电压过零时得电工作或断电，可大大降低电器开关瞬间的电磁噪声，减少电磁污染，延长电器的使用寿命。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型无触点零位开关的线路图。
图2是图1所示电路中c点电压(VR4)波形图。
图3是图1所示电路中d点电压波形图。
图4是图1所示电路中e点电压波形图。
图5是图1所示电路中可控硅上电压波形图。
图1所描述的无触点零位开关电路，其核心电路为零位触发脉冲电路及钳位电路。零位触发脉冲电路有三级其中第一级为脉冲形成电路，电阻R1、电位器W1与电阻R2串联后连接在电源a、b的两端，为三极管BG1提供基极偏压，电位器W1的滑动触头接三极管BG1的基极，三极管BG1的集电极经与电位器W2、电阻R3串联后接电源a端，三极管BG1的发射极经二极管D1与电阻R4串联后接b端，同步过零比较电压Ucb加在射极电阻R4上，经二极管D1隔离后，作为三极管BG1基极电压的比较电压，当三极管BG1的基极电压与Ucb瞬时值比较结果大于三极管BG1的发射结及二极管D1的门坎电压之和时，三极管BG1导通，反之则截止，即Ucb的瞬时值过零(或接近零点)时，三极管BG1导通，集电极上产生倒三角(近似)脉冲，因为调节电位器W1、W2可改变三极管BG1的工作点，所以也就可改变该级产生的倒三角(近似)脉冲的幅度和宽度；第二级为脉冲整形放大电路，三极管BG2的基极经稳压二极管D2接三极管BG1的集电极，BG2的发射极接电源a端，三极管BG2的集电极通过电阻R5接b端，在三极管BG1的整个导通过程中，由于稳压管D2的电平转移作用，只有在Vd≤Vab-D2的稳压值-0.7伏的范围内，三极管BG2才处于导通状态且饱和，该级将第一级产生的倒三角(近似)脉冲经整形放大后，输出幅度一定的正矩形脉冲；第三级为射极输出器，三极管BG3的基极接三极管BG2集电极，BG3的集电极接电源a端，三极管BG3发射极一路经电阻R6接b端，另一路通过限流电阻R7接可控硅T的控制极，T的阴极接b端，该级的任务是将第二级输出的正矩形脉冲作功率放大后去触发可控硅T。钳位电路有两路一路由电阻R8及二极管D4串联组成，电阻R8的余端接电源a端，二极管D4的阴极接可控硅T的阳极，调整R8的大小，使流过电阻R8、二极管D4、可控硅T的电流稍大于T的维持电流，这样可控硅T一旦导通就能将其钳制于导通状态，构成电源通路，大大提高了对负载的适应能力且波形完整；另一条由二极管D3组成，二极管D3的阳极接三极管BG1的基极，二极管D3的阴极接可控硅T的阳极，当可控硅被钳制于导通状态后，二极管D3将三极管BG1的基极钳于低电位，迫使三极管BG1截止，消除触发脉冲，从而实现了可控硅T的一次性触发。在可控硅T导通以前，二极管D3、D4起电源隔离作用。
本实用新型的实施方案中，电路参数及元器件的选择是为适用于冰箱或彩电而设置的，其中电容C1为200μ/25V，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8分别为2K、600、2.5K、3K/1W、7.5K、4.2K、250、1K，电位器W1、W2分别为3.3K、4.7K，二极管D1、D2、D3、D4分别为2CP12、2CW7B、2CZ51H×2，三极管BG1、BG2、BG3分别为3DG4A、3CG8C、3DG5B，可控硅T为KK1/500，变压器B的二次侧电压u1、u2的有效值分别为10V、50V。
本无触点零位开关电路是这样工作的当开关K闭合时(见图1)，a、b间电压建立后，若三极管BG1射极电阻R4上瞬时值电压(VR4)比较高(见图2)，则三极管BG1截止，三极管BG2、BG3也截止，没有触发脉冲产生，可控硅T处于关断状态，负载Z不得电，当比较电压Ucb瞬时值接近零点时，三极管BG1的基极偏压与Ucb瞬时值的比较结果大于或等于该管的发射结与二极管D1的门坎电压之和时，三极管BG1开始导通产生集电极电流，集电极电位Vd开始下降，随着Ucb的进一步减小直到零点时，集电极电位Vd也降到最低点，当Ucb过零后开始上升时，由于其波形对称于零点，三极管BG1集电极电位也回升且波形对称于零点，输出倒三角(近似)脉冲(见图3)；在三极管BG1的整个导通过程中，由于稳压管D2的电平转移作用，只有在Vd≤Vab-D2的稳压值-0.7伏的范围内，三极管BG2才处于导通状态且饱和，经三极管BG3射随，输出对称于零点的正矩形脉冲(见图4)，去触发可控硅T导通，可控硅T一导通即被电阻R8及二极管D4组成的钳位电路钳位，构成电源通路(见图5)，负载Z由交流零位得电工作，另一方面，可控硅T导通后，通过二极管D3将三极管BG1的基极钳制于低电位，迫使三极管BG1截止，消除触发脉冲，实现可控硅T的一次性触发。当K断开时，电解C1开始放电，当流过电阻R8、二极管D4及可控硅T这条支路的放电电流小于可控硅T的维持电流时，可控硅T将延时到电源电压(或电流)过零时关断。
图2表示电阻R4上的电压，开始若Ucb比较高，则VR4＝Ucb，当Ucb接近零点时，因三极管BG1导通，其射极电流流过R4产生定值电压，这时VR4≥Ucb，可控硅T导通后，由于钳位二极管D3的作用使BG1截止，以后VR4表现为Ucb的全波整流波形。
图3表示三极管BG1集电极d点的电压波形，开始(开关K闭合时)为电源Vab的建立(C1的充电)过程，这时因VR4比较高，则BG1截止，Vd＝Vab，当Ucb接近零点时，因BG1导通产生集电极电流，从而在集电集电阻(R3、W2)上产生压降，使Vd在Ucb的零点附近产生倒三角(近似)凹陷脉冲，即产生零位触发脉冲的过程，当T导通以后，因D3的作用使BG1截止，Vd又表现为Vab。
图4表示三极管BG3发射极e点输出的触发脉冲Ve，当Ucb接近零点时，BG1导通，集电极产生倒三角脉冲，在BG1的整个导通过程中，因稳压管D2的电平转移作用，只有在Vd≤Vab-D2的稳压值-0.7伏的范围内，三极管BG2才处于饱和导通状态，输出正矩形脉冲，经BG3射随后输出的仍是正矩形脉冲，其幅值约为Vab-1V，当T导通以后，因D3的作用，使BG1截止，消除触发脉冲，因此开关K闭合一次，只存在一个正矩形触发脉冲Ve。
图5表示可控硅T阳极上的电压VT，在T导通之前，阳极上的电压先是表现为交流电源经桥式整流后幅值变化，当幅值降到小于或等于Vab-0.7伏时，VT＝Vab-0.7伏，直到T的控制极感受到触发脉冲电压(电流)时，呈现导通状态，并由流过R8、D4串联支路的电流钳位，这时VT表现为T的通态电压。
权利要求1.由零位触发脉冲电路、钳位电路、可控硅交流开关电路、直流电源及同步过零比较电压电路组成的无触点零位开关，其中可控硅交流开关电路由一只单向可控硅T及桥式整流电路D5--D8组成，负载Z流过的仍然是交流电，阻容支路R9、C2与T并联起保护作用；变压器B的二次侧电压u1经二极管D9--D12全波整流、电容C1滤波后作为零位触发脉冲电路的电源，二次侧电压u2经二极管D13--D16全波整流后作为零位触发脉冲电路的同步过零比较电压Ucb，b端为公共端；零位触发脉冲电路有三级第一级为脉冲形成电路，由电阻R1、R2、R3、R4、电位器W1、W2、二极管D1及三极管BG1组成，R1、W1、R2串联后接电源Vab两端，为三极管BG1提供基极偏压，W1的滑动触头接BG1的基极，BG1的集电极经W2、R3串联后接在a端，BG1的发射极经D1、R4串联后接b端，同步过零比较电压Ucb加在射极电阻R4上，该级的目的是产生同步过零脉冲；第二级为脉冲整形放大电路，由稳压二极管D2、三极管BG2及电阻R5组成，BG2的基极接D2的阴极，D2的阳极接BG1的集电极，BG2的发射极接a端，BG2的集电极经电阻R5接b端，稳压管D2起电平转移作用，该级的目的是将第一级产生的零位脉冲进行整形放大，输出正矩形脉冲；第三级为射极输出器，由三极管BG3、电阻R6、R7组成，BG3的基极接BG2的集电极，BG3的集电极接a端，BG3的发射极一路经R6接b端，另一路经限流电阻R7接可控硅T的控制极，T的阴极接b端，该级的目的是将第二级的正矩形脉冲进行功率放大后触发可控硅T导通；其特征是同步过零比较电压Ucb取自变压器B次侧电压u2的全波整流，加在三极管BG1的射极电阻R4上，经二极管D1隔离后，作为BG1基极电压的比较电压，由于u2、u1的有效值分别为50V、10V，使BG1只有当Ucb过零(或接近零点)时才导通，产生同步过零脉冲，经BG2整形放大、BG3射随后通过电阻R7加到可控硅T的控制极，触发其导通，使负载Z从交流零位得电工作，T导通后由电阻R8、二极管D4组成的钳位电路钳位，R8的余端接a端，D4的阴极接T的阳极，将T钳制于导通状态，构成电源通路，由于二极管D3跨接在BG1的基极与T的阳极之间，当T导通后，反过来将BG1的基极钳制于低电位，迫使BG1截止，消除触发脉冲，实现可控硅T的一次性触发。
2.按照权利要求1所述的无触点零位开关，其特征是有一条R8、D4串联钳位支路，该支路D4的阴极接T的阳极R8的余端接a端。
3.按照权利要求1所述的无触点零位开关，其特征是有一个钳位二极管D3，D3的阳极接BG1的基极，D3的阴极接T的阳极。
专利摘要本实用新型是一个以零位触发及钳位电路为主要组成的无触点零位开关，它能保护电器在开关瞬间免受高电压(如锋值311V)，大电流的冲击，只有当电源电压过零或接近零时，可控硅才被触发导通并钳位构成电源通路，使电器在电源电压过零时得电工作或断电，可适用于多种电器，适用范围广，可大大降低开关瞬间的电磁噪声，减少电磁污染，延长电器的使用寿命。
文档编号H03K17/13GK2253071SQ9523337
公开日1997年4月23日 申请日期1995年3月16日 优先权日1995年3月16日
发明者袁汉运 申请人:袁汉运