CN111010160A - 一种双向可控硅低温触发装置及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双向可控硅低温触发装置的技术，该触发装置包括光电耦合器电路、共射极放大器电路、220V市电电路、市电降压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、限流电路、双向可控硅电路、负载电路；光电耦合器电路的输出连接共射极放大器电路，220V市电的P1端经降压电路降压、整流电路整流、滤波电路滤波、稳压二极管稳压为晶体管T1供电，晶体管T1的集电极通过由电阻R2构成的限流电路连接可控硅Triac的栅极，220V市电通过RL连接Triac的第一阳极A1，电容C1的正端、二极管D2的负端、Triac的第二阳极A2同时连接220V市电电路的P2端，构成一个双向可控硅低温触发装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种双向可控硅低温触发装置的技术，双向可控硅在低温时不容易被触发，在光耦与可控硅之间添加一个共射极放大器，光耦输出的触发信号经共射极放大器放大后，可以很轻易地触发各类可控硅，甚至低端光耦也可以触发较大功率的可控硅。
背景技术
实际工作中所用的各类电子元器件，都有一个众所周知的缺点：对温度变化非常敏感，特别是半导体器件如二极管、三极管、场效应管等，这些半导体器件的静态工作参数会随着环境温度的变化而变化，导致被放大信号的失真，这是一个必须解决的问题，所幸这种“温漂”现象已有多种手段可以解决。
事实表明，三端双向可控硅器件工作于开关模式时，它也有一个与温度有关的缺点，就是它不能工作于低温，在环境温度较低时双向可控硅可能无法正常被触发，导致可控硅不能导通、只会保持截止状态，这是由于三端双向可控硅组成的固态开关在低温时，其栅极需要一个幅值较高的开启（或开门）电流，才可以触发三端双向可控硅，使其第一阳极与第二阳极导通。
双向可控硅通常用光电耦合器触发，这是一种最常用的可控硅触发电路，但一般的光电耦合器不能提供大触发电流（虽然有些高端光耦能够提供较高的输出电流，但价格较昂贵）。
可以将低端光耦输出的小电流触发信号经一个共射极放大器实现电流放大，共射极放大器导通时产生的较大导通电流工作于双向可控硅的栅极，可控硅被触发，采用此种方法，低端光电耦合器也可实现大功率高端光电耦合器的效能。
对于气温非常寒冷的环境，既使高端光耦也可能不能被触发，因此采用这种方案同样可以加强电气设备的环境适应能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、新颖、使用方便、可靠的不同于常规可控硅触发电路的装置。
为实现上述目的，本发明提供一种双向可控硅低温触发装置及实现方法，其特征在于，所述低温触发装置包括光电耦合器电路、共射极放大器电路、220V市电电路、市电降压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、限流电路、双向可控硅电路、负载电路；所述光电耦合器电路由光耦IC1构成，所述共射极放大器电路由晶体管T1及电阻R1构成，光耦IC1内部的光敏三极管的集电极连接晶体管T1的基极、光敏三极管的发射极连接晶体管T1的集电极，电阻R3连接降压电容C2构成所述市电降压电路，所述220V市电电路的P1端经所述市电降压电路降压，二极管D1构成所述整流电路，电解电容C1构成所述滤波电路，稳压二极管D2构成所述稳压电路，电容C2的下端同时连接二极管D1的负端以及稳压二极管D2的正端，二极管D1的正端同时连接晶体管T1的发射极以及电容C1的负端，由双向可控硅Triac、电阻R4、电容C3构成所述双向可控硅电路，晶体管T1的集电极通过由电阻R2构成的所述限流电路连接可控硅Triac的栅极，220V市电通过电阻RL构成的所述负载电路连接双向可控硅Triac的第一阳极A1，电容C1的正端、二极管D2的负端、双向可控硅Triac的第二阳极A2同时连接220V市电电路的P2端。
所述电容降压电路由电容C1与电阻R2并联组成。
所述共射极放大器电路,晶体管T1的基极与发射极之间连接电阻R1。
所述双向可控硅电路的Triac的第一阳极A1与第二阳极A2之间依次连接电阻R4、电容C3。
附图说明
附图1、附图2用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，附图1 是光电耦合器与双向可控硅的传统连接方式，附图2是经过放大的双向可控硅触发电路电气原理。
具体实施方式
光电耦合器触发双向可控硅的传统电路
固态电子开关相比较于机械开关有许多后者不可比拟的优势，固态开关通常利用双向可控硅的通断以实现电源开关作用，在一般的电子技术工业设计中，双向可控硅通常利用光电耦合器的输出电流来触发其通断，同时实现强弱电的隔离，以保证电子设备以及人身的安全。
光电耦合器触发双向可控硅的电路连接方式如图1所示，从图中可以看到，光电耦合器IC1的输出信号直接连接可控硅Q2的栅极，虽然光耦内部的光电接收管也有电流放大作用，但由于技术及成本的原因，其电流放大能力有限，在环境温度较低的时候，光耦有限的驱动能力有时可能不能触发可控硅导通。
虽然基于需求，现在也有许多型号的光电耦合器其光电三极管的驱动力大为加强，但价格也不菲，所以市场上大多数的光耦的驱动能力仍然都不是很大。
2 经过放大的双向可控硅触发电路
本设计的双向可控硅触发电路与行业普遍使用的传统三端双向可控硅开关触发方式不同，本电路的可控硅触发电路中包含有一个放大器，其足够的电流放大能力可以保证在任何温度时都有足够的门电流以触发双向可控硅，如图2所示。
从图中可以看到，本设计由光电耦合器电路、共射极放大器电路、市电降压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、限流电路、双向可控硅电路、负载电路等组成。
共射极放大电路
由晶体管T1及电阻R1构成一个共射极放大器，T1将光电耦合器送来的信号放大到足够的电平从T1的集电极输出，再通过限流电阻R2连接双向可控硅Tric的栅极，电阻R2的阻值选取不能太大，太大的话Triac的栅极的驱动电流仍然不足，可控硅对低温时的驱动仍然不理想；R2的阻值也不能太小，太小的话可控硅的栅极电压太高，容易将Triac的栅极击穿。
共射极放大器低压供电电路
按照图2所示晶体管T1与低压供电电路的连接方式，可知T1的供电为负电压供电，电路结构与平时常见的共射极电路供电方式有所不同，低压供电产生电路中，注意整流二极管D1、滤波电容C1、稳压二极管D2的极性安排方向，与常见的正电压供电电路中极性安排方向不同。
将交流市电转换为低压直流的常规方法是采用变压器降压后再整流、滤波、稳压，但如果受体积和成本等因素的限制时，最简单实用的方法是采用电容降压式原理来实现低压电源的获取。
图2中，触发电路的低压供电电源由交流市电供给，所以市电电压必须降低到触发电路可以工作的电平，220V市电通过电阻R3、电容C2直接接入电路，没有电源变压器降压，当市电为正半周时，电容C1经稳压二极管D2被充电，这时稳压管D2既可提供对C1的充电通道，又可实现稳压的目的，当市电的负半周时，市电经限流电阻R3、降压电容C2和整流二极管D1向滤波电容C1反向充电。
稳压二极管D2把加至电路上的直流输出负电压稳定在-15V，晶体管T1与基极偏置电阻R1组成的共射极放大电路由这个负电压提供工作电压。
其中电容C2当作降压电阻使用，其额定工作电压应不低于400V，最好是630V，C2可以保证触发电路的实际损耗为“0”，同时也能防止电路呈现的直流负载加到交流电源上去。电容C2容量的选取按照经验公式计算，1uF大约输出100mA电流；注意稳压二极管D2的功耗，这种电容降压型供电方式严禁稳压管断开运行。
电阻R3为限流电阻，对电路安全很重要，交流电源接通瞬间引起的电涌流可由电阻R3限制到安全电平；
这时T1的集电极可以作为共射极放大器的输出端，发射极连接上述直流负15V电压，此负电压可以保证晶体管T1能以共射极放大器模式正常工作。
经过放大的双向可控硅触发电流的产生
前级输入的控制电信号驱动光电耦合器光发射源发光，被隔离的另外一端由光探测器（光敏三极管等）接收而产生电流，再经过光敏三极管进一步放大后输出，完成了“电—>光—>电”的转换，最终起到输入、输出、隔离的作用。
由于晶体管T1的发射极为--15V电平，被光耦放大以后的前级控制信号使晶体管T1的发射结正向偏置而导通，滤波电容器C1储存的电荷就能经T1和三端双向可控硅Tric的栅极放电，提供约50mA的触发电流，放电时间（即触发脉冲宽度）不大于1毫秒，R4/C3阻容网络能对三端双向可控硅开关进行保护，使之免收电压峰值的影响。
本设计针对一般光电耦合器在低温时不能触发双向可控硅的情况，在光耦和可控硅之间通过巧妙添加一个共射极放大器，使光耦输出的触发信号通过该共射极放大器放大，放大信号可以轻易触发双向可控硅，而不管其处于什么环境，甚至一些低端价廉的光耦也可以轻易触发较大功率的双向可控硅，是一种非常实用的设计方案。
Claims (3)
1.一种双向可控硅低温触发装置及实现方法，其特征在于：所述双向可控硅低温触发装置包括光电耦合器电路、共射极放大器电路、220V市电电路、市电降压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、限流电路、双向可控硅电路、负载电路；所述光电耦合器电路由光耦IC1构成，所述共射极放大器电路由晶体管T1及电阻R1构成，光耦IC1内部的光敏三极管的集电极连接晶体管T1的基极、光敏三极管的发射极连接晶体管T1的集电极，电阻R3连接降压电容C2构成所述市电降压电路，所述220V市电电路的P1端经所述市电降压电路降压，二极管D1构成所述整流电路，电解电容C1构成所述滤波电路，稳压二极管D2构成所述稳压电路，电容C2的下端同时连接二极管D1的负端以及稳压二极管D2的正端，二极管D1的正端同时连接晶体管T1的发射极以及电容C1的负端，由双向可控硅Triac、电阻R4、电容C3构成所述双向可控硅电路，晶体管T1的集电极通过由电阻R2构成的所述限流电路连接可控硅Triac的栅极，220V市电通过电阻RL构成的所述负载电路连接双向可控硅Triac的第一阳极A1，电容C1的正端、二极管D2的负端、双向可控硅Triac的第二阳极A2同时连接220V市电电路的P2端。
2.根据权利要求1所述的一种双向可控硅低温触发装置及实现方法，其特征在于：所述共射极放大器电路,晶体管T1的基极与发射极之间连接电阻R1。
3.根据权利要求1所述的一种双向可控硅低温触发装置及实现方法，其特征在于：所述双向可控硅电路的Triac的第一阳极A1与第二阳极A2之间依次连接电阻R4、电容C3。
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