基于雙向可控硅隔離型延時(shí)可控電路的實(shí)現(xiàn)方法

摘要：介紹一種基于雙向可控硅的延時(shí)可控關(guān)斷電路，其延長(zhǎng)時(shí)間可以人為設(shè)定，并且在延時(shí)結(jié)束后能夠?qū)崿F(xiàn)電路與電源完全隔離。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該電路工作良好。

0 引言

為了節(jié)約電力資源，各種節(jié)能的電力電子技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)日益受到重視。由此，提出了一種延時(shí)關(guān)斷的電路，通過(guò)單刀雙擲開(kāi)關(guān)、雙向可控硅、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、555 定時(shí)器、光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。以雙向可控硅作為驅(qū)動(dòng)電路，電磁干擾小，同時(shí)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、成本低廉。在節(jié)省電力資源的同時(shí)保證了安全性能，因此，該電路在照明設(shè)備、家用電器和各類工業(yè)設(shè)備中均具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 驅(qū)動(dòng)控制器件的選取

1. 1 雙向可控硅BT138

為了達(dá)到與電源隔離的目的，應(yīng)選用耐壓高、響應(yīng)快的雙向可控硅。B T138 是Philip s 公司推出的TO220 封裝三端雙向可控硅，耐壓600 V ,穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通電流為12 A .具有雙向?qū)憫?yīng)快的特性，能達(dá)到250 V/μs.特別適用于電機(jī)控制，工業(yè)用照明、加熱設(shè)備以及靜態(tài)開(kāi)關(guān)等場(chǎng)合。

1. 2 光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器MOC3041

為使B T138 工作穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)器的選擇很重要。

MOC3041 用于驅(qū)動(dòng)雙向可控硅，具有簡(jiǎn)化邏輯控制、零電壓交叉的特性，dV / dt 可達(dá)2 000 V/μs ,在溫度控制、電壓驅(qū)動(dòng)和照明控制等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

1. 3 雙精度單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4538

CD4538 是FAIRCHILD 公司的CMOS4000系列數(shù)字IC 芯片，精度高，可進(jìn)行再觸發(fā)。它內(nèi)部含有2 個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，一個(gè)用于觸發(fā)555 定時(shí)器，另一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)MOC3041 ,通過(guò)脈沖的上升或下降沿進(jìn)行觸發(fā)，觸發(fā)后的輸出脈沖寬度可根據(jù)需要設(shè)定。本文中CD4538 設(shè)定的參數(shù)如表1 所示。

表1 CD4538 相關(guān)參數(shù)表。

2 電路工作原理分析

延時(shí)可控電路原理如圖1 所示。K1 為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，1 和2 分別是2 個(gè)觸點(diǎn);U1 是三端穩(wěn)壓器LM7815 ;U2 和U5 是整流橋;U3 和U8 分別是555定時(shí)器和雙精度單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4538 ;D1 為雙向可控硅B T138 .U4 和U7 是光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器MOC3041。其中U4 用于驅(qū)動(dòng)B T138 ;U6 為光電耦合器P521 .

圖1 電路原理

2. 1 電路開(kāi)通階段

開(kāi)關(guān)K1 置于觸點(diǎn)1 ,ZL 工作的同時(shí)，220 V 交流電經(jīng)過(guò)電容C4 降壓、U2 整流，輸出直流15V 電壓V CC .此時(shí)定時(shí)器U3 沒(méi)有計(jì)時(shí)，第3 管腳為低電平，觸發(fā)器U8 第11 管腳設(shè)置為下降沿觸發(fā)，此時(shí)未經(jīng)觸發(fā)，第9 管腳保持高電平，光耦合驅(qū)動(dòng)器U4導(dǎo)通并驅(qū)動(dòng)可控硅D1 導(dǎo)通。D1 此時(shí)導(dǎo)通可防止K1 的誤操作，若K1 在ZL 工作階段不慎被置于中點(diǎn)位置，ZL 可通過(guò)D1 獲得電源而繼續(xù)正常工作。

2. 2 電路延時(shí)階段

開(kāi)關(guān)K1 置于觸點(diǎn)2 ,在K1 從觸點(diǎn)1 斷開(kāi)的瞬間，穩(wěn)壓器U1 由電容C3 供電。K1 置于觸點(diǎn)2 后，交流電通過(guò)光耦合驅(qū)動(dòng)器U7 ,再經(jīng)整流橋U5 整流和電容C2 濾波后，使光電耦合器U6 導(dǎo)通，觸發(fā)器U8 的第4 管腳獲得高電平觸發(fā)，U8 的第7 管腳隨之輸出低電平脈沖，通過(guò)555 定時(shí)器U3 第2 管腳使U3 被觸發(fā)，U3 第3 管腳變?yōu)楦唠娖?，延時(shí)計(jì)時(shí)開(kāi)始。

2. 3 延時(shí)結(jié)束

定時(shí)器U3 計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，第3 管腳降為低電平，產(chǎn)生下降沿使觸發(fā)器U8 的第11 管腳被觸發(fā)，第9管腳輸出低電平脈沖，使光耦合驅(qū)動(dòng)器U4 關(guān)斷，導(dǎo)致可控硅D1 截止，用電器ZL 、整流橋U2 和穩(wěn)壓器U1 相繼斷電，V CC供電停止，從而使耦合驅(qū)動(dòng)器U7和光電耦合器U6 關(guān)斷。雙向可控硅D1 的截止使整個(gè)電路與電源實(shí)現(xiàn)了徹底隔離。

若要恢復(fù)ZL 工作，將開(kāi)關(guān)K1 重新置于觸點(diǎn)1即可。