基于雙向可控硅隔離型延時可控電路的實現(xiàn)方法

摘要：介紹一種基于雙向可控硅的延時可控關斷電路，其延長時間可以人為設定，并且在延時結束后能夠?qū)崿F(xiàn)電路與電源完全隔離。仿真和實驗結果證明，該電路工作良好。

0 引言

為了節(jié)約電力資源，各種節(jié)能的電力電子技術產(chǎn)品的研發(fā)日益受到重視。由此，提出了一種延時關斷的電路，通過單刀雙擲開關、雙向可控硅、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、555 定時器、光耦合雙向可控硅驅(qū)動器來實現(xiàn)。以雙向可控硅作為驅(qū)動電路，電磁干擾小，同時電路結構簡單、安全可靠、成本低廉。在節(jié)省電力資源的同時保證了安全性能，因此，該電路在照明設備、家用電器和各類工業(yè)設備中均具有廣泛的應用前景。

1 驅(qū)動控制器件的選取

1. 1 雙向可控硅BT138

為了達到與電源隔離的目的，應選用耐壓高、響應快的雙向可控硅。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)導通電流為12 A .具有雙向?qū)憫斓奶匦?，能達到250 V/μs.特別適用于電機控制，工業(yè)用照明、加熱設備以及靜態(tài)開關等場合。

1. 2 光耦合雙向可控硅驅(qū)動器MOC3041

為使B T138 工作穩(wěn)定，驅(qū)動器的選擇很重要。

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

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，可進行再觸發(fā)。它內(nèi)部含有2 個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，一個用于觸發(fā)555 定時器，另一個用于驅(qū)動MOC3041 ,通過脈沖的上升或下降沿進行觸發(fā)，觸發(fā)后的輸出脈沖寬度可根據(jù)需要設定。本文中CD4538 設定的參數(shù)如表1 所示。

表1 CD4538 相關參數(shù)表。

2 電路工作原理分析

延時可控電路原理如圖1 所示。K1 為單刀雙擲開關，1 和2 分別是2 個觸點;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)動器MOC3041。其中U4 用于驅(qū)動B T138 ;U6 為光電耦合器P521 .

圖1 電路原理

2. 1 電路開通階段

開關K1 置于觸點1 ,ZL 工作的同時，220 V 交流電經(jīng)過電容C4 降壓、U2 整流，輸出直流15V 電壓V CC .此時定時器U3 沒有計時，第3 管腳為低電平，觸發(fā)器U8 第11 管腳設置為下降沿觸發(fā)，此時未經(jīng)觸發(fā)，第9 管腳保持高電平，光耦合驅(qū)動器U4導通并驅(qū)動可控硅D1 導通。D1 此時導通可防止K1 的誤操作，若K1 在ZL 工作階段不慎被置于中點位置，ZL 可通過D1 獲得電源而繼續(xù)正常工作。

2. 2 電路延時階段

開關K1 置于觸點2 ,在K1 從觸點1 斷開的瞬間，穩(wěn)壓器U1 由電容C3 供電。K1 置于觸點2 后，交流電通過光耦合驅(qū)動器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555 定時器U3 第2 管腳使U3 被觸發(fā)，U3 第3 管腳變?yōu)楦唠娖?，延時計時開始。

2. 3 延時結束

定時器U3 計時結束時，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)動器U4 關斷，導致可控硅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)動器U7和光電耦合器U6 關斷。雙向可控硅D1 的截止使整個電路與電源實現(xiàn)了徹底隔離。

若要恢復ZL 工作，將開關K1 重新置于觸點1即可。