第 21 卷第 3 期 ·测试与控制· 2008 年 5 月 机电产品开发与创新 Development & Innovation of Machinery & Electrical Products Vol.21,No.3 May.,2008 过零触发器 MOC4031 控制的交流调压电路 李树伟, 马桂荣 ( 平顶山工业职业技术学院, 河南 平顶山 467001) 摘 要: 介绍了一种成本低, 简单实用易于维护, 用集成元件构成的双向可控硅过零触发方式工作的三 相交流调压电路。 关键词: 分离元件; 集成元件; 双向可控硅 中图分类号: TP21 文献标识码: A 文章编号: 1002- 6673 ( 2008) 03- 170- 02 0 引言 用单结晶体管与分离元件设计一锯齿波发生器, 可实 现脉宽调制与脉冲形成电路, 用可控硅移相触发和过零触 发达到交流调压的目的。但分离元件如二极管、电阻、电 容、单结晶体管易受温度的影响, 稳定性较差。用集成元 件 TL494 代 替 分 离 元 件 , 用 集 成 元 件 过 零 触 发 器 MOC4031 工作, 增强了抗干扰能力, 保证了可靠性。 1 触发电路 1.1 可控硅过零触发电路 在电压过零时给晶闸管以触发脉冲, 使晶闸管工作 状态始终处于全导通或全阻断, 这种工作方式称为过零 触发方式, 可控硅过零触发电路, 由同步电路、检零电 路等组成。交流电触发开关使电路在电压为零或零附近 的瞬间接通, 利用管子电流小于维持电流使管子自行关 断, 可控硅导通时, 交流电源与负载接通, 输出若干周 波电压后, 再使可控硅导通, 如此重复进行。通过改变 导通时间对固定重复周期的比值, 从而改变输出电压有 效值的大小。 1.2 可控硅的移相触发电路 对可控硅的导通角控制。在交流电压的正、负半周 都以一定的延迟角去触发控硅的导通, 经过改变可控硅 的导通角达到输出电压可调的目的。可控硅的移相触发 使电路出现缺角, 往往在可控硅瞬间使电网电压出现畸 变, 带来高次谐波, 给电网中的其它用电设备和通讯系 统的工作带来不良影响, 并且对于电阻性负载在可控硅 收稿日期: 2007- 12- 27 作者简介: 李树伟 ( 1965- ) 男, 副教授。1990 年毕业于焦作 矿院电气自动化专业, 现任平顶山工业职业技 术 学 院 副 院 长 。 导通时有较大的冲击电流。 可控硅零触发方式是把可控硅导通的起始点限制在 电源电压过零处, 它能很好抑制移相触发所产生的高次 谐波和避免因较大冲击电流引起的电压瞬时大幅度下降。 一般 的 三 相 交 流 可 控 硅 过零 触 发 开 关 电 路 由 结 构 复 杂 , 可靠性低, 采用分离元件故障率高。现采用一种用集成 元件构成的过零触发三相交流可控硅触发调压电路。 2 工作原理 该电路主要 由 电 源 电 路 、PWM 脉冲 形 成 电 路 、过 零触发光隔离双向可控硅驱动器等组成, 电路如图 1 所 示。构成输入的是交流电压, 而输出电压是交流电源电 压波形的一部分, 并且是可调的, 这样输出电压的有效 值就成为可调。 2.1 TL494 集成脉宽的调制器 由 锯 齿 波 振 荡 器 、 脉 宽 调 制 控 制 器 、 死 区 时 间 控 制、稳压与过电压、过电流保护部分组成。 锯 齿 波 振 荡 器 其 振 荡 频 率 由 5、6 脚 分 别 接 振 荡 器 的电阻 ( RT) 电容 ( CT) 参数决定。 脉宽 的 调 制 主 要 由 PWM 比 较 器实 现, 振 荡 器 产 生 的锯齿波经反相输入比较器负端, 与两个误差放大输出 的误差电压接正端进行比较, 其输出波形为脉冲波。当 误差电压小于锯齿电压时输出低电平, 当误差电压大于 锯齿波电压时, 输出高电平。改变误差电压即可方便调 节脉冲宽度。 比 较 器 输 出 脉 冲 经 过 “或 ” 门 送 到 两 个 “或 非 ” 门, 控制两只输出晶体管导通关断, “或”门输出低电平 时, 晶体管导通。另一路送至脉冲控制触发器, 从输出 端通过两只 “与”门使两只输出晶体管轮流导通。13 脚 是输出控制方式, 高电平时使两晶体管在正负半周交替 通断为双端输出。 长期从事机电专业的教学与电气控制方面的研究。 死区控制的最小输出时间由 4 脚外接电阻设定, 通 170 

常设定死区时间约为振荡周期的 5%。 性 能 可 靠 , 控 温 精 Vcc MOC4031 稳压与过电压、过电流保护由两个误差放大器来完 成 。通 常 放 大 器 输 入 “负 ”端 接 基 准 电 压 , 可 由 14 脚 分压供给, 正端接开关电源的电压、电流采样信号。 度高。 图 2 所 示 为 过 零 光 隔 双 向 可 控 硅 1 2 3 过 零 检 测 ·测试与控制· R1 Scr R2 6 5 4 A A Rs1 Cs1 A' 用 TL494 双端脉宽的调制器集成元件实现可控硅触 D1- D2 B V 0 2 2 C A Vcc R1 Rw 1 16 Ct 4 9 4 L T R2 Rt 8 9 C1 Vcc Vcc 1 2 3 1 2 3 1 3 7812 C2 +12V A B C R3 6 5 4 5 4 6 5 R4 R5 R6 R7 R8 Rs Scr1 Cs1 Scr2 Scr3 Rs2 Cs2 Rs2 Cs3 A' B' C' MOC 4031 MOC 4031 MOC 4031 D1 绿 D2 红 4 图 1 调压电路原理图 C 发脉冲的形成及导通比控制。将集成元件 TL494 的 5、 6 脚分别接振荡器的电阻 ( RT) 电容 ( CT) , 通过改变电 阻电容的大小, 既可调节触发脉冲的频率 ( 为保证频率 的 稳 定 性 应 采 用 金 属 膜 电 阻 和 漏 电 流 小 的 电 容 ) 将 TL494 的 1、2、3、15、16、13 脚 接 地, 12、11 脚接 电 源正端, 4 脚接控制电压, 10 脚输出脉 冲 序 列 。改 变 4 脚输入控制电压的大小, 既可改变输出脉冲的宽度。 2.2 新型集成 MOC4031 过零触发器特点 可控硅过零触发电路复杂, 多为分离元件构成, 可 靠性低。新型集成元件光隔双向可控硅开关过零触发器 MOC4031, 集 光 隔 离 、 过 零 检 测 、 过 零 触 发 功 能 于 一 体, 具有体积小、功耗低、抗干扰能力强、无噪音等优 图 2 过零光隔双向可控硅基本驱动电路图 基 本 驱 动 电 路 。 假 设电路处于阻断或 “关”的状态 ( 意味着电流 IF 为零) , 全部交流线电压跨于双向可控硅和双向可控硅驱动器两 端。当足够的电流 IF 加进来时以及交流线电压在截止电 压以下时, 则双向可控硅驱动器锁存在 “通”。 这样在 功率双向可控硅中引起门极电流被触发, 使它从阻断状 态进入全导通。每一次触发后跨在主端的电压降为一个 很小值, 引起双向可控硅驱动器输出电流降低到它的维 持电电流以下 ( 即 使 IF 仍 然 存 在) , 强 迫 其 进 入 断 开状 态。 双向 可 控 硅 驱 动 器 的 动 作时 间 非 常 短, 当 IF 出 现, 双 向 可 控 硅 在 交 流 线 电 压 的 每 个 半周期中再触发, 一 直 到 IF 关 断 和 功 率 双 向 可 控 硅 到达零电流为止。 功 率 双 向 可 控 硅 ift 交 流 电 压 Scr 驱 动 电 流 A- A’ 电 压 图 3 基本驱动电路的波动图 导通状态一直保持到负载电流降到双向可控硅的维持电 流以下为止。这一波形出现在交流线电压的每个半周期 中, 见图 3。 新型 集 成 MOC4031 过 零 触 发 器 , 控 制 功 率 双 向 可 控硅的通断, 可使三相交流调压。此调压电路用于电阻 丝 作 为 加 热 元 件 加 热 炉 ( 箱 ) 的 加 热 和 温 度 控 制 上 使 用, 性能可靠, 控温精度高。 点 。 可 以 为 高 电 流 高 电 压 的 可 控 硅 提 供 足 够 的 触 发 电 流, 而又有 7.5KV 的非导介质保证耐住电源线与控制线 3 结束语 之间的电压。 调节电位器 R, 改变控制电压 TL494 的 4 脚的输入 量, 即调制触发脉冲信号宽度, 实现功率双向可控硅周 波数控制。TL494 的 10 脚输出的脉宽信号经 D5、D6 发 光 二 极 管 构 成 的 或 门 电 路 , 使 MOC40311 有 电 流 IF 产 生 , 驱 动 功 率 双 向 可 控 硅 , 控 制 功 率 双 向 可 控 硅 的 通 断, 实 现 三 相 交 流 调 压 目 的 。本 调 压 电 路 在 用 电 阻 丝 作 为 加热 元 件 加 热 炉 ( 箱) 的 加 热和 温 度 控 制 上 使 用 , 采用 集 成 元 件 TL494 简 化 了 电 路, 保 证 了 可 靠 性 。 选用电压过零光隔离双向可控硅驱动器省去了较为复杂 的过零检测电路及同步电路, 使电路大为简化, 并实现 了光电隔离, 增强了抗干扰能力。本电路简单实用, 具 有推广和使用价值。 参考文献: [1] 赵良炳.现代电力电子技术基础[M].北京: 清华大学出版社, 1996. [2] 丁道宏.电力电子技术[M].北京: 航空工业出版社, 1992. The Zer o Cr ossing Tr igger MOC4031 Contr ol' s Exchange Accent Pr esses the Electr ic Cir cuit ( Pingdingshan Industrial College of Technology, Pingdingshan Henan 467001, China) LI Shu- Wei, MA Gui- Rong Abstract: This article introduced one kind of cost is low, simple practical easy to maintain, with integrates the bidirectional silicon- controlled rectifier zero crossing triggering way work three- phase AC accent which the part constitutes to press the electric circuit. Key words: separative element; integrates the part; bidirectional silicon- controlled rectifier 171