专利名称：可编程数字周波开关的制作方法
技术领域：
本实用新型属于开关技术，主要提出一种用数字技术控制的可编程数字周波开关。
开关是接通和断开电源与用电设备的重要装置。不论是机械带触点开关，或是电磁继电器开关，都需要一定的时间，也就是这种开关最根本的特点是以时间为依据的，为参照物的。这种开关存在着速度慢、极易产生火花电弧，污染电源等缺陷，往往限制了很多应用范围。在生产实践中，有许多地方需要开关的速度相当快，上述普通开关远远达不到要求，有些高精度技术产品需要开关的频率也相当高，普通电磁继电开关也满足不了要求，还有一些特殊环境不允许开关在接通或断开时产生任何火花或电弧，普通开关根本不能使用，这是因为这种普通开关在接通或断开电源时，电路中的电流不可能是交流电自然过零点，而很可能是电流的峰值点，这样，在开或关的瞬阀，必然产生较大的电流的冲击(尤其是对感性和容性负载更为甚之)，这种冲击对有触点的开关来讲，必然产生火花和电弧，这种现象很不安全，还对电源产生一定的污染。
本实用新型就是提供一种可编程的用数字技术控制的周波开关，使其具有速度高、频率快、无火花和污染的特点。
“周波”开关是以控制交流电“周波流量”的一种新型开关。我国的交流电频率是50Hz/S，也就是每秒50个周波，运用现代电子数字技术，科学地、合理地控制通过用电设备的“周波流量”来达到能量的转换和功率的调整。理论上讲可以控制任意形式周波分布，周波比率或周波流量。可以控制电路的接通或断开都在交流电自然过零点处，所以，这种开关完全不同于以往以时间为依照物的任何开关，它是以“周波”为参照物的特殊性开关。这种开关，所接通或断开的不是直接电路的“硬件”，而是“微观”地控制电路内部电流“周波流量”的数量，它不仅能够完成以往开关简单通与断的功能，而且还能够控制通过用电器中的“周波分布及流量的”的大小的调整，这种“血管”内部微观的控制可以产生以往用电设备单一连续供电形式下意想不到的效果，可以解决许多一般开关难以完成的难题。
本实用新型可编程数字周波开关的构成为由变压器B1、二极管DA、二级非门F1、F2的整形、反相及C1、R1组成的微分电路所组成的同步周波信号发生电路，经微分后送入控制电路和计数电路中；由二进制串行计数分频器IC1对应二极管D1-D12、开关K1-K12组成计数电路，与另一组由IC2、D13-D24、K13-K24组成的计数电路组成可编程循环计数电路，通过选择K1-K12和K13-K24就可以设定电路以2个周波至8190个周波的任意组合，这种组合实际上就是对电路周波流量的分布和比率的选择，从而达到用电设备和功率的调整。由或非门H1、与非门Y1、非门F5、或非门H5H6、与非门Y4、非门F8组成控制电路，与IC1、D1-D12、K1-K12组成的计数电路对应，控制其计数和计数停止，并使IC1置零，为下次计数准备，并与另一组由或非门H2、与非门Y2、非门F6、或非门H3H4、与非门Y3、非门F8组成的控制电路共同构成整体控制电路，控制两个计数电路有机的循环，进而控制驱动电路的工作或停止。主要由双稳态触发器SW、光电耦合器SP和双向晶闸管ST组成执行驱动电路，通过SP光电耦合器的工作与否，驱动ST双向晶闸管的导通与截止，由于周波信号与用电器在同一电网并同步，而且SP、ST是自然过零触发型高速器件，这就确保了接通或断开电路的必然是整数个周波。
本实用新型所有基本电路的主要器件均采用COMS数字集成电路，精度高、功耗低，合理地科学地电路组合，使整个电路简单巧妙。
实施例附
图1为本实用新型电原理图。
参照附图给出的可编程数字周波开关电原理图对本实用新型加以具体说明如附图所示，本实用新型包括同步信号发生电路、可编程循环计数电路、控制电路和执行驱动电路组成；由变压器B1、二极管DA、反相器F1、F2和微分电路C1、R1组成同步周波信号发生电路。同步周波信号经微分后送入控制电路和计数电路中；交流电源经变压器降压后，通过二极管DA的半波整流，产生脉动的原始周波信号源(此信号一定要和主电源同步)，经二级非门的整形和反相，得到标准的50个/S方波信号，再经微分电路产生适合的同步周波脉冲通到下一级电路(合理地选择C1R1数值)。由二进制串行计数分频器IC1对应二极管D1-D12、开关K1-K12组成计数电路，与另一组IC2、D13-D24、K13-K24组成的计数电路构成可编程循环计数电路；由或非门H1、与非门Y1、非门F5、或非门H5H6、与非门Y4、非门F8组成控制电路，与IC1、D1-D12、K1-K12组成的计数电路对应，并与另一组由H2、Y2、F6、H3H4、Y3、F7组成的控制电路共同构成整体控制电路；由同步周波信号发生电路产生的脉冲分别到Y1和Y2的一个输入端，能否通过需看另一个输入端的电位，谁是高电位谁就打开脉冲门，使脉冲通到IC1和IC2的CP端，使之计数。或非门H1与H2实际上是RS触发器电路，在接通电路的瞬间，由于C2、R2的作用，使RS电路的H2输出高电平，H1输出低电平，H2输出的高电平一路使与非门Y2打开， 使脉冲顺利送到IC2的计数端，使IC2开始计数，另一路送到Y3与非门的一个输入端，做好翻转准备条件。IC2(IC1同样)是12位二进制串行计数分频器，微分电路R4、C4在通电时使IC2置零，计数电路中开关K的任意组合，可以设置21-212的计数选择，当计数未到时，输出低电平，H4或非门也输出低电平，Y3与非门不能翻转，当计数到达设定位置时，或非门H3输入跳变为高电平，也使或非门H4跳变为高电平；这个正脉冲分三路，一路使与非门Y3翻转，相应HA输出正脉冲，触发执行电路的导通或截止。第二路使IC2置零，为下次计数准备。第三路，进入RS电路H2的输入端，使或非门H2输出为低电平，封锁计数脉冲不能通过与非门Y2，同时关闭与非门Y3回路，由于RS的置位，使或非门H1输出为高电平，打开与非门Y1，使计数脉冲进入IC1计数电路，微分电路在通电时已使IC1置零，同理，任意组合K1-K12，可以设置21-212的计数选择，当计数到达时，同样，触发双稳态触发器SW，使执行驱动电路导通或截止，同样或非门H6的正跳变使或非门H2又跳变为正脉冲，又使与非门Y2打开，计数又进入IC2计数电路，就这样整个电路进入循环工作状态，使双向晶闸管ST同步循环导通或截止。用电设备实际得到是预先设定的周波分布和一定比率的周波流量的电流，合理的设定计数值，就可以得到用电设备最佳的电源功率，也就达到了设计的目的。
由双稳态触发器SW、光电耦合器SP和双向晶闸管ST组成执行驱动电路，该执行驱动电路有两种设定状态一种是始通电时，就使ST导通，也就是有电设备一通电就运行，经IC2设定的计数后，触发SW后，运行停止，经IC1设定的计数后，又触发SW，又开始运行，这种状态称通电延时型。另一种是始通电时，ST截止，用电设备不运行，而是经IC2计数后触发SW，开始运行，经IC1计数触发SW后，又停止运行，这种状态称为断电延时型。具体采用某种工作状态，可以根据实际需要选择，不论是何种状态，在导通或截止的瞬间均是和交流电自然过零处同步，这是最根本的特点之一。
本实用新型可编程数字周波开关属于通用型循环类周波开关，适用范围较广，不论任何阻性负载可以使用，而且对感性、容性负载也同样适用，尤其是对电热类负载需要进行温度控制的用电设备更为适宜，科学地设置导通与截止的周波的比率，就可以直接控制电热器具的功率，从而调整了所需要的温度，由于可编程的比率很宽、调整范围很广，合理地、巧妙地进行各种编程的选择，就能达到一个相当精度、相当准确的在允许范围内的任意温度控制器，且还不需要以前设备中不可缺少的温度传感器。
同理，在其它设备运用中，也能得到相当范围的分布很细的功率调整效果。
另外值得提出的是如果计数脉冲不是同步周波脉冲而是其它形式脉冲，该开关就变成了《可编程数字循环定时开关》了，定时范围(K1+K2+K3……K12)×T(脉冲宽度时间)不同的是，在开或关的瞬间是即时的，而不是交流电自然过零处，和普通可控硅开关相同。
权利要求1.一种可编程数字周波开关，其特征是包括同步信号发生电路、可编程循环计数电路、整体控制电路和执行驱动电路；由变压器B、二极管DA、反相器F1、F2和微分电路C1、R1组成同步周波信号发生电路，由二进制串行计数分频器IC1对应二极管D1-D12、开关K1-K12组成计数电路，与另一组由IC2、D13-D24、K13-K24组成的计数电路组成可编程循环计数电路；由或非门H1、与非门Y1、非门F5、或非门H5H6、与非门Y4、非门F8组成一组控制电路，并与由或非门H2、与非门Y2、非门F6、或非门H3H4、与非门Y3、非门F7组成的另一控制电路共同构成整体控制电路，控制两个计数电路有机循环，进而控制驱动电路的工作或停止；执行驱动电路主要由双稳态触发器SW、光电耦合器SP和双向晶闸管ST组成。
专利摘要本实用新型属于开关技术。其包括同步周波信号发生电路、可编程循环计数电路、整体控制电路和执行驱动电路;同步周波信号发生电路由变压器B、二极管DA和二级非门F1、F2及微分电路组成,由IC1对应二极管D1－D12、K1－K12和IC2对应D13－D24、K13－K24组成可编程循环计数电路;由或非门H1、与非门Y1、非门F5、或非门H5H6、与非门Y4、非门F8和或非门H2、与非门Y2、非门F6、或非门H3H4、与非门Y3、非门F7组成整体控制电路。
文档编号H03K17/13GK2402060SQ9925306
公开日2000年10月18日 申请日期1999年11月9日 优先权日1999年11月9日
发明者郭胜利, 张聚才 申请人:郭胜利, 张聚才