专利名称：二线制电子开关开态供电电路的制作方法
技术领域：
本发明属于电网供电二线制接法电子开关和调光调速控制器供电电路技术。
(二)技术背景目前，电网供电的电器广泛采用机械开关作为开启和关闭之用。机械开关的普遍形式是具有一个可外力开闭的触点和两根触点引线，机械开关可开关次数有限，开关触点易老化，开关时形成的电火花既加速老化又对易燃易爆场所造成威胁。一批以可控硅为代表的电子开关器件因无机械触点可以避免上述缺陷，但制作具有机械开关电特性的二线制电子开关最难的是解决开关的自身供电。以往有两种供电方案，大多数采用在主控回路旁并联一供电支路的办法，关闭状态下通过电器负载泄流供电，关闭状态供电能力最强，但回路电流取多就意味着负载的导通，因而受到限制。开启状态(即下文所称的开态)随导通角的增加供电电流减少，全周期导通供电枯竭。供电特性和控制需求相冲突。控制角必须限定较大宽度，造成负载电器电流不连续，不平滑，只适用控制电阻性负载，众多电器不能正常工作，动力电源受到污染。另一类在主控回路串联供电单元供电，因其功耗随主控回路功率增加而增加，用的更少。本人在96115320.2号发明专利“二线制宽相角调光调速控制器供电电路”提供了一种新的供电方案，但电路较复杂，使用在开关等电器设备上会提高成本。
发明内容本发明要解决的技术问题，是提供由交流电网供电的，适应二线制接法的控制器自身供电电路，为组成各种开关特别是具有机械开关电特性的二线制电子开关和控制器服务。
采用的技术方案是二线制电子开关开态供电电路，是在主控可控硅SCR两端并联一个先于主控可控硅导通一个小相角的开态供电支路。开态供电支路触发导通的小相角为主控器补充电能消耗并控制主控回路。
该电路比96115320.2号发明专利更简洁，即能由自身供电电平之内的同步脉冲触发又能由自身供电电平之内的简单开关信号触发的并联在主控可控硅两端的配合主控可控硅控制的供电支路。
本发明有以下优点1、在以往只有关态供电的基础上，增加了供电能力极强的开态供电，供电能力明显增强。
2、供电特性与需求一致。关态时，开态供电电路功耗甚微，选用微功耗主控器可使静态功耗在毫瓦级，取用电流小，极大多数处于关闭状态的电器其泄露电流都能使其正常工作，从而保证被控负载的关断。静态微功耗使得节能效果突现。开态供电由主控负载回路导通取得，自给供电能力强，顺应了主控回路导通时应有较大的触发电量的需求，可以实现大功率控制。
3、具有开关信号触发功能和同步脉冲触发功能。触发电平在开态供电电平之内，触发简便。开关信号的开启电平恒定使得负载始终锁定在接通状态，全周期导通，实现了负载导通相角的最大化。
4、以上3项优点使采用开态供电电路的二线制电子开关具有了与机械开关极相似的开、关态特性，控制负载能力强、性能好。一般阻性、容性、感性、非线性负载及其组合的负载都能控制，可以作为电器、家电、节能灯、日光灯等电器开关使用。
图1、2、3、4分别是本发明的第一、二、三、四实施例电路原理图。
具体实施方式
实施例一二线制电子开关开态供电电路(见图1)，是在主控可控硅SCR两端并联一个先于主控可控硅导通一个小相角的开态供电支路。该开态供电支路包括可控硅SCR1、电阻R1、二极管D1、稳压管VD1和电解电容C1。B点为公共地，SCR1的阴极与R1串联后R1接地，SCR1的阳极接于A点，即脉动直流电源正端。D1的正极接SCR1阴极、R1于P1点，其负极接供电输出端P2点。C1的一端接P2点，另一端接地。稳压管VD1的正端接SCR的触发极，SCR1的触发极接触发信号输入端F1。
SCR下拉电阻R3一端接SCR的触发极，另一端接地。关态供电电阻R2的一端接直流电源正端，另一端接供电输出端P2。
图1是以调控交流电经桥式整流的单向脉动直流电流为主控回路的实施例的电路图，以单向可控硅(单硅)为主控元件。下面以接入的负载为日光灯为例进行说明。
图1中SCR为主控单向可控硅，控制连接负载的主控回路，SCR1的阳极接二线制单硅全桥主控回路的脉动正电源端，连接于图1中A点，阴极连接于图1中B点的负电源端，也是公共地端。R3作为SCR控制极的下拉电阻，是防止误动作的。R2是关态供电限流电阻，连接于A点与开态供电电路的D点之间。图1虚线框内是二线制电子开关开态供电电路，SCR1是辅控可控硅，其阴极P1点与公共地B点之间接一电阻R1，使得SCR1的阴极通过R1与地相连。在SCR1阴极P1与P2点供电输出之间接二极管D1，作为SCR1导通后P1点为P2充电的通路。D1选用发光二极管，可以作为开启指示。C1是储能元件，P2点与SCR的控制极接有稳压管VD1，作为C1充电至额定值后触发SCR的通路。在没有触发信号时SCR1阻断，SCR1阴极通过电阻R1接地为地电位，二极管D1反偏截止，只有R2通过A点向P2点的C1充电，即关态供电过程。关态供电可以是百微安级，日光灯启辉器中的电容即可满足要求。开态供电过程，假定在F1点施加的是开关信号的开启电压，电流在300微安。SCR1导通，负载日光灯的启辉器击穿电离，电流增大，SCR1的导通将被保持，SCR1阴极P1点随流过电阻R1的电流增大而上升，当SCR1阴极电位高于P2点电位与二极管D1的正向压降之和时，P1点向P2点的贮能电容C1充电，随着C1电压的不断上升，当达到稳压管VD1稳压值使VD1导通时，产生触发主控可控硅SCR的电流，触发主控可控硅SCR导通，引发SCR1可控硅零电流关断，完成了向贮能电容C1充电的一个过程，主控可控硅SCR导通直到当交流半波电压的变化使其零流关断。若在交流半波的某个时段SCR阳极电流不能维持饱和导通，一直在触发状态的SCR1可以作为SCR的补充维持主控回路的导通。伴随下一个交流半波的开始开关信号继续触发SCR1导通，开始一个开态小导角供电，随后触发主控可控硅并保持负载导通的连续。当日光灯启辉器预热起跳后，产生的高压通过导通的SCR、SCR1构成回路击穿日光灯管使其电离发光。
比照96115320.2号发明专利，其改进之一是辅控可控硅SCR1的阴极与电路公共地之间接有电阻R1，使得SCR1阴极通过R1与地相连。触发SCR的电平可以在自身供电电平之内，不用自举电平触发。特殊之处是SCR1触发导通后，导通状态导通电流的增加使其阴极电位不断抬高，这一变化过程不会因阴极和控制极的压差变化改变，随导通电流不断抬高的阴极电位将作为自身供电和触发主控可控硅之用，增设的二极管D1即是这一用途。阴极电位的自我滑动抬升技术解决了低电平触发可控硅导通实现高电位小相角供电问题。电阻R1也可用恒流源替代，如三极恒流源等。触发主控可控硅和稳压脉冲输出电路也去掉了晶体管的参与，改由稳压管VD1单独担任。
实施例二二线制电子开关开态供电电路(见图2)，是在主控可控硅SCR两端并联一个先于主控可控硅导通一个小相角的开态供电支路。该开态供电支路包括双向可控硅SCR2、电阻R5、R5、二极管D2、D3、稳压管VD2、电解电容C2。SCR2的阴极接R5于P3点，SCR2的阳极接交流主控回路A点，R5的另一端接交流主控回路B点。R4与VD2串联，R4另一端接SCR触发极，同时接D3的正极，VD2负极接P4点。D3的正极接SCR的触发极，负极接SCR2与R1连线上的P3点，D2的正极接P3，负极接P4点，C2的正极接P4点，负极接交流主控回路B点。
电阻R6、二极管D4、D5组成关态供电支路。
暗态供电只在交流半周内通过R6向C2充电。开态供电采用交流正负半周期分路工作的原理，开态供电电路增加了由二极管D3组成的由SCR2控制直接触发主控可控硅又一支路，在VD2支路增加电阻R4跟制SCR2反向触发时从C10泄流。极端情况下R4可以省略。开态供电电路只在半个周期小相角供电。正半周的工作与实施例一相同。负半周时，在SCR1控制极F点与B点之间施加的控制信号，使SCR2触发负向导通，其导通将被保持SCR2阴极P3点随流过电阻R5的电流增大而下降，当SCR2阴极电位低于P4点SCR的负向触发电位与二极管D3的正向压降之和时，产生触发主控可控硅SCR的电流，触发主控可控硅SCR负向导通，引发SCR1可控硅零电流关断后，伴随下一个交流周期的开始又重新开始一个开态小导角供电的过程。
图2是对照图1单硅控制方式演化来的双硅电子开关开态供电电路，按照双硅的触发特点，负供电电源形成的负触发信号是易于触发的。将图2电路中二极管D2、D3、稳压二极管VD2电解电容C2反接，即可组成开态负极供电电源，相应的关态电流也应是负极供电。
实施例三二线制电子开态供电电路(见图3)，是在主控可控硅(双向可控硅)SCR两端并联一个先于主控可控硅(双向可控硅)SCR导通一个小相角的开态供电支路。该开态供电支路包括稳压管VD3、VD4、桥式整流器FD2、光耦可控硅FD1和电阻R8，光耦可控硅FD1包括光触发可控硅SCR3和发光二极管D6。R8一端与SCR3阳极连接，另一端接交流主控回路A点，SCR3接FD2的4脚，D6正极端接信号输入端F，另一端接FD2的2脚，FD2的3脚接交流主控回路的B端。VD3与VD4反向串联，一端接SCR3的阴极、FD2的4脚于P5点，另一端接SCR触发极，电解电容C3正极接FD2的1脚，负极接FD2的2脚。
关态供电支路的R10一端接P5点，另一端接交流主控回路的A点，R9的一端接SCR的触发极，R9的另一端接交流主控回路的B点。
该电路是一种主控和辅控均为双硅主控双硅顺向触发的全周期开态供电电路。辅控双硅是光电藕和型，主控双硅触发支路由两只对接的稳压管担任，暗态供电电阻(双硅时也可用电容)通过二极管桥式整流为控制器静态供电。明态小导角供电的过程是，当触发光藕可控硅时，流过光藕可控硅的电流通过桥路向贮能直流电容C3充电，C3两端是开态自身供电的输出端。桥路交流端电压随贮能直流电容C3电压的增加而增加，当桥路交流端电压达到双向稳压管稳压电压时，产生触发主控可控硅的电流，触发主控可控硅导通，引发光藕可控硅零电流关断，完成开态供电过程。交流电的正负半周期都能完成一个开态供电过程，实现全周期开态供电。
实施例四二线制电子开关开态供电电路(见图4)，是在主控可控硅(双向可控硅)SCR的两端并联一个先于主控可控硅SCR导通一个小相角的开态供电支路。该开态供电支路包括桥式整流器FD3、单向可控硅SCR4、三极管D6、电阻R11、电容C4、C5。桥式整流器FD3的整流正输出端7联接单向可控硅SCR4的阳极，FD3的整流负输出端联接于R11、C4于E点，SCR4的阴极联接R11、D6于P6点，D6的另一端接C4于P7点。
关态供电支路也通过FD3，由R12限流充电VD5，在关态和开态时均作为稳压用。
该电路是一种主控为双硅，辅控为单硅的顺向触发全周期开态供电电路。关态供电和开态供电支路自身小相角供电的过程与实施例一完全相同。其特点是辅控单硅开态供电支路触发主控双向可控硅。关态供电FD3支路只有R12连通电流很小，流过C5和SCR的触发极不会触发主控可控硅SCR。开态时，经F触发SCR4，整个开态电流激增，该电流经A、D、E、C、B流动，联接于C、B点之间的C5被充电使其端电压上升，同时联接于D、E两端的自身供电支路也通过SCR4、D6向C4充电。当经过一个小相角达到SCR触发电压时，触发主控可控硅SCR，使A、B点间电压下降，SCR4关断，完成自身小相角供电过程。
联接于主控SCR触发极的C5是周期充放电工作的，C5容量大小直接影响开态支路供电量大小，即开态小相角大小。应适当选取其值使得开态小相角有足够的宽度满足自身供电要求。
在小功率需求的情况下，图4的开态供电支路从A、C点接入本身也可以作为主控回路使用。
提请注意的是，图1、图2、图4中的辅控可控硅可以象图3辅控光耦可控硅阳极支路中串入电阻R8一样串入限流电阻。图1、图2、图3中的主控可控硅触发极的下拉电阻可以省略。
权利要求
1.二线制电子开关开态供电电路，其特征是在主控可控硅SCR两端并联一个先于主控可控硅导通一个小相角的开态供电支路；开态供电支路触发导通的小相角为主控器补充电能消耗并控制主控回路。
2.根据权利要求1所述的二线制电子开关开态供电电路，其特征在于所述的开态供电支路包括可控硅SCR1、电阻R1、二极管D1、稳压管VD1和电解电容C1；SCR1阴极与R1接于P1点，R1的另一端接B点，SCR1阳极接于A点，SCR1的触发极接触发信号输入端F1，D1的正极接P1点，其负极接供电输出端P2点，电解电容C1的正极接P2点，负极接B点，稳压管VD1的正端接SCR的触发极，VD1的负极接P2。
3.根据权利要求1所述的二线制电子开关开态供电电路，其特征在于所述的开态供电支路包括双向可控硅SCR2、电阻R4、R5、二极管D2、D3、稳压管VD2、电解电容C2；SCR2阳极接交流主控回路A点，SCR2的触发极接触发信号输入端F，SCR2阴极与电阻R5联接于P3，R5另一端接交流主控回路B点，R4与VD2串联，R4另一端接SCR触发极，VD2负极接P4点，D3的正极接SCR的触发极，负极接P3点，D2的正极端接P3，负极接P4点，电解电容C2的正极接P4点，负极接交流主控回路B点。
4.根据权利要求1所述的二线制电子开关开态供电电路，其特征在于所述的开态供电支路包括稳压管VD3、VD4、桥式整流器FD2、光耦可控硅FD1及电阻R8，光耦可控硅FD1包括光触发可控硅SCR3和发光二极管D6，R8一端与SCR3阳极联接，R8另一端接交流主控回路A点，SCR3阴极接FD2的(4)脚，D6正极端接触发信号输入端F，负极接FD2的(2)脚，FD2的(3)脚接交流主控回路的B端，VD3与VD4反向串联，一端接SCR3阴极，另一端接SCR触发极，电解电容C3正极接FD2的(1)脚，负极接FD2的(2)脚。
5.根据权利要求1所述的二线制电子开关开态供电电路，其特征在于所述的开态供电支路包括可控硅SCR4、电阻R11、二极管D6、电容C4、电容C5、挢式整流器FD3FD3的交流输入端(5)联接于主控回路A点，FD3的交流输入端(6)联接SCR的触发极、C5的一端于C点，C5的另一端联接SCR的阴极于B点，FD3的正电压输出端(7)联接SCR4的阳极于D点，FD3的负电压输出端(8)联接R11、C4的一端于E点，R11的另一端联接SCR4的阴极、D6的正端于P6点，D6的负端联接C4的另一端于P7点。
全文摘要
二线制电子开关开态供电电路,其特点是在主控可控硅SCR两端并联一个先于主控可控硅导通一个小相角的开态供电支路,开态供电支路触发导通的小相角为主控器补充电能消耗并控制主控回路。本发明使二线制电子开关供电能力明显增强,组合的二线电子开关具有与机械开关极相似的开、关态特性,控制负载能力强、性能好。一般阻性、容性、感性、非线性负载及其组合的负载都能控制,可以作为电器、家电、节能灯、日光灯等电器开关使用。
文档编号H02M5/02GK1337774SQ0112815
公开日2002年2月27日 申请日期2001年9月11日 优先权日2001年9月11日
发明者刘霖春 申请人:刘霖春