張雪君　高宏進　魏文斌　張雪　李少鵬

摘 要：交流調(diào)壓技術作為一種高性能調(diào)壓技術可實現(xiàn)中小型功率用電器在特殊的限制功率的場合的過載使用，符合電力電子技術的高頻化、高效化以及低污染發(fā)展趨勢。運用雙向可控硅調(diào)壓電路的電壓調(diào)節(jié)原理，調(diào)節(jié)元件參數(shù)與可控硅控制角之間的定量關系，利用公式確定控制角與電壓之間的關系。對此三者間關系進行分析，得出調(diào)節(jié)元件參數(shù)和電壓間關系，從而設計出一款更為準確有效，簡單方便的可控調(diào)壓插座。

關鍵詞：低成本 交流調(diào)壓 雙向可控硅

中圖分類號：TM46 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（b）-0101-02

交流調(diào)壓技術可實現(xiàn)中小型功率用電器在特殊的限制功率的場合的過載使用，可解決如學校、辦公室等無法使用大功率用電器等問題。交流調(diào)壓技術作為一種高性能交流調(diào)壓技術，符合電力電子技術的高頻化、高效化以及低污染發(fā)展趨勢，將成為調(diào)壓領域中不可或缺的一份子。傳統(tǒng)的調(diào)壓方式采用的是自耦變壓器、感應調(diào)壓和飽和電抗器等電磁裝置，針對這些裝置調(diào)壓范圍小、占用空間大而且造價高等缺點，提出了以可控硅來實現(xiàn)一種多功能調(diào)壓插座，通過控制可控硅的觸發(fā)角來控制負載兩端的電壓，從而實現(xiàn)調(diào)壓目的。電路簡單高效經(jīng)濟使用方便。它能適應家用電器多種電壓的需要，如電燈的調(diào)光，電機的調(diào)速，熱得快，小太陽和電爐的調(diào)溫等等。該調(diào)壓插座以調(diào)壓范圍廣、空間小、價格低等特點成為未來市場上一種極具競爭力的新型產(chǎn)品。

1 交流調(diào)壓插座工作原理

當電路接通交流市電后，交流市電便通過負載電阻電位器和電阻R3、電阻R2向電容器C1充電，只要電容器C1上的充電電壓高于雙向觸發(fā)二極管的轉(zhuǎn)折電壓，電容器C1便通過限流電阻R1以及雙向觸發(fā)二極管VD1向雙向可控硅VS的控制極放電。觸發(fā)可控硅VS導通。改變電位器的阻值便可改變向C1充電的速度，也就改變了雙向可控硅的導通角。由于雙向觸發(fā)二極管在正、反電壓下均能工作，所以整個電路可以工作于交流電的正、負兩個半周。L、C2、R4、C3、R5構成濾波電路，有效抑制了輻射干擾和傳導干擾，避免可控硅瞬間導通產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)造成傷害，也防止對臨近收音機產(chǎn)生電磁波干擾。該電路在雙向可控硅加散熱器的情況下，可控負載功率可達1000 W。

2 VS觸發(fā)環(huán)節(jié)設計

雙向二極管伏安特性曲線如圖2所示，其中OP段為截止區(qū)，PV段為負阻區(qū)，VP1 段為飽和區(qū)。VS導通受控于雙向二極管產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖電流，而雙向二極管只有在Uc增加到UP后，由于P-V段負阻區(qū)，引起強烈的正反饋，又因Uc不能突變，故瞬間使工作點由P點跳變至P1點，此刻VD1中有電流i，當脈沖電流峰值Im大于VS的觸發(fā)電流時，VS便導通。

3 濾波電路設計

單純的可控硅調(diào)壓電路會產(chǎn)生兩種干擾：一種是傳導干擾，是由正弦波畸變，產(chǎn)生高頻電流和電壓沿著電源線耦合而干擾鄰近的的同電網(wǎng)的收音機，并對電網(wǎng)造成污染。針對此種干擾，本調(diào)壓插座電路采用電阻R5電容C3電感L組成的濾波電路，L可選用100～300 uH，本電路選用300 uH，電容選用0.22 uF/400 V。將電阻和電容并聯(lián)在電源兩端，使干擾經(jīng)它入地，而不從電源線耦合出去，如果使防干擾效果更好，還可以用LCπ型濾波電路；另一種干擾是輻射干擾，干擾能量以高頻電磁波形式從導線中輻射出去，通過收音機的天線和地線進入收音機的回路，從而干擾收音機的正常工作。本電路將電阻R4和電容C2并聯(lián)在負載兩端，使干擾電磁波不進入負載，就可以達到抑制輻射干擾的目的。

4 各元件詳解

4.1 保護電阻

R1是保護電阻，用來防止調(diào)整到零電阻時，過大的電流造成半導體器件的損壞。R1太大又會造成可調(diào)光范圍變小，所以應適當選擇。

4.2 功率調(diào)整電阻

R3決定白熾燈可調(diào)節(jié)到的最小功率，若不接入R3，則在調(diào)整到最大值時，白熾燈將完全熄滅，這在家庭應用中會造成一定不便。接入R3后，當調(diào)整到最大值時，由于R3的并聯(lián)分流作用，仍有一定電流給C1充電，實現(xiàn)白熾燈的最小功率可以調(diào)節(jié)，若將R3換為可變電阻器，則可實現(xiàn)更精確的調(diào)節(jié)，以確保量產(chǎn)的一致性。同時R3還有改善電位器線性的作用，使燈光變化更適合人眼的感光特性。

4.3 可控硅的緩沖保護

可控硅在電路中工作時，它的開關狀態(tài)并不是瞬間完成的?？煽毓鑴倢〞r的等效阻抗還很大，這時如果電流上升很快，就會造成很大的開通損耗；同樣，在可控硅接近完全關斷時也還有較大電流，這時如果可控硅兩端的電壓迅速上升，也會產(chǎn)生很大的關斷損耗。開關損耗會導致可控硅的發(fā)熱量增加，嚴重時會造成期間燒毀。采用適當?shù)木彌_措施來抑制電流和電壓的上升速率，可以有效改善可控硅的開關工作條件。

4.4 電路應用

此電路若應用于調(diào)光，會出現(xiàn)可控硅調(diào)光電路的滯后現(xiàn)象，普通的可控硅調(diào)光電路存在開機功率和關機功率不一致的現(xiàn)象，這種電位器調(diào)至最小角度時的功率比開機時同一位置的功率要大的現(xiàn)象，就是普通調(diào)光電路的滯后效應。滯后效應產(chǎn)生的原因是每次觸發(fā)可控硅時，充電電容被部分放電引起的。在觸發(fā)二極管上串入一個小電阻可以大大減輕這種現(xiàn)象，還有一種有效的方法是在電阻R1和電容C1兩端并聯(lián)一電容，用此電容去觸發(fā)可控硅，避免了滯后效應的出現(xiàn)。另外使用可控硅調(diào)光電路時，當負載小于一定功率時，燈泡就會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，這是由于可控硅的最小維持電流不足所引起的。由于不同型號的可控硅的最小維持電流并不一致，所以生產(chǎn)廠家都會在產(chǎn)品說明上標示出適用的最小負載功率限制，在使用時必須注意這個問題。

5 結語

本款以可控硅為主要元件的交流調(diào)壓插座，控制簡單，在交流電穩(wěn)定在220 V時輸出電壓可以實現(xiàn)0～194 V的均勻可控調(diào)節(jié)，能夠快速并穩(wěn)定的輸出電壓。解決了一般調(diào)壓電路產(chǎn)生高次諧波污染電網(wǎng)、輻射干擾和傳導干擾、電壓調(diào)節(jié)不均勻產(chǎn)生突變等問題。

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