基于双向可控硅隔离型延时可控电路的实现方法

摘要：介绍一种基于双向可控硅的延时可控关断电路，其延长时间可以人为设定，并且在延时结束后能够实现电路与电源完全隔离。仿真和实验结果证明，该电路工作良好。

0 引言

为了节约电力资源，各种节能的电力电子技术产品的研发日益受到重视。由此，提出了一种延时关断的电路，通过单刀双掷开关、双向可控硅、单稳态触发器、555 定时器、光耦合双向可控硅驱动器来实现。以双向可控硅作为驱动电路，电磁干扰小，同时电路结构简单、安全可靠、成本低廉。在节省电力资源的同时保证了安全性能，因此，该电路在照明设备、家用电器和各类工业设备中均具有广泛的应用前景。

1 驱动控制器件的选取

1. 1 双向可控硅BT138

为了达到与电源隔离的目的，应选用耐压高、响应快的双向可控硅。B T138 是Philip s 公司推出的TO220 封装三端双向可控硅，耐压600 V ,稳态导通电流为12 A .具有双向导通响应快的特性，能达到250 V/μs.特别适用于电机控制，工业用照明、加热设备以及静态开关等场合。

1. 2 光耦合双向可控硅驱动器MOC3041

为使B T138 工作稳定，驱动器的选择很重要。

MOC3041 用于驱动双向可控硅，具有简化逻辑控制、零电压交叉的特性，dV / dt 可达2 000 V/μs ,在温度控制、电压驱动和照明控制等领域应用广泛。

1. 3 双精度单稳态触发器CD4538

CD4538 是FAIRCHILD 公司的CMOS4000系列数字IC 芯片，精度高，可进行再触发。它内部含有2 个单稳态触发器，一个用于触发555 定时器，另一个用于驱动MOC3041 ,通过脉冲的上升或下降沿进行触发，触发后的输出脉冲宽度可根据需要设定。本文中CD4538 设定的参数如表1 所示。

表1 CD4538 相关参数表。

2 电路工作原理分析

延时可控电路原理如图1 所示。K1 为单刀双掷开关，1 和2 分别是2 个触点;U1 是三端稳压器LM7815 ;U2 和U5 是整流桥;U3 和U8 分别是555定时器和双精度单稳态触发器CD4538 ;D1 为双向可控硅B T138 .U4 和U7 是光耦合双向可控硅驱动器MOC3041。其中U4 用于驱动B T138 ;U6 为光电耦合器P521 .

图1 电路原理

2. 1 电路开通阶段

开关K1 置于触点1 ,ZL 工作的同时，220 V 交流电经过电容C4 降压、U2 整流，输出直流15V 电压V CC .此时定时器U3 没有计时，第3 管脚为低电平，触发器U8 第11 管脚设置为下降沿触发，此时未经触发，第9 管脚保持高电平，光耦合驱动器U4导通并驱动可控硅D1 导通。D1 此时导通可防止K1 的误操作，若K1 在ZL 工作阶段不慎被置于中点位置，ZL 可通过D1 获得电源而继续正常工作。

2. 2 电路延时阶段

开关K1 置于触点2 ,在K1 从触点1 断开的瞬间，稳压器U1 由电容C3 供电。K1 置于触点2 后，交流电通过光耦合驱动器U7 ,再经整流桥U5 整流和电容C2 滤波后，使光电耦合器U6 导通，触发器U8 的第4 管脚获得高电平触发，U8 的第7 管脚随之输出低电平脉冲，通过555 定时器U3 第2 管脚使U3 被触发，U3 第3 管脚变为高电平，延时计时开始。

2. 3 延时结束

定时器U3 计时结束时，第3 管脚降为低电平，产生下降沿使触发器U8 的第11 管脚被触发，第9管脚输出低电平脉冲，使光耦合驱动器U4 关断，导致可控硅D1 截止，用电器ZL 、整流桥U2 和稳压器U1 相继断电，V CC供电停止，从而使耦合驱动器U7和光电耦合器U6 关断。双向可控硅D1 的截止使整个电路与电源实现了彻底隔离。

若要恢复ZL 工作，将开关K1 重新置于触点1即可。