南华大学电气工程学院毕业设计（论文）
图3.9 稳压电源图
图3.9中7805起到电压变化作用，C9和C10用于滤波。 另外，还可以接一个1K?的电阻和一个发光二极管， 目的是为了检测电路是否通电。
3.8 温度控制执行单元设计
3.8.1 双向可控硅BTA12
BTA12是一种以硅单晶为基本材料的P1、N1、P2、N2四层三端器件。由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅
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SCR。可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行、无火花、无噪音；效率高，成本低等等。可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。
由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件如表3.9所示：
表3.9 可控硅开关特性表
状 态 条 件 说 明 从关断到导阳极电位高于阴极点位，控制极有足够的正向电通 维持导通 从导通到关断
流和电压 两者缺一不可 阳极电位高于阴极点位，阳极电流大于维持电流 两者缺一不可 阳极电位低于阴极点位，阳极电流小于维持电流 任一条件都可 目前，采用可控硅进行功率调节的触发方式有两种：过零触发和移相触发。移相触发方式调功实际上是控制可控硅的导通角，达到调节功率的目的，此方式易造成电磁干扰而且电路复杂。采用移相触发的可控硅交流调功装置，往往在可控硅导通的瞬间使电网电压出现畸变，当控制角为90°时，产生的二次谐波电流为基波电流的50%，五次谐波也可达到基波的1/6。这些谐波分量引起电网电压波形畸变，功率因数下降，给其它用电设备和通讯系统的工作带来不良影响。为此，人们研究了各种避免电压瞬间大幅度下降和抑制高次谐波的方法，过零触发方式很好地解决了此类问题，它可把可控硅导通的起始点限制在电源电压过零点，从而大大降低了谐波分量，然而，传统的可控硅过零触发调功器由同步脉冲产生电路、检零电路、隔离电路组成，结构复杂，降低了可靠性，而且采用分立元件，器件的离散性和温漂严重影响调功器控制精度及使用寿命。MOTOROLA公司生产的MOC3021-3081器件可以很好地解决这些问题。
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3.8.2 光电耦合器MOC3041
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。
MOC3041具有价格低廉、触发电路简单可靠的特点。本系统采用MOC3041作为可控硅的驱动器，控制可控硅的导通与关断，改变平均电压的大小值，形成最佳加热方式，从而控制温度的超调。其基本工作特点如下： （1）共模抑制比很高
在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2pF以内）所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。
（2）输出特性
光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。当IF>0时，在一定的IF作用下，所对应的IC基本上与VCE无关。IC与IF之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。
3.8.3温度控制模块电路
此部分电路主要由光电耦合器和可控硅组成，光电耦合器与单片机端口相连，可以根据端口信号的变化迅速做出反应，延时时间短。由于单片机的端口电压不足以驱动光电耦合器，故令其低电平触发，外加上拉电阻。与外部电阻炉相连的部分是可控硅，与光电耦合器配合输出，以弱点控制强电，控制电阻炉的开断频率，以达到加热目的。温度控制模块电路图如图3.10所示：
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图 3.10 温度控制模块电路图
R11的作用是限制流过MOC3041的输出端的电流不超过允许的最大重复浪
涌电流。R11的值可大致如下估算：
R11= VP/IP （3.1）
其中:VP为工作电压的峰值,也就是2202V,IP为MOC3041输出端允许的最大重复浪涌电流（1A)。计算结果R11=312?，这里取R11=360?。
由于R11的串入，使触发电路产生一个最小触发电压场，低于VT时，双向可控硅BTA12不能导通。
VT=R11×IGT+VGT+VTM (3.2)
其中：IGT表示可控硅BTA12的最小触发电流。
VGT表示可控硅BTA12的最小触发电压。
VTM为MOC3041输出端的输出压降，其最大值为3V.
在阻断状态下,晶闸管的PN结相当于一个电容，如果突然受到正向电压，充电电流通过门极PN结时，起了触发电流的作用。当dV/dt较大时，将导致MOC3041的输出晶闸管误导通。由于电加热丝是一个感性负载，其dV/dt比较大，因此，采用R14和C11组成的RC回路来降低MOC3041的输出晶闸管的dV/dt。在极端情况下，MOC3041允许的dV/dt为0.8V?s。
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由于： dV/dt=
VP (3.3)
R14?C11R11+R14=
VT (3.4） IGT由此可以估算出R14和C11的值。
在实际使用中，太大的电压上升率对外部的BTA12可控硅是不允许的，特别是负载为感性或功率较大时，必须加保护回路。可以采用RC吸收回路、金属氧化物压敏电阻、雪崩二极管，硒堆与转折二极管等非线性元器件来限制或吸收过电压，其中RC吸收电路和金属氧化物压敏电阻是常见的措施。金属氧化物电阻是近年来应用广泛的浪涌吸收器件，可抑制持续时间较长的偶发性浪涌电压，具有正反向都很陡的稳压特性。正常工作时，压敏电阻不击穿，漏电流较小，损耗很小，当遇到尖峰过压时，可以通过数千安培的放电电流，抑制过压的能力很强。并具有反应快，体积小，价格便宜等优点。实际应用中BTA12一般只承受换相过电压，开关时没有较大的dV/dt,因此一般采用RC吸收电路即可。R14和C11组成的RC回路能降低可控硅的dV/dt,防止可控硅在上电和断电时击穿。其中电容用来吸收尖峰过电压，电阻主要用来限制晶闸管开通损耗和电流上升率，并阻尼LC振荡。R14和C4的大小根据负载电流和电感大小决定，在一般场合下，当工作电流小于20A时，可以取C?0.01?F,R?100?因为MOC3041在输出关断的状态下，也有小于或等于500?A的漏电流，加入R12可以消除这个电流对可控硅BTA12的影响,防止BTA12的误触发。
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