使用霍耳元件的可控硅過流保護電路

2003年,第6期,類別:電子產(chǎn)品與器件

????這里介紹一種采用霍耳元件作為傳感器的可控硅過流過載保護電路，此外它還具有過熱保護功能和聲光報警功能。電路原理圖見圖１。
????它的基本工作原理是這樣的，由兩個Ｕ形磁體與兩個三端型集成霍耳元件組成一個帶有一定間隙的閉合磁路，作為電流的檢測系統(tǒng)，通過負載及可控硅電流的導線從磁路平面的中心穿過，在磁路中產(chǎn)生一個交變磁場，見圖２。當通過可控硅的電流值在額定范圍之內時，它在磁路中所產(chǎn)生的磁場強度較小，低于霍耳元件的動作磁場強度，保護電路不動作。而一旦發(fā)生過電流情況時，由于磁場強度大增，將超過霍耳元件的動作強度，霍耳元件將被觸發(fā)翻轉，同時也觸發(fā)保護電路，使其關閉主電路可控硅的觸發(fā)電路，并使可控硅在過零之后關斷。
????電路中ＩＣ１和ＩＣ２為霍耳集成電路ＵＬＮ３０２０，在平時正常工作時它們的輸出端{3}腳始終都為低電平，Ｄ２、Ｄ３截止，可控硅Ｔ１也處于關斷狀態(tài)，發(fā)光管Ｌ４不發(fā)光，正電源通過Ｒ６、Ｌ１、ＩＣ４、Ｒ５、ＶＴ到地形成一個回路，如果控制開關三極管ＶＴ的基極為高電平，它將處于導通狀態(tài)，從而使過零觸發(fā)器ＩＣ４開通，觸發(fā)雙向硅Ｔ３導通，負載ＲＬ得電工作，它們的電流將在磁路中產(chǎn)生一個交變磁場，當磁場強度的峰值沒有達到兩個霍耳元件的開通磁場強度時，ＩＣ１和ＩＣ２都保持原態(tài)不變。而一旦由于負載不正常，或其他原因導致電流異常增大時，ＩＣ１和ＩＣ２中有一只將處于短時高電平輸出狀態(tài)，從而通過Ｄ２或Ｄ３觸發(fā)可控硅Ｔ１導通，Ｄ５導通，????使過零觸發(fā)器ＩＣ４關斷，而可控硅Ｔ３將在電源過零后關斷。與此同時，發(fā)光管Ｌ４點亮，Ｄ４也導通，蜂鳴器ＢＵ發(fā)出報警聲，可控硅Ｔ１能夠一直保持導通狀態(tài)，直到關閉控制電路的電源為止。
????在這個電路中還有一套可控硅過熱保護電路，其中ＩＣ３為一只ＴＯ－２２０方式封裝的型號為６７Ｌ０７０二腳溫度傳感開關元件，它的動作溫度為７０℃，在平時常溫狀態(tài)下為常閉狀態(tài)。它被安裝在可控硅Ｔ３的散熱器上。當可控硅由于過負荷或其他原因而使功耗大大增加，一旦散熱器的溫度達到７０℃時，ＩＣ３將從常閉轉為常開，這時Ｔ２將通過Ｒ１０觸發(fā)導通，Ｄ６也導通，使ＩＣ４斷電截止，同時也使可控硅Ｔ３截止。與此同時，Ｄ７也導通，發(fā)光管Ｌ３被點亮，Ｄ６導通，蜂鳴器ＢＵ工作，發(fā)出報警聲音?？煽毓瑁裕惨材軌蛞恢北３謱顟B(tài)。最后直到關閉控制電源為止。
????使霍耳元件動作的電流大小可以通過調整兩個Ｕ形磁心之間的間隔來決定，對于本電路所使用的４０Ａ可控硅來說，應將通過它的最大電流限制在小于４０Ａ，這里所使用的磁心截面為５ｍｍ×４ｍｍ，兩磁心之間的間隔約為２．０ｍｍ左右，但由于不同磁性材料導磁率存在的差異以及霍耳元件的參數(shù)差異，具體間隔可能略有不同，實際保護電流的大小最好通過實測決定，并用膠封固在印刷板上。對兩只霍耳元件安裝的要求是，對正磁心截面，印字全部朝向一個方向。只有這樣才能使兩只霍耳元件分別檢測交流電流的正負半周。
????為了作進一步的保護，在主電路 還設有一個３２Ａ的空氣開關，它的作用也是保護可控硅，同時也作為主電路的控制開關使用。
????該保護電路的不足之處是當負載及電路發(fā)生嚴重短路問題時，對可控硅的保護作用略顯不足，因為也曾經(jīng)出現(xiàn)過可控硅被燒短路的情況，這主要是由于在保護電路動作之后，可控硅只能在電源過零之后才能自然關斷，而空氣開關的分斷速度也是有限的。所以在必要時應采用“快熔”等其他措施來進行最后的短路保護。
????該保護電路被大量應用在自行設計的４０００Ｗ箱式電爐的溫度控制器上，已經(jīng)正常工作了四年時間，曾多次成功地避免了因負載異常而導致的過電流故障。

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