使用霍耳元件的可控硅過(guò)流保護(hù)電路

這里介紹一種采用霍耳元件作為傳感器的可控硅過(guò)流過(guò)載保護(hù)電路，此外它還具有過(guò)熱保護(hù)功能和聲光報(bào)警功能。電路原理圖見(jiàn)圖１。
它的基本工作原理是這樣的，由兩個(gè)Ｕ形磁體與兩個(gè)三端型集成霍耳元件組成一個(gè)帶有一定間隙的閉合磁路，作為電流的檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)負(fù)載及可控硅電流的導(dǎo)線從磁路平面的中心穿過(guò)，在磁路中產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，見(jiàn)圖２。當(dāng)通過(guò)可控硅的電流值在額定范圍之內(nèi)時(shí)，它在磁路中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度較小，低于霍耳元件的動(dòng)作磁場(chǎng)強(qiáng)度，保護(hù)電路不動(dòng)作。而一旦發(fā)生過(guò)電流情況時(shí)，由于磁場(chǎng)強(qiáng)度大增，將超過(guò)霍耳元件的動(dòng)作強(qiáng)度，霍耳元件將被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，同時(shí)也觸發(fā)保護(hù)電路，使其關(guān)閉主電路可控硅的觸發(fā)電路，并使可控硅在過(guò)零之后關(guān)斷。
電路中ＩＣ１和ＩＣ２為霍耳集成電路ＵＬＮ３０２０，在平時(shí)正常工作時(shí)它們的輸出端{(lán)3}腳始終都為低電平，Ｄ２、Ｄ３截止，可控硅Ｔ１也處于關(guān)斷狀態(tài)，發(fā)光管Ｌ４不發(fā)光，正電源通過(guò)Ｒ６、Ｌ１、ＩＣ４、Ｒ５、ＶＴ到地形成一個(gè)回路，如果控制開(kāi)關(guān)三極管ＶＴ的基極為高電平，它將處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而使過(guò)零觸發(fā)器ＩＣ４開(kāi)通，觸發(fā)雙向硅Ｔ３導(dǎo)通，負(fù)載ＲＬ得電工作，它們的電流將在磁路中產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的峰值沒(méi)有達(dá)到兩個(gè)霍耳元件的開(kāi)通磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，ＩＣ１和ＩＣ２都保持原態(tài)不變。而一旦由于負(fù)載不正常，或其他原因?qū)е码娏鳟惓Ｔ龃髸r(shí)，ＩＣ１和ＩＣ２中有一只將處于短時(shí)高電平輸出狀態(tài)，從而通過(guò)Ｄ２或Ｄ３觸發(fā)可控硅Ｔ１導(dǎo)通，Ｄ５導(dǎo)通，使過(guò)零觸發(fā)器ＩＣ４關(guān)斷，而可控硅Ｔ３將在電源過(guò)零后關(guān)斷。與此同時(shí)，發(fā)光管Ｌ４點(diǎn)亮，Ｄ４也導(dǎo)通，蜂鳴器ＢＵ發(fā)出報(bào)警聲，可控硅Ｔ１能夠一直保持導(dǎo)通狀態(tài)，直到關(guān)閉控制電路的電源為止。
在這個(gè)電路中還有一套可控硅過(guò)熱保護(hù)電路，其中ＩＣ３為一只ＴＯ－２２０方式封裝的型號(hào)為６７Ｌ０７０二腳溫度傳感開(kāi)關(guān)元件，它的動(dòng)作溫度為７０℃，在平時(shí)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(dāng)可控硅由于過(guò)負(fù)荷或其他原因而使功耗大大增加，一旦散熱器的溫度達(dá)到７０℃時(shí)，ＩＣ３將從常閉轉(zhuǎn)為常開(kāi)，這時(shí)Ｔ２將通過(guò)Ｒ１０觸發(fā)導(dǎo)通，Ｄ６也導(dǎo)通，使ＩＣ４斷電截止，同時(shí)也使可控硅Ｔ３截止。與此同時(shí)，Ｄ７也導(dǎo)通，發(fā)光管Ｌ３被點(diǎn)亮，Ｄ６導(dǎo)通，蜂鳴器ＢＵ工作，發(fā)出報(bào)警聲音。可控硅Ｔ２也能夠一直保持導(dǎo)通狀態(tài)。最后直到關(guān)閉控制電源為止。
使霍耳元件動(dòng)作的電流大小可以通過(guò)調(diào)整兩個(gè)Ｕ形磁心之間的間隔來(lái)決定，對(duì)于本電路所使用的４０Ａ可控硅來(lái)說(shuō)，應(yīng)將通過(guò)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(dǎo)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(shí)際保護(hù)電流的大小最好通過(guò)實(shí)測(cè)決定，并用膠封固在印刷板上。對(duì)兩只霍耳元件安裝的要求是，對(duì)正磁心截面，印字全部朝向一個(gè)方向。只有這樣才能使兩只霍耳元件分別檢測(cè)交流電流的正負(fù)半周。
為了作進(jìn)一步的保護(hù)，在主電路 還設(shè)有一個(gè)３２Ａ的空氣開(kāi)關(guān)，它的作用也是保護(hù)可控硅，同時(shí)也作為主電路的控制開(kāi)關(guān)使用。
該保護(hù)電路的不足之處是當(dāng)負(fù)載及電路發(fā)生嚴(yán)重短路問(wèn)題時(shí)，對(duì)可控硅的保護(hù)作用略顯不足，因?yàn)橐苍?jīng)出現(xiàn)過(guò)可控硅被燒短路的情況，這主要是由于在保護(hù)電路動(dòng)作之后，可控硅只能在電源過(guò)零之后才能自然關(guān)斷，而空氣開(kāi)關(guān)的分?jǐn)嗨俣纫彩怯邢薜?。所以在必要時(shí)應(yīng)采用“快熔”等其他措施來(lái)進(jìn)行最后的短路保護(hù)。
該保護(hù)電路被大量應(yīng)用在自行設(shè)計(jì)的４０００Ｗ箱式電爐的溫度控制器上，已經(jīng)正常工作了四年時(shí)間，曾多次成功地避免了因負(fù)載異常而導(dǎo)致的過(guò)電流故障。