應(yīng)用單片機(jī)組成晶閘管觸發(fā)器硬件電路設(shè)計(jì)方案

因?yàn)橹挥靡粋€(gè)同步輸入信號(hào)，所有晶閘管的觸發(fā)脈沖延遲都以其為基準(zhǔn)。為了保證觸發(fā)脈沖延遲相位的精度，用一個(gè)定時(shí)器測(cè)量同步電壓信號(hào)的周期，并由此計(jì)算出60°和120°電角度所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。由于三相橋式全控整流電路的觸發(fā)電路，必須每隔60°觸發(fā)導(dǎo)通一只晶閘管，也就是說(shuō)，每隔60°時(shí)間必然要輸出一次觸發(fā)脈沖信號(hào)，因此作為基準(zhǔn)的第一個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)必須調(diào)整到小于60°才能保證觸發(fā)脈沖不遺漏。當(dāng)以A相同步電壓信號(hào)為基準(zhǔn)，單片機(jī)檢測(cè)到A相同步電壓信號(hào)正跳變時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器工作，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)，輸出第一個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)，以后由所計(jì)算出的周期確定每隔60°己時(shí)輸出一次觸發(fā)脈沖，直到單片機(jī)再次檢測(cè)到A相同步信號(hào)的正跳變時(shí)，這個(gè)周期結(jié)束，開始下一個(gè)周期。需要注意，從單片機(jī)檢測(cè)到同步電壓正跳變到輸出第一個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)的時(shí)間，必須調(diào)整到小于等于60°電角度時(shí)間，否則會(huì)造成觸發(fā)脈沖的遺漏。第一個(gè)觸發(fā)脈沖相對(duì)于同步信號(hào)正跳變的時(shí)間，可根據(jù)三相橋式全控整流電路的觸發(fā)時(shí)序來(lái)調(diào)整，如圖3所示。圖3中α1為觸發(fā)延遲角，(α2-α1)、(α4-α3)均為觸發(fā)窄脈沖寬度60°，α0為同步脈沖信號(hào)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)周期360°;g0表示同步脈沖信號(hào)，gl、g2、g3、g4、g5、g6分別表示VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6觸發(fā)脈沖信號(hào);其中0表示低電平，1為高電平

依照三相橋式全控整流電路晶閘管導(dǎo)通的時(shí)序要求，輸出觸發(fā)脈沖分為3種情況：

(1)當(dāng)移相觸發(fā)延遲角α≤60°，此時(shí)以A相同步信號(hào)為基準(zhǔn)，并按延遲角時(shí)間定時(shí)實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)脈沖輸出，應(yīng)該是A相VT1晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)延遲時(shí)間和觸發(fā)脈沖的時(shí)序無(wú)需調(diào)整，之后每隔60°時(shí)間依次輸出VT2、VT3、VT4、VT5、VT6晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。

(2)當(dāng)移相觸發(fā)延遲角60°α≤120°時(shí)，為保證觸發(fā)脈沖不遺漏，應(yīng)將觸發(fā)延遲角的定時(shí)時(shí)間調(diào)整在60°時(shí)間之內(nèi)，即減去一個(gè)60°時(shí)間。同時(shí)輸出觸發(fā)脈沖的時(shí)序也要進(jìn)行調(diào)整，此時(shí)第一個(gè)輸出觸發(fā)脈沖信號(hào)應(yīng)該是B相，VT6晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，之后每隔60°時(shí)間依次輸出VT1、VT2、VT3、VT4、VT5晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。

(3)當(dāng)移相觸發(fā)延遲角α>120°時(shí)，要將觸發(fā)延遲角的定時(shí)時(shí)間調(diào)整在60°時(shí)間內(nèi)，從而保證觸發(fā)脈沖不遺漏，則需減去一個(gè)120°時(shí)間，并且對(duì)觸發(fā)脈沖時(shí)序進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，此時(shí)第一個(gè)輸出觸發(fā)脈沖信號(hào)應(yīng)該是C相VT5晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，之后每隔60°時(shí)間依次輸出VT1、VT2、VT3、VT4晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。

4 觸發(fā)器硬件組成

圖4給出單片機(jī)控制的移相觸發(fā)脈沖控制硬件電路圖。單片機(jī)選用AT89C2051，其屬于MCS一51系列小型單片機(jī)，共有20個(gè)引腳，2 KB內(nèi)存。同步信號(hào)的輸入經(jīng)電阻R1，R1起到限流和保護(hù)的作用，正弦同步信號(hào)經(jīng)VD1和VD2兩個(gè)限制比較器輸入電壓的箝位二極管削波后，送入比較器LM339的輸入端，LM339輸出為180°與電源相位相同的方波。同步檢測(cè)信號(hào)發(fā)生正跳變時(shí)，經(jīng)反相以中斷方式向單片機(jī)的INT0(引腳6)提供同步指令，從表面上看好像是外部中斷信號(hào)輸入，實(shí)際上是要量脈沖的寬度，這決定于信號(hào)到來(lái)的時(shí)間。使用該比較電路，無(wú)論輸入的同步電壓信號(hào)高還是低，LM339的輸出信號(hào)都能較準(zhǔn)確的反映同步輸入信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)，R2和C3對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，以避免輸出信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng)。由于AT89C2051為8位單片機(jī)，所以該觸發(fā)器內(nèi)部均為8位數(shù)字量計(jì)算，其觸發(fā)延遲角范圍為0°～180°，控制精度為0.7°，雖然控制精度受到內(nèi)部運(yùn)算位數(shù)的限制，但足以滿足一般控制要求。

AT89C2051的Pl端口的P1.2～P1.7(引腳14~19)分別用于輸出三相橋式全控整流電路VT1～VT6的觸發(fā)脈沖信號(hào)，6路脈沖信號(hào)經(jīng)741504反相放大，推動(dòng)功率放大器TD62004，該器件的輸出連接到脈沖變壓器的初級(jí)繞組。為了使復(fù)位更可靠，采用先進(jìn)的專用上電復(fù)位器件X25045，該器件具有可編程定時(shí)器，采用SPI總線結(jié)構(gòu)。定時(shí)器看門狗的作用是保證在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，若系統(tǒng)程序走死，不能定時(shí)訪問(wèn)X25045的片選端，X25045將能對(duì)系統(tǒng)復(fù)位.提高了系統(tǒng)的可靠性，給單片機(jī)提供獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。其他的端口如P1端口的P1.0～P1.1(引腳12和13)可作為過(guò)壓、過(guò)流指示，P3端口的P3.4~P3.5(引腳8和9)作為過(guò)壓和過(guò)流的輸入端，P3端口的其余端口可以從整流端采集電壓負(fù)反饋信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)字PI調(diào)節(jié)，構(gòu)成電壓負(fù)反饋閉環(huán)控制，以保證整流輸出端電壓穩(wěn)定。