基于单片机控制的三相全控桥晶闸管触发器的设计

图 ; 同步信号示意图 下面用图 ; 介绍 第一个脉冲发出时间的计算方法。设整流延迟角 !
合，定时器的计数值等于 &’ $" 高电平的宽度，其 最大值为 ")#* 电角度。由于比较器的输出波形很 整齐，所以可以保证输入的同步信号稳定，不容易 被干扰。本系统选用 "!+,- 晶振，则 "! . 为一个 计数单位，计数最大值为 "# ###。定时器的初值选 为 #，在 &’ $"为高时及时置 $%" 为 "，则定时器 " 自动在 &’ $" 高电平的作用下计数，在需要处理时 读出其计数值。 可以看出，这时同步信号的输入方式完全是查 询方式，而不是中断方式。因而极大地增强了系统 的抗干扰能力。假设在极端情况下此引脚输入了较 大的干扰脉冲，也只会使读数产生一些变化，造成 电压的一些波动，而不会造成整流触发脉冲的混 乱，不会影响程序正常运行。这样系统更稳定，应 用性更强。
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引言
在工业领域使用的变流装置中，普遍是采用三
称度差、调试困难、抗干扰能力差等缺点。利用单片 机采用数字 *+, 调节器组成电压负反馈闭环系统，由 三相全控桥晶闸管整流电路取出电压信号，采用带限 幅的电压负反馈确保在电网方式，改为定 时器计时同步方式，这样就从根本上消除了干扰信号 的影响，通过软件编程实现控制功能，灵巧简单，抗 干扰能力强，控制精度高，实时性好，对称度高，稳 定性强。
图)
电路原理图
基于单片机控制的三相全控桥晶闸管触发器的设计
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! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 出脉冲和保护显示， !" 口用作接收同步信号和采 集 # $ % 信号、 !&% 控制以及接收过电流、过电压 控制信号。通过改变电位器的值，调整电压给定 值，进而改变触发角度 !，电位器范围是 ’ ( )* ， 通过 + ,-’."/# $ % 转换器得到的相应值为 ’ ( 0))， 单片机根据采集到的数据，与从整流输出端得到的 电压反馈信号 # $ % 转换后进行数字 !&% 调节，构 成电压负反馈闭环控制，以保证整流输出端电压的 稳定。单片机以此数据作为定时器的计数值进行延 时控制，控制脉冲的输出，以达到改变整流电路输 出电压的目的。 + ,-’."/ 八位串行控制模 $ 数转换 器，是八位逐次逼近模 $ 数转换器，有四个输入通 道。 + ,-’."/ 工作时，选择哪个模拟通道，取决 于输入时序中的配置位。同时配置位也决定了输入 是单端输入还是差分输入。本装置采用单端输入， 由于 %& 端只在多路寻址时被检测，而此时 %1 端 仍为高阻状态，因此 %& 端和 %1 端可以连在一起。 六路脉冲信号经 2/,3’/ 反相放大，推动功率放大 芯片 +%40’’/#%，该芯片的输出接脉冲变压器的 的一 次 侧 绕 组。同 步 信 号 的 输 入 采 用 了 比 较 器 , 5"6"。过电流、过电压保护电路经 #+.6-0’)7 单片机的 . 脚、6 脚输入。 度为 7.=，再延时 /0=到发下一组脉冲。在每组脉冲 前进行保护判断，如果正常工作则最后一组脉冲结 束后返回。接着再进行下一周期的电压给定信号的 # $ % 转换采样，之后再启动 +,-’."/ 采样 -:7 通道 的电压反馈信号。由电压给定值与电压反馈信号构 成控制偏差进行 !&% 控制调节，以保证在电网波动 时整流输出电压的稳定。 !%’ "#$ 控制算法 采用标准的增量式 !&% 算法。根据电压给定 和电压反馈的有效采样值计算控制量，计算公式为 (% ( ’" $ 0 ’" $ 7 % ’" $ 0） !! # & > ’" % ’" $ 7 % ( ’" % ( （ & 式中， ’" 为第 " 次采样时刻输入的偏差值； & ! 为 比例系数； ! " 为第 " 次采样时刻的控制变量； ( 为采样周期； ( % 为微分时间常数； ( & 为积分时间 常数。这 种 算 法 只 需 保 留 偏 差 ’" 、 ’" ? 7 、 ’" ? 0 和 ! " ? 7 即可完成递推运算。将上式进一步整理可得 (% (% ( !! # & > 7 % ( % ( ’" $ & > 7 % 0 ( ’" $ 7 % & &> 式中 (% ’ # ) ’ ’" $ ) 7 ’" $ 7 % ) 0 ’" $ 0 ( " $0 (% ( )’ # & > 7 % % ( (& ( )7 # & > 7 % 0 % (
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结束语
由于同步信号采用了非中断方式，干扰信号不
能从单片机的外部中端引入，提高了信号的抗干扰 能力。且在整流输出端采用了由数字 <&7 调节器 组成的电压负反馈闭环系统，使输出电压稳定。故 该方案具有较高的实用和推广价值。
图/ 定时 0 计数 $" 工作模式 " 原理图
参考文献
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相全控桥式晶闸管变流电路。而晶闸管触发器以前 是以晶体管等为主要元件的分立式元件所组成的电 路，不仅制作工艺及电路调试复杂，且体积大，某 些技术性能不好。随着集成电路制作技术的提高， 晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，并以其可靠 性高、技术性能好、体积小、功耗低，调试方便等 特点已逐渐取代分立式电路。目前国内常用的有 -. 系列和 -% 系列。但由这种集成电路组成的触 发器仍需用几个集成块共同组成三相全控桥式电路 中六个晶闸管的脉冲触发电路。个别有采用单片大 规模高性能晶闸管三相触发器集成电路，但在性能 及体积上仍不理想。而采用以单片机为核心控制的 晶闸管脉冲触发器，则电路简单、操作方便、整个 控制面板集成度 高、面积比以往 的控制电路缩减 了许多。 本文讨论采 用 !" #$%&’() 单 片机组成的三相 全控桥晶闸管触 发电路，它克服 了模拟式触发电 路和普通数字式 触发电路硬件电 路复杂、波形对 — !! —
图 ! 同步信号
角度。综上可以得出对应关系 "# ### 0 ")# ( $ 0 "3#， 可以得 到 $ ( ) ///，这 意 味 着 6 0 7 的 满 刻 度 为 ) ///。即 6 0 7 的变化值为 # 8 ) ///。 系统只采用 了一 个 6 相 同 步信号，在计算 出第一个脉冲发 出的时间后，其 余 3 个只要仿效 相应差 2#*即可。
( #，则 第 一 个 脉 冲 应 在 同 步 脉 冲 的 /#* 时 发 出。 设! ( "3#*，则第一个脉冲应在同步脉冲的 ")#*时 发出。实 际 应 用 中，进 入 逆 变 状 态 时 ";#* 即 可。 已知模值 ( "# ###，读出定时器的值，再读出电压 给定信号及电压反馈信号两个 6 0 7 采样值经 <&7 控制算法得到的数值。三者进行计算，即可得到发 出第一个脉冲的时间。定时器计数值在 $,"、 $ =" 中，占两个字节，而单片机对两个 6 0 7 采集值进 行 <&7 控制算法得到的数值输出是双字节。 延时 ! 的计算公式为 ! ( "# ### 1 <&7 算法输出值 1 （ $,"、 $ ="）
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・电力电子 ・
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基于单片机控制的 三相全控桥晶闸管触发器的设计
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硬件电路
采用 !" #$%&’() 单片机组成的三相全控桥晶闸 管触发电路主要由 !" #$%&’() 单片机、 "/%’#01 八 位串行控制模 2 数转换器，同步信号处理电路，过电 流、过电压保护电路组成，如图 ) 所示。 本装 置 所 用 !"#$%&’() 单 片 机 的 定 时 2 计 数 器，采用 )&3 晶振定时器方式工作。 *) 口用作输
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! 采用数字 "#$ 调节器组成的电压负反馈 闭环系统
!%& 模拟量采样处理 模拟量输入信号共有两个，一个是电压给定信 号，另一个是电压反馈信号。 #+ .6-0’)7 单片机的 !" 8 ’ ( !" 8 0 分别控制 +,-’."/ 的 %& $ %1 口、串行 时钟输入端 -,9 和片选端 -3，电压给定信号送入 通道 -:’，电压反馈信号送 -:7，输入通道 -:’ 的 转换配置位为 7’’;，输入通道 -:7 的转换配置位为 77’;。在设计程序中 0’)7 中的定时器 7，模式 7 是 靠 &<+7 触发开始计数的。系统上电后首先在程序 开始时先等待 &<+7 的低电平打开定时器，等 &<+7 变成高电平时，才开始启动 +,-’."/ 采样 -:’ 通道 的电压给定值。因为 +,-’."/# $ % 转换器得出的是 八位，可表示的数据是 ’ ( 0))，而定时器是双字节 计时 （ 模式 7，74 位定时） ，故 # $ % 转换器采样转 换完毕后，要进行由单字节到双字节的转换。接着 进行渐变处理，然后进行保护，计算延时，在要求 的时间发脉冲。本系统采用双窄脉冲触发，脉冲宽