可控硅导通角控制课程设计

课

程

设

计

报

告

课题：可控硅导通角控制

设计者：

班级：

学号：

指导老师：

设计以AT89C2051为核心实现对可控硅导通角的控制，通过光耦TLP521组成的电路来产生过零信号，用7805设计电源模块为单片机、数码管等提供电流，可控硅型号采用MOC3021实现导通角的控制，用P1口控制数码管的显示，通过三个按键设置可控硅的导通时间，用数码管显示其导通时间，并用示波器观察实际导通时的波形。

关键词：可控硅；导通角；光耦；AT89C2

摘要................................................................................................................................ I

1.引言 (1)

2.系统设计 (1)

2.1设计任务 (1)

2.2系统框图 (1)

2.3方案的比较与确定 (1)

2.4总体原理图 (2)

3 单元电路设计 (2)

3.1 电源电路和过零信号产生电路分析 (2)

3.1.1原理 (2)

3.1.2参数选择 (3)

3.2 微控制电路 (4)

3.2.1原理 (4)

3.2.2器件选择 (4)

3.3显示电路 (5)

3.3.1原理 (5)

3.3.2器件选择 (5)

4软件设计 (5)

4.1软件实现的功能 (5)

4.2软件流程图 (5)

5 系统测试 (6)

6结束语 (8)

7参考文献 (8)

附录 (i)

附录A 器件清单 (i)

附录B 原理图.............................................................................................................. i i 附录C PCB图 .............................................................................................................. i i 附录D 程序清单.......................................................................................................... i i

1.引言

晶闸管又叫可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR)。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。普通晶闸管最基本的用途就是可控整流。双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。双向晶闸管可广泛用于工业、交通、家用电器等领域，实现交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、温度控制、台灯调光、舞台调光等多种功能，它还被用于固态继电器(SSR)和固态接触器电路中。因此可控硅导通角的控制就显得越来越重要了。

2.系统设计

2.1设计任务

可控硅导通角的控制：

1：导通角大小：0~180度可调，步进大小自定义。

2：工作频率：工频20Hz。

3：控制电路：采用AT89C2051

4：显示电路：两位数码管显示导通时间。

2.2系统框图

系统框图如下图1所示。

图1 系统框图

2.3方案的比较与确定

对于本设计电路来说5V供电电源部分可用外接的也可用7805芯片来形成，虽然利用外接的可以降低成本，但需另找一个外接电源且调试不方便，故整体考虑采用7805够成电源电路。对于控制电路可用AT89C51也可用AT89C2051来

设计，由于AT89C2051资源刚好够用故利用其来设计可降低一定的成本。用TLP521设计过零信号发生电路。用MOC3021作为被控可控硅。

2.4总体原理图

系统总体原理图如下图2所示。

3 单元电路设计

3.1 电源电路和过零信号产生电路分析

3.1.1原理

如图3所示，为电源电路和过零信号产生电路，变压器把220V 交流电压变

成12V 交流电压，经D1~D4整流二极管1N4007构成的桥式整流电路整流后，把正弦波交流电整流为脉动直流电，其波形如图4所示，结合此波形与TLP521的电路可知当整流输出的电压小于0.7V 时将在P3.2口产生高电平而在整流输出电压大于0.7V 时会得到低电平信号，而在整个整流周期里小于0.7V 的时段很窄，这样就可以在外部中断0口得到一处窄脉宽的过零信号了，如图5所示。另

T

T

A C 2

外桥式整流信号又经过D5通过电解电容C2滤波后变成带一定纹波的直流电，该直流电通过7805三段稳压芯片稳压后输出5V 的直流电，并用此直流电做后续电路的供电电源。

此过零信号高电平时间为1mS,周期为10mS

3.1.2参数选择

1：电容C1吸收来自电网的尖脉冲，这里选择电容值为0.1uF 的瓷片电容。 2：整流二极管D1~D4的选取：由于每个整流二极管平均电流等于0.5倍的负载电流；每个整流二极管反向耐压等于22U (U2为有效值)，这里选取IN4007作此整流管完全可以满足条件。

3：电解电容C2的选取：电容容量的选择应使电路充放电的时间常数是信号周期的3~5倍即

mS T T C R L 20,25

~32==

(1)

50Hz 的交流电经全桥整流变成脉动直流电，信号周期为10ms ，取RLC2=40ms ，RL=（0.9U2-0.7）/IL(IL 为负载电流)。

负载电流IL 的估算：发光二极管1个，电流为8 mA 左右 ；2只数码管构成动态显示，静态电流为7*2*4mA=56mA ：MOC3021内部的发光二极管电流为15 mA ；故总电流估算为8mA+56mA +15mA=79 mA ，RL 估算为RL=10.1V/79 mA =127.8Ω，C2=40/RL=313Uf ，故C2取1000uF 可以满足要求。

图4 过零信号波形

图5 桥整流输出波形（周期10mS ）