一種三相可控硅半控橋數字觸發器的設計

一、引言

三相可控硅橋式半控整流電路可以在交流電源電壓不變的情況下，通過改變可控硅的觸發電路控制角來實現對整流電路直流輸出電壓的控制，這種電路在中等容量的整流裝置或不要求可逆的電力拖動系統中應用較為廣泛。傳統的三相橋式半控整流電路需要三套獨立的模擬式觸發器來觸發可控硅，由于模擬式觸發器存在著線路復雜、調整困難、可靠性低的問題，為此，本文提出一種用80C196KC單片機組成的數字觸發器電路，控制電路大為簡化，所產生的觸發脈沖具有移相范圍寬、控制精度高，動態響應快、穩定可靠的特點，其性能指標優于模擬式觸發器。

二、電路組成及原理分析

1.三相可控硅半控橋式整流電路的數字觸發器由80C196KC單片機最小系統、同步檢測電路、脈沖功率放大電路組成，如圖1所示。單片機8 0 C 1 9 6 K C、鎖存器、27C256程序存儲器、62C256數據存儲器構成最小系統。80C196KC為Intel公司16位高性能單片機，它的功耗極低，除正常工作外，還可以工作在待機和掉電兩種節電方式。其工作速度比51單片機高數倍。總線寬度為8/16位可選，而內部寬度總是16位的。80C196KC內含8路10位A/D轉換器，512字節RAM,2個硬件定時/計數器，一個監視跟蹤定時器，晶振為12MHz.單片機根據給定與反饋信號的差值，經運算后形成控制角為α 的移相脈沖從HS0.0~0.2口腳輸出。

2.同步信號檢測由光電隔離、比較器和整形電路組成(如圖2)。由同步變壓器送過來的線電壓UAC的過零點時，在光電隔離器的輸出端產生一個方波，經反相器U1整形、RC電路微分后產生一個脈沖作為外部中斷信號加到80C196KC的EXTINT端，實現觸發脈沖與電源同步。為了簡化電路，本系統采用了相對觸發方式，只需要單相同步即可。

3.脈沖功率放大電路。如圖3所示，為了實現對大電感負載的可靠觸發，本觸發電路使用脈沖序列觸發方式。從單片機端口HS0.0~0.2輸出的脈沖送入由555組成的脈沖簇形成電路，經過場效應管功率放大和脈沖變壓器隔離后，輸出到可控硅的觸發極。

三、控制角算法

可控硅控制角α 由下式求出：

大電感負載時，三相半控橋式整流電路輸出電壓Ud與控制角α 的關系為：

上式表明三相半控橋式整流電路輸出電流Id與控制角α 是非線性的，而(1)式是建立在線性化基礎上的，所以必須通過下面的式子予以修正：

為了簡化程序，采用U給定-ω -α ′ 查表方式獲得控制角α .由于單片機的A/D轉換器為10位的，給定電壓5V經過A/D轉換后為3FFH=1023,若分成51檔，則：

所以ω =33H正好對應給定電壓U=5V;當U=4.9V時，二進制數為1003H,則：

其余類推，即正好0 . 1 V對應0 1 H,0.2V對應02H,…等，這樣便于查表。

利用一個過零檢測電路在同步電壓UAC從負半波到正半波過零時刻產生同步脈沖，因為UAC落后于相電壓UA30°，所以同步脈沖出現的時刻正好是A相電壓的自然換相點，A、B、C各相的自然換相點彼此相差120°，當A相的自然換相點找到后，其余B、C相的自然換相點彼此相差時刻為T/3,T為上次測到的電壓周期，可用測量相鄰兩個同步脈沖的時間間隔得到。