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基于ATMEL89S52单片机的三相桥式可控触发电路的设计

导读: 本文提出了一种基于ATMEL89S52 单片机的三相桥式可控触发电路的设计方法,主要包括三相桥式可控整流电路、同步信号的检测、脉冲的形成与放大以及软件实现等内容。

  1 引言

  晶闸管作为一种半控性功率半导体器件,其基本功能是对电压进行整流、调压和斩波等进行控制,以满足实际需求。目前,晶闸管整流器装置已在工农业生产中得到了广泛的应用,特别是在直流调速系统中。触发电路是晶闸管电力变流技术的一种核心技术,触发电路应具有可靠性高,对称性好等要求。以分立元件及专用集成电路为主的触发电路,其性能不尽如人意,其具有电路复杂、易受电网电压影响、触发脉冲对称度不好等缺点。由单片机组成的控制,其触发电路具有性能良好、触发电路结构简单、控制灵活、温漂影响小、控制精度高、移相范围可任意调节等特点; 因其移相触发角通过软件计算完成,由于软件的可编程性,使微机数字触发器的调速范围更加灵活,能满足更多方面的需要。另外,本设计的原本目的就是利用单片机非对称触发三相整流桥,以产生谐波,然后用整理桥作为有源电力滤波器( APF) 实验样机的非线性负载使用。

  本文以三相桥式全控整流电路为例,主要介绍采用ATMEL89S52 单片机控制的三相桥式可控整流电路触发电路的设计方法,包括三相桥式全控整流电路、同步信号的检测、脉冲的形成与放大、键盘电路、显示电路以及软件实现等内容。

  2 三相桥式全控整流电路

  三相桥式全控整流电路如图1 所示。电路图中有两组晶闸管,一组是共阴极( VT1、VT3 和VT5) ,一组是共阳极( VT4、VT6 和VT2) 。在任何时候均需二个晶闸管同时导通,形成向负载供电的回路,其中一个晶闸管是共阴极的,另一个是共阳极的,并且不能为同一相的晶闸管。由于共阴极的晶闸管是在正半周触发,共阳极组的晶闸管是在负半周触发,因此,接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲相位应该相差180°。6 个晶闸管的脉冲按VT1 - VT2 - VT3 - VT4 - VT5 - VT6 的顺序依次导通,相位相差60°。为保证电路的正常工作,需确保同时导通的晶闸管均匀脉冲。可采用两种方法:

  一种是宽脉冲触发,一般脉冲宽度位80° ~ 120°;另一种是双窄脉冲触发,即在触发某一晶闸管的同时给前一号晶闸管补发一个脉冲,使共阴极组和共阳极组的两个应导通的晶闸管均有触发脉冲,脉冲宽度一般为20° ~ 30°,两个脉冲的前沿相差60°。

  采用前者效率较低,本文采用后者,脉冲宽度取为27°。

 

图1 三相桥式全控整流电路

  3 触发电路的硬件电路设计

  硬件电路以Atmel89s52 单片机为控制器,其结构框图如图2 所示。它包括同步信号检测、AD转换电路、脉冲的形成与放大、显示模块和键盘电路等。

 

图2 触发器的硬件结构框图

  3. 1 同步信号的检测

  采用北京森社公司生产的CHV - 100 /300A 型号的电压传感器,其额定电压为300V ( 有效值) ,额定输出电流25mA.检测电路中,电压传感器接入220V 的A 相交流电,输出的电流信号经100 欧姆的电阻后,转变为大小为0 ~ 2. 5V 的电压信号( 实际输出为- 2. 5V ~ 2. 5V) ,此电压信号接入LM258 构成的加法器转换成0 ~ 5V 的直流信号,此信号输入到飞利浦半导体公司生产的8 位AD 转换器PCF8591 的模拟信号输入通道AIN3,PCF8591 的输出信号AOUT 即可接入Atmal89s52单片机,利用I2C 总线进行数据传输,单片机经过软件检测,即可得知同步电压Us 过零点信号。其硬件电路如图3 所示。

 

图3 同步信号的检测电路

 

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