單片機(jī)芯片的三相半控整流電路設(shè)計(jì)

整流電路廣泛應(yīng)用在直流電機(jī)調(diào)速，直流穩(wěn)壓電壓等場(chǎng)合。而三相半控整流橋電路結(jié)構(gòu)是一種常見(jiàn)的整流電路，其容易控制，成本較低。本文中介紹了一種基于 PIC690單片機(jī)與專(zhuān)用集成觸發(fā)芯片TC787的三相半控整流電路，它結(jié)合專(zhuān)用集成觸發(fā)芯片和數(shù)字觸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn) ,獲得了高性能和高度對(duì)稱(chēng)的觸發(fā)脈沖。它充分利用單片機(jī)內(nèi)部資源 ,集相序自適應(yīng)、系統(tǒng)參數(shù)在線(xiàn)調(diào)節(jié)和各種保護(hù)功能于一體,可用于對(duì)負(fù)載的恒電壓控制。主電路采用了三相半控橋結(jié)構(gòu)，直流側(cè)采用LC濾波結(jié)構(gòu)來(lái)提高輸出的電壓質(zhì)量。 　　
系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)通過(guò)PIC690單片機(jī)作為主控制芯片，用晶閘管作為主要開(kāi)關(guān)器件。設(shè)計(jì)的目標(biāo)是保持輸出的直流電壓穩(wěn)定，輸出電壓紋波小，交流輸出測(cè)電流THD較低，性能可靠。
　　系統(tǒng)主要電路包括：三相橋式半控整流電路、同步信號(hào)取樣電路、單片機(jī)控制電路、晶閘管觸發(fā)電路。首先，由同步信號(hào)取樣電路得到同步信號(hào)并送集成觸發(fā)芯片TC787，經(jīng)過(guò)零檢測(cè)，再進(jìn)行相應(yīng)的延時(shí)以實(shí)現(xiàn)移相。單片機(jī)中的ADC負(fù)責(zé)采集直流母線(xiàn)電壓，根據(jù)電壓的設(shè)定值與實(shí)際值的偏差經(jīng)過(guò)PI運(yùn)算來(lái)調(diào)節(jié)給定輸出。PIC單片機(jī)將電壓的參考值輸出到TC787，由TC787實(shí)現(xiàn)對(duì)晶閘管的移相觸發(fā)，以實(shí)現(xiàn)整流調(diào)壓。硬件電路的整體框圖如圖1所示。

　圖1 系統(tǒng)硬件整體框圖
　　
主電路設(shè)計(jì)
　　主電路采用三相橋式半控整流電路，直流測(cè)采用LC濾波電流結(jié)構(gòu)，主電流原理圖如圖2所示。半控橋選擇SEMIKRON公司的SKDH146/120-L100模塊，該模塊額定電流140A，額定電壓1200V。直流側(cè)采用LC濾波電路結(jié)構(gòu)，比單獨(dú)電容濾波效果好。此外，還可以提高交流輸入側(cè)的電流THD。直流側(cè)主要的諧波含量為工頻的6倍及6的整數(shù)倍，設(shè)計(jì)LC低通濾波時(shí)要避免含量較高的諧波引起的諧振。在本設(shè)計(jì)中選取電感5mH，濾波電容480μF。

圖2 主電路結(jié)構(gòu)
　　從電網(wǎng)獲得的三相電壓經(jīng)同步電路整形后，送給集成觸發(fā)芯片TC787引腳18AT、引腳2 BT和引腳1CT。TC787內(nèi)部集成有3個(gè)過(guò)零和極性檢測(cè)單元、3個(gè)鋸齒波形成單元、3個(gè)比較器、1個(gè)脈沖發(fā)生器、1個(gè)抗干擾鎖定電路和1個(gè)脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路數(shù)字給定移相控制電壓，能進(jìn)行相序自動(dòng)識(shí)別。
控制電路設(shè)計(jì)
　　采用PIC16F690作為控制芯片。PIC16F690單片機(jī)內(nèi)部自帶10位AD；寬工作電壓（2.0～5.5V）；低功耗；帶有PWM輸出功能；內(nèi)部自帶晶振。用芯片內(nèi)部自帶10位AD，對(duì)采集到的直流側(cè)電壓進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。為了降低硬件成本，直接采分壓電阻代替電壓傳感器來(lái)采集直流側(cè)電壓，分壓電阻上的電壓經(jīng)過(guò)兩個(gè)反向比例電路到單片機(jī)。單片機(jī)的模擬地和信號(hào)地直接相連（也可以通過(guò)磁珠相連，以減小干擾）。PIC16F690單片機(jī)通過(guò)一個(gè)IO口使能或禁止芯片TC787的輸出，如圖3所示。當(dāng)PIC單片機(jī)的I/O口RC3輸出高電平（+5V）時(shí)，Lock口為低電平；當(dāng)單片機(jī)I/O口RC3輸出低電平時(shí)，Lock為高電平（+15V）。選用一個(gè)IO口作為T(mén)C787參考電壓的給定信號(hào)，采用PWM脈沖方式，調(diào)節(jié)占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓， PWM波經(jīng)過(guò)一個(gè)RC低通濾波器后為一個(gè)近似直流信號(hào)，用這個(gè)信號(hào)作為參考電壓給定Uref，其范圍為0～5V。由于芯片TC787所需的給定輸入范圍為0-15V，所以PWM波要經(jīng)過(guò)一個(gè)光耦進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，如圖3所示。

圖3 控制電路硬件結(jié)構(gòu)
　　電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)同步變壓器輸入到TC787，TC787的6腳輸出高時(shí)雙脈沖或低時(shí)單寬脈沖。12、11、10引腳分別為A、B、C的觸發(fā)輸出端，經(jīng)過(guò)脈沖變壓器輸出到晶閘管。