基于單片機(jī)的晶閘管觸發(fā)器的設(shè)計(jì)

依照三相橋式全控整流電路晶閘管導(dǎo)通的時(shí)序要求，輸出觸發(fā)脈沖分為3種情況：
(1)當(dāng)移相觸發(fā)延遲角α≤60°，此時(shí)以A相同步信號(hào)為基準(zhǔn)，并按延遲角時(shí)間定時(shí)實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)脈沖輸出，應(yīng)該是A相VT1晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)延遲時(shí)間和觸發(fā)脈沖的時(shí)序無需調(diào)整，之后每隔60°時(shí)間依次輸出VT2、VT3、VT4、VT5、VT6晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。
(2)當(dāng)移相觸發(fā)延遲角60°α≤120°時(shí)，為保證觸發(fā)脈沖不遺漏，應(yīng)將觸發(fā)延遲角的定時(shí)時(shí)間調(diào)整在60°時(shí)間之內(nèi)，即減去一個(gè)60°時(shí)間。同時(shí)輸出觸發(fā)脈沖的時(shí)序也要進(jìn)行調(diào)整，此時(shí)第一個(gè)輸出觸發(fā)脈沖信號(hào)應(yīng)該是B相，VT6晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，之后每隔60°時(shí)間依次輸出VT1、VT2、VT3、VT4、VT5晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。
(3)當(dāng)移相觸發(fā)延遲角α>120°時(shí)，要將觸發(fā)延遲角的定時(shí)時(shí)間調(diào)整在60°時(shí)間內(nèi)，從而保證觸發(fā)脈沖不遺漏，則需減去一個(gè)120°時(shí)間，并且對(duì)觸發(fā)脈沖時(shí)序進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，此時(shí)第一個(gè)輸出觸發(fā)脈沖信號(hào)應(yīng)該是C相VT5晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，之后每隔60°時(shí)間依次輸出VT1、VT2、VT3、VT4晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。

4 觸發(fā)器硬件組成
圖4給出單片機(jī)控制的移相觸發(fā)脈沖控制硬件電路圖。單片機(jī)選用AT89C2051，其屬于MCS一51系列小型單片機(jī)，共有20個(gè)引腳，2 KB內(nèi)存。同步信號(hào)的輸入經(jīng)電阻R1，R1起到限流和保護(hù)的作用，正弦同步信號(hào)經(jīng)VD1和VD2兩個(gè)限制比較器輸入電壓的箝位二極管削波后，送入比較器LM339的輸入端，LM339輸出為180°與電源相位相同的方波。同步檢測信號(hào)發(fā)生正跳變時(shí)，經(jīng)反相以中斷方式向單片機(jī)的INT0(引腳6)提供同步指令，從表面上看好像是外部中斷信號(hào)輸入，實(shí)際上是要量脈沖的寬度，這決定于信號(hào)到來的時(shí)間。使用該比較電路，無論輸入的同步電壓信號(hào)高還是低，LM339的輸出信號(hào)都能較準(zhǔn)確的反映同步輸入信號(hào)的過零點(diǎn)，R2和C3對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，以避免輸出信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng)。由于AT89C2051為8位單片機(jī)，所以該觸發(fā)器內(nèi)部均為8位數(shù)字量計(jì)算，其觸發(fā)延遲角范圍為0°～180°，控制精度為0．7°，雖然控制精度受到內(nèi)部運(yùn)算位數(shù)的限制，但足以滿足一般控制要求。

AT89C2051的Pl端口的P1．2～P1．7(引腳14~19)分別用于輸出三相橋式全控整流電路VT1～VT6的觸發(fā)脈沖信號(hào)，6路脈沖信號(hào)經(jīng)741504反相放大，推動(dòng)功率放大器TD62004，該器件的輸出連接到脈沖變壓器的初級(jí)繞組。為了使復(fù)位更可靠，采用先進(jìn)的專用上電復(fù)位器件X25045，該器件具有可編程定時(shí)器，采用SPI總線結(jié)構(gòu)。定時(shí)器看門狗的作用是保證在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，若系統(tǒng)程序走死，不能定時(shí)訪問X25045的片選端，X25045將能對(duì)系統(tǒng)復(fù)位．提高了系統(tǒng)的可靠性，給單片機(jī)提供獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。其他的端口如P1端口的P1．0～P1．1(引腳12和13)可作為過壓、過流指示，P3端口的P3.4~P3．5(引腳8和9)作為過壓和過流的輸入端，P3端口的其余端口可以從整流端采集電壓負(fù)反饋信號(hào)經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)字PI調(diào)節(jié)，構(gòu)成電壓負(fù)反饋閉環(huán)控制，以保證整流輸出端電壓穩(wěn)定。

5 移相觸發(fā)脈沖控制軟件的設(shè)計(jì)
移相觸發(fā)脈沖的控制軟件可方便進(jìn)行延遲計(jì)算，由軟件完成系統(tǒng)初始化、初值的輸入和電角度時(shí)間的計(jì)算并送入定時(shí)器，通過外部中斷實(shí)現(xiàn)觸發(fā)延遲角的處理。由于AT89C2051上電復(fù)位期間所有端口均輸出高電平，為了保證復(fù)位期間所有晶閘管都沒有觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)，應(yīng)采用低電平為有效觸發(fā)晶閘管的信號(hào)。移相觸發(fā)脈沖控制軟件流程圖如圖5所示。

6 結(jié)語
在實(shí)驗(yàn)中加入數(shù)字PI調(diào)節(jié)，構(gòu)成電壓負(fù)反饋閉環(huán)控制，使輸出電壓穩(wěn)定運(yùn)行，提高了觸發(fā)脈沖的對(duì)稱度和穩(wěn)定性，觸發(fā)延遲角最大可達(dá)180°，改善了觸發(fā)器的性能指標(biāo)和變流裝置的可靠性。該設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了晶閘管觸發(fā)器的單片機(jī)控制，體現(xiàn)了控制電路簡單、便于調(diào)節(jié)且占用CPU資源少的特點(diǎn)，是一種理想的易于推廣的晶閘管觸發(fā)控制設(shè)計(jì)方案。