基于ATMEL89S52 單片機的三相橋式可控觸發(fā)電路的設計

1 引言

晶閘管作為一種半控性功率半導體器件，其基本功能是對電壓進行整流、調(diào)壓和斬波等進行控制，以滿足實際需求。目前，晶閘管整流器裝置已在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，特別是在直流調(diào)速系統(tǒng)中。觸發(fā)電路是晶閘管電力變流技術(shù)的一種核心技術(shù)，觸發(fā)電路應具有可靠性高，對稱性好等要求。以分立元件及專用集成電路為主的觸發(fā)電路，其性能不盡如人意，其具有電路復雜、易受電網(wǎng)電壓影響、觸發(fā)脈沖對稱度不好等缺點。由單片機組成的控制，其觸發(fā)電路具有性能良好、觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活、溫漂影響小、控制精度高、移相范圍可任意調(diào)節(jié)等特點； 因其移相觸發(fā)角通過軟件計算完成，由于軟件的可編程性，使微機數(shù)字觸發(fā)器的調(diào)速范圍更加靈活，能滿足更多方面的需要。另外，本設計的原本目的就是利用單片機非對稱觸發(fā)三相整流橋，以產(chǎn)生諧波，然后用整理橋作為有源電力濾波器（ APF） 實驗樣機的非線性負載使用。

本文以三相橋式全控整流電路為例，主要介紹采用ATMEL89S52 單片機控制的三相橋式可控整流電路觸發(fā)電路的設計方法，包括三相橋式全控整流電路、同步信號的檢測、脈沖的形成與放大、鍵盤電路、顯示電路以及軟件實現(xiàn)等內(nèi)容。

2 三相橋式全控整流電路

三相橋式全控整流電路如圖1 所示。電路圖中有兩組晶閘管，一組是共陰極（ VT1、VT3 和VT5） ,一組是共陽極（ VT4、VT6 和VT2） .在任何時候均需二個晶閘管同時導通，形成向負載供電的回路，其中一個晶閘管是共陰極的，另一個是共陽極的，并且不能為同一相的晶閘管。由于共陰極的晶閘管是在正半周觸發(fā)，共陽極組的晶閘管是在負半周觸發(fā)，因此，接在同一相的兩個晶閘管的觸發(fā)脈沖相位應該相差180°。6 個晶閘管的脈沖按VT1 - VT2 - VT3 - VT4 - VT5 - VT6 的順序依次導通，相位相差60°。為保證電路的正常工作，需確保同時導通的晶閘管均勻脈沖。可采用兩種方法：

一種是寬脈沖觸發(fā)，一般脈沖寬度位80° ~ 120°；另一種是雙窄脈沖觸發(fā)，即在觸發(fā)某一晶閘管的同時給前一號晶閘管補發(fā)一個脈沖，使共陰極組和共陽極組的兩個應導通的晶閘管均有觸發(fā)脈沖，脈沖寬度一般為20° ~ 30°，兩個脈沖的前沿相差60°。

采用前者效率較低，本文采用后者，脈沖寬度取為27°。

圖1 三相橋式全控整流電路

3 觸發(fā)電路的硬件電路設計

硬件電路以Atmel89s52 單片機為控制器，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示。它包括同步信號檢測、AD轉(zhuǎn)換電路、脈沖的形成與放大、顯示模塊和鍵盤電路等。

圖2 觸發(fā)器的硬件結(jié)構(gòu)框圖

3. 1 同步信號的檢測

采用北京森社公司生產(chǎn)的CHV - 100 /300A 型號的電壓傳感器，其額定電壓為300V （ 有效值） ,額定輸出電流25mA.檢測電路中，電壓傳感器接入220V 的A 相交流電，輸出的電流信號經(jīng)100 歐姆的電阻后，轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮? ~ 2. 5V 的電壓信號（ 實際輸出為- 2. 5V ~ 2. 5V） ,此電壓信號接入LM258 構(gòu)成的加法器轉(zhuǎn)換成0 ~ 5V 的直流信號，此信號輸入到飛利浦半導體公司生產(chǎn)的8 位AD 轉(zhuǎn)換器PCF8591 的模擬信號輸入通道AIN3,PCF8591 的輸出信號AOUT 即可接入Atmal89s52單片機，利用I2C 總線進行數(shù)據(jù)傳輸，單片機經(jīng)過軟件檢測，即可得知同步電壓Us 過零點信號。其硬件電路如圖3 所示。

圖3 同步信號的檢測電路