8089單片機(jī)三相全控橋整流的觸發(fā)電路設(shè)計(jì)方法

引言
大功率三相全控橋整流裝置信用作工業(yè)生產(chǎn)的可調(diào)直流電源，而直流電壓的調(diào)節(jié)靠觸發(fā)電路來控制，單片機(jī)通過控制品間管觸發(fā)脈沖的移相控制冷“來改變整流裝置輸出的直流電壓大小。由于模擬電路中參數(shù)難以調(diào)整，且易受網(wǎng)壓波動及電磁干擾的影響，致使三相電負(fù)荷不平衡，在電網(wǎng)中引起較大的諧波電流，可控整流裝置功率越大，這種現(xiàn)象越嚴(yán)重，甚至引起誤觸發(fā)。以至出現(xiàn)燒毀熔斷器、跳閘等故障。采用數(shù)字式觸發(fā)電路能有效地克服上述缺點(diǎn)，這是由于數(shù)字式觸發(fā)電路是通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬星轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過控制計(jì)數(shù)脈沖的個數(shù)來進(jìn)行移相控制，因此其控制精度高，各相脈沖間的對稱性好，在大功率整流裝置中尤其能體現(xiàn)其優(yōu)越性.

1三相橋式全控整流電路

圖1為三相全控橋整流電路，在任何時候都必須有兩個晶閘管導(dǎo)通，且這兩個晶閘管一個是共陰極組的，一個是共陽極組的，只有它們同時導(dǎo)通，才能形成導(dǎo)電回路。由于共陰極的船閘管是在正半周觸發(fā)，共陽極組的晶閘管是在負(fù)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(yīng)該相差180度。三相橋式全控整流電路每隔60度有一個晶閘管要換流，因此每隔600要觸發(fā)一個晶閘管，觸發(fā)脈沖的順序是T1 T2 T3 T4 T5 T6 T1，相鄰兩脈沖的相位差為60度。為保證在整流器合問后，共陰極和共陽極組各有一個晶閘管導(dǎo)通，必須使兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對晶閘管同時有觸發(fā)脈沖，具體做法有兩種:一種是使觸發(fā)脈沖的寬度在600-1200之間，一般取800^ 1000，稱為寬脈沖觸發(fā);另一種是在觸發(fā)某一晶閘管的同時，給前一號晶閘管補(bǔ)發(fā)一個脈沖，使共陰極組和共陽極組的兩個應(yīng)導(dǎo)通的晶閘管均有觸發(fā)脈沖，這種方法稱為雙窄脈沖觸發(fā)。采用雙脈沖觸發(fā)時，在一個周期內(nèi)對每個晶閘管必須要連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖中間間隔為60度。本文中采用寬脈沖觸發(fā)方式

2 8098單片機(jī)控制的數(shù)字觸發(fā)電路
2.1 8098單片機(jī)性能簡介明
8098單片機(jī)為準(zhǔn)16位機(jī)，芯片外部的數(shù)據(jù)總線為8位，而內(nèi)部CPU仍然保持I6位結(jié)構(gòu)。8098對外的總統(tǒng)結(jié)構(gòu)與51系列相同，這里可查詢此單片機(jī)的詳細(xì)資料:http://www.51hei.com ,它的地址總線為16位，低8位的地址總線與8位的數(shù)據(jù)總線也是通過地址鎖存器74LS373進(jìn)行分時處理。8098單片機(jī)結(jié)構(gòu)最簡單，使用也最簡單，而且價格低廉，性能上乘。其主要優(yōu)點(diǎn)如下:①8089芯片內(nèi)還集成有51系列所沒有的高速輸入器HSI、高速輸出器HSO,8路10位A/D轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制輸出PWM、片內(nèi)看門狗等硬件結(jié)構(gòu);②8098單片機(jī)CPU的寄存器為16位，有232個累加器;③存儲容量大，可達(dá)64k6;④有4個高速輸入通道，用來記錄外部事件發(fā)生的時間，有6個高速輸出通道，可以觸發(fā)外部事件，高速輸入、輸出通道具有軟件定時功能，③有調(diào)電保護(hù)電源，當(dāng)主電源Vcc失電時，接+5V電池的掉電保護(hù)電源Vpd繼續(xù)供電，可防止數(shù)據(jù)存儲器中部分存儲單元的內(nèi)容丟失.

2.2系統(tǒng)工作原理
所謂同步，就是通過供給各觸發(fā)電路不同相位的交流電壓，使得各觸發(fā)器在晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時刻輸出脈沖，從而保證各晶間管可以按順序獲得觸發(fā)這種使觸發(fā)電路與主電路晶閘管工作上步調(diào)一致的方法就稱為同步使觸發(fā)電路與主電路工作同步并能在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行移項(xiàng)控制的信號電壓稱為同步電壓

圖Z為同步電路，同步信號取自三相交流電源的十A相，經(jīng)過變壓器在副邊輸出用戶所需電壓值，通過運(yùn)算放大器LM339使得在輸入電壓每次過零時運(yùn)放輸出一個知形波，輸送到高速輸入單元HSI的HSI. 0引腳中。利用HSI. 0的特點(diǎn)，在HSI. 0出現(xiàn)上升沿時可產(chǎn)生中斷。在HSI. 0的中斷服務(wù)程序中啟動8098內(nèi)部A/D采樣移相控制信號，根據(jù)A/D的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)計(jì)算觸發(fā)角

2. 2. 2晶閘管的觸發(fā)

圖3為門極驅(qū)動觸發(fā)電路圖。在8098單片機(jī)中高速輸出hso，若用定時器1作為計(jì)時器的基準(zhǔn)，一個計(jì)時單位在計(jì)算機(jī)時鐘為12MH:時為2us。對于工頻交流電，180度對應(yīng)5000個計(jì)時單位，亦即:每度約對應(yīng)28個計(jì)時單位。查出觸發(fā)角a對應(yīng)的電角度了(例如120度)，則a所對應(yīng)的計(jì)時單位為28n，將28n賦予HSO的CAM.中 寄存器號分別對應(yīng)HSO.O至HSO.S，當(dāng)28n個計(jì)時單位的時間一到，即可在某HSO端口產(chǎn)生上升沿的電平跳變。此時HSO的輸出與PWM波通過保護(hù)電阻和三極管后的輸出相與非，與非門輸出經(jīng)過光電禍合器來控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷。若與非門輸出為高電平，則光電秘合器中二極管亮，從而使光電棍合器導(dǎo)通，晶閘管也就導(dǎo)通。如取脈沖寬度為m0，則對應(yīng)28m個計(jì)時單位。再向HSO的CAM中寫入28。個計(jì)時單位，可使在28m個計(jì)時單位到來時HSo產(chǎn)生脈沖的下降沿。

由HSo.O至HSo.S引晰產(chǎn)生6個寬度為90度相隔為600的脈沖，分別與PWM輸出進(jìn)行與非運(yùn)算后，去控制三相全控橋式整流電路中6個晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷另外，硬件系統(tǒng)的正常工作離不開軟件的支持，還有顯示電路，程序存儲器，復(fù)位電路等輔助部分，在此不再敘述

結(jié)論
MCS-96系列單片機(jī)全部擔(dān)民于高速控制，其中6位并行的高速輸出喘口HS0.0-HSO. 5可以按程序規(guī)定的時間去觸發(fā)某一事件而且觸發(fā)脈沖的上升沿和下降沿產(chǎn)生的時刻可以同時設(shè)定，利用日hso這一特點(diǎn)，可以很方便地構(gòu)成品閘管三根橋式全控整流電路的數(shù)字觸發(fā)器。試驗(yàn)證明該設(shè)計(jì)方案是可行的，且由試驗(yàn)結(jié)果可以看出觸發(fā)脈沖對稱精確，脈沖序列整齊，間隔誤差小通用性強(qiáng).