基于AT89C52單片機的晶閘管觸發(fā)器的設計

出處：computer00 發(fā)布于：2010-09-02 12:43:37

摘要：設計了一款基于AT89C52單片機控制的三相全控橋式晶閘管的觸發(fā)器。AT89C52采集同步信號，接收外部輸入的導通角，依靠軟件定時，進而輸出延時角的脈沖信號，經放大后，送入晶閘管控制極。實驗針對觸發(fā)裝置工作不穩(wěn)定、不高，提出了解決方案。

　　0 引言

　　基于單片機的晶閘管觸發(fā)器無疑是現(xiàn)在的熱門觸發(fā)裝置。它具有諸多優(yōu)點，溫漂小，可靠性高，便于智能化控制等。一般的觸發(fā)裝置往往只采集一相同步信號，然后經單片機處理送出帶有一定導通角α的六路脈沖控制信號，這無疑對三相交流電有一定的誤差。本設計同時采集三相的同步脈沖信號，避免了只檢測一相而造成的延時。同時，系統(tǒng)中的三相全控橋式整流電路采用了阻容吸收裝置，避免產生過電壓，使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定可靠。

　　1 系統(tǒng)硬件電路

　　整套系統(tǒng)的硬件電路主要由主回路和微處理器控制電路組成。其中主回路包括同步信號產生電路和觸發(fā)脈沖信號驅動電路以及帶阻容吸收裝置的三相全控橋式整流電路。

　　本裝置所用AT89C52單片機的定時／計數(shù)器，采用12 M晶振定時器方式工作，同步信號產生電路用以將從電網(wǎng)獲得的220 V交流電壓轉換成6個在相位上相差60°的同步脈沖，AT89C52用作接收同步信號和α角，并將α角轉換為脈沖延時，從而控制三相全控橋式整流電路的門級，控制輸出電流的大??；驅動電路用來將從單片機出來的脈沖信號進行功率放大；帶阻容吸收裝置的三相全控橋式整流電路實現(xiàn)對輸出電流大小的控制并接收過電流、過電壓。

　　1．1 AT89C52主控制電路

　　主控制電路(圖1)充分利用AT89C52內部資源，通過外接12 M晶振和電容來實現(xiàn)時鐘電路。如圖1所示，同步信號通過P0．0～P0．2口輸入，單片機通過內部軟件實現(xiàn)計時和向P1．2～P1．7口輸出六路脈沖控制信號。若程序死循環(huán)，即可上電自動復位或人工復位。電路結構非常簡單，易于實現(xiàn)。

　　1．2 三相全控橋式整流電路

　　經變壓器出來的直流電壓接通六個晶閘管。同時經過脈沖隔離驅動電路出來α的帶觸發(fā)角的六路脈沖信號控制門級UT1～UT6。

　　為了避免產生過電壓而造成的不利影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本實驗采用帶阻容吸收裝置的三相全控橋式整流電路，如圖2所示。阻容吸收裝置利用電容來吸收過電壓，將引起過電壓的磁場能量變成電場能量儲存在變壓器中，然后電容通過電阻放電，將能量釋放在電阻上。

　　1．3 同步電路設計

　　傳統(tǒng)的觸發(fā)電路一般都需要三相同步變壓器提供同步信號，在三相全控橋式整流電路中，采用單片機觸發(fā)的晶閘管，首先要使觸發(fā)脈沖的自然換相點與三相電源的線電壓的過零點同步。

　　為克服傳統(tǒng)的同步變壓器接法復雜，調試困難的缺點，采用三個如圖3所示的同步電路，每一個電路采集一相同步信號，這樣使得誤差更小，更高。這三個一樣的電路分別接入單片機的P0．0～P0．2。同步電路主要由過零檢測器SF339和光耦隔離組成。由結構簡單、使用方便的SF339從電網(wǎng)中獲得的線電壓轉換成方波信號，再經過光耦隔離，形成觸發(fā)電路所需的同步信號，其中每個電源周期的過零點輸出兩個同步脈沖，如圖4所示。這樣一個周期內，三相電源輸出6個同步脈沖，這6個同步脈沖信號在相位上相差60°。同步信號再經過整形輸出分別送到AT89C52的三個輸入端口P0．0～PO．2．

　　1．4 觸發(fā)脈沖驅動電路

　　六路脈沖控制信號在送入晶閘管控制級之前，必須對其進行放大，因為從AT89C52輸出的脈沖信號強度不夠驅動晶閘管，此時采用如圖5所示的光電耦合集成運放驅動電路。從單片機來的控制信號經過光電耦合再由集成運放放大，達到晶閘管所需的觸發(fā)脈沖。這種方法摒棄了體積較大的脈沖變壓器，電路的結構更簡化。

　　2 軟件定時與實現(xiàn)

　　2．1 軟件的定時

　　由于定時器采用AT89C52的自動計數(shù)功能，省去了單片機外接定時芯片，簡化了設計電路。采用的晶振為12MHz，分頻為12，所以相應的時鐘周期為：

　　即定時計數(shù)器的值為20000，它對應同步脈沖360°電角度。

　　為了使電流斷續(xù)后，能夠使晶閘管再次導通，必須對兩組中應導通的一對晶閘管同時有觸發(fā)脈沖，可以有兩種方法：寬脈沖觸發(fā)法和雙脈沖觸發(fā)法。寬脈沖觸發(fā)法是使每個脈沖的寬度大于60°，但必須小于120°，一般取80°～100°。雙脈沖觸發(fā)法是在觸發(fā)某一號晶閘管時，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上都有觸發(fā)脈沖，相當于兩個窄脈沖等效的代替大于60°的寬脈沖。采用寬脈沖觸發(fā)法的軟件實現(xiàn)要比雙脈沖觸發(fā)法更簡便。現(xiàn)取脈沖寬度為90°，因此計數(shù)初值N0為：

　　即個脈沖的延遲時間的計數(shù)初值為5 000，又從同步信號產生電路獲得6個在相位上相差60的脈沖，經過輸入α角的延時，從而控制三相全控橋式晶閘管整流電路輸出電流的大小，延遲角度α可以通過軟件延時來實現(xiàn)，其延遲初值Nα為：

　　其輸出波形原理如圖6所示(以α=30°為例)：

　　2．2 軟件的實現(xiàn)

　　主程序中包括了系統(tǒng)初始化子程序，控制角的輸入及計算，同步輸入信號的檢測，脈沖信號的輸出，系統(tǒng)啟動、復位或停機的控制。

　　主程序流程圖如圖7：

　　3 結束語

　　本實驗充分利用了AT89C52單片機的內部資源，采用了單片機實現(xiàn)導通α角對電路輸出電流的控制，使用單片機內部計數(shù)／定時器而省去了一些外圍器件，由此使得結構簡單。通過軟件實現(xiàn)對晶閘管的控制智能化。該控制方案簡單，使用元件少、實現(xiàn)容易、應用廣泛，有很高的實用和推廣價值。