基于AT89C52單片機的晶閘管觸發器的設計*

汪 釧，李云紅，馮愛玲，邱 馳，章梟梟，鐘吉林

(吉首大學物理信息工程學院，湖南吉首416000)

0 引言

基于單片機的晶閘管觸發器無疑是現在的熱門觸發裝置［2，5，6］。它具有諸多優點，溫漂小，可靠性高，便于智能化控制等。一般的觸發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，使系統更加的穩定可靠。

1 系統硬件電路

整套系統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，控制輸出電流的大小;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，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。

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的帶觸發角的六路脈沖信號控制門級UT1～UT6。

圖1 主控制電路

為了避免產生過電壓而造成的不利影響，提高系統的穩定性，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。

圖2 三相全控橋式整流電路

1.3 同步電路設計

傳統的觸發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，采用單片機觸發的晶閘管，首先要使觸發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，精度更高。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～P0.2。

圖3 同步電路

圖4 同步信號

1.4 觸發脈沖驅動電路

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。

圖5 觸發脈沖驅動電路

2 軟件定時與實現

2.1 軟件的定時

由于定時器采用AT89C52的自動計數功能，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12 MHz，分頻為12，所以相應的時鐘周期為:

由此可得出定時器的滿刻度值:

即定時計數器的最大值為20 000，它對應同步脈沖360°電角度。

為了使電流斷續后，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脈沖，可以有兩種方法:寬脈沖觸發法和雙脈沖觸發法。寬脈沖觸發法是使每個脈沖的寬度大于60°，但必須小于120°，一般取80°～100°。雙脈沖觸發法是在觸發某一號晶閘管時，同時給前一號晶閘管補發一個脈沖，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。采用寬脈沖觸發法的軟件實現要比雙脈沖觸發法更簡便?，F取脈沖寬度為90°，因此計數初值N0為:

即第一個脈沖的延遲時間的計數初值為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，其延遲初值Nα為:

其輸出波形原理如圖6所示(以α=30°為例):

圖6 輸出波形

2.2 軟件的實現

主程序中包括了系統初始化子程序，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，系統啟動、復位或停機的控制。

主程序流程圖如圖7:

圖7 主程序流程圖

3 結束語

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

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