基于单片机的晶闸管触发器的设计

  晶闸管也叫可控硅整流器．是目前工业应用中最为广泛的大功率变换器件。晶闸管在烧结炉、电弧炉等整流场合主要是采用移相触发控制，即通过调节晶闸管导通时刻的相位实现控制输出。传统的晶闸管采用模拟控制电路，无法克服其固有缺点。数字式控制电路与模拟式相比，主要优点是输出波形稳定和可靠性高，但其缺点是电路很复杂，移相触发角较大时控制精度不高。随着组成的控制电路的优势越明显，除具有与数字式触发电路相同的优点外，更因其移相触发角通过软件计算完成，触发电路结构相对比较简单，控制灵活，温漂影响小，控制精度可通过软件补偿，移相范围可任意调节等特点，目前已获得业界的广泛认可。以三相桥式全控整流电路为例，介绍应用

  单片机控制的晶闸管触发器主要由同步信号检测、CPU硬件电路、复位电路和触发脉冲驱动电路4部分所组成，如图l所示。CPU通过检验测试电路获知触发信号，依据所要控制的电路要求，通过编程实现预定的程序流程，在相应时间段内通过单片机I/O端输出触发脉冲信号，复位电路可保证系统安全可靠的运行。

  相位控制要求以变流电路的自然换相点为基准，经过一定的相位延迟后，再输出触发信号使晶闸管导通。在实际应用中，自然换相点通过同步信号给出，再按同步电压过零检测的方法在CPU中实现同步，并由CPU控制软件完成移相计算，按移相要求输出触发脉冲。

  图2为三相桥式全控整流电路，触发脉冲信号输出的时序也可由单片机根据同步信号电平确定，当单片机检测到A相同步信号时，输出脉冲时序一般会用移相触发脉冲的方法，即用一个同步电压信号和一个定时器完成触发脉冲的计算。这在三相电路对称时是可行的。因为三相完全对称，各相彼此相差120°，电路每隔60°换流一次，且换流的时序事先已知。该方法所用单片机资源少，只需一个同步信号，电路最简单，但软件设计工作量稍大。

  因为只用一个同步输入信号，所有晶闸管的触发脉冲延迟都以其为基准。为了能够更好的保证触发脉冲延迟相位的精度，用一个定时器测量同步电压信号的周期，并由此计算出60°和120°电角度所对应的时间。由于三相桥式全控整流电路的触发电路，必须每隔60°触发导通一只晶闸管，也就是说，每隔60°时间必然要输出一次触发脉冲信号，因此作为基准的第一个触发脉冲信号必须调整到小于60°才可能正真的保证触发脉冲不遗漏。当以A相同步电压信号为基准，单片机检测到A相同步电压信号正跳变时，启动定时器工作，当定时器溢出时，输出第一个触发脉冲信号，以后由所计算出的周期确定每隔60°己时输出一次触发脉冲，直到单片机再次检测到A相同步信号的正跳变时，这个周期结束，开始下一个周期。必须要格外注意，从单片机检测到同步电压正跳变到输出第一个触发脉冲信号的时间，必须调整到小于等于60°电角度时间，否则会造成触发脉冲的遗漏。第一个触发脉冲相对于同步信号正跳变的时间，可根据三相桥式全控整流电路的触发时序来调整，如图3所示。图3中α1为触发延迟角，(α2-α1)、(α4-α3)均为触发窄脉冲宽度60°，α0为同步脉冲信号的一个标准周期360°；g0表示同步脉冲信号，gl、g2、g3、g4、g5、g6分别表示VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6触发脉冲信号；其中0表示低电平，1为高电平。