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电力电子技术研究的内容包括三个方面：电力电子器件、变流电路和控制电路。电力电子变流技术在工业化领域有着广泛的应用。家用电器节能灯、电子拖动、电炉控制系统中已采用相控整流技术。但多数触发装置普遍是模拟的，调节十分的不便，触发精度差、故障率高。采用单片机来控制晶阐管的触发，是晶阐管应用的发展趋势。本文介绍了一种由8051单片机组成的触发控制系统，可实现高分辨率的数字触发器。


1 系统硬件组成及其原理

被控对象是三相全控桥整流电路。控制电路由8051单片机及其外围电路组成。外围电路主要是由键盘电路、同步脉冲形成电路、驱动输出电路等组成。


1.1 控制角θ


控制角θ是滞后自然换相点的电度角，在工频条件下，它和时间Tθ有如下关系： 
Tθ=T/360*θ=(20*θ)/360=0.056ms
其中T是工频电源周期，θ是控制角。


由上式可知，只要知道控制角就可以算出定时时间Tθ，采用定时计数器来完成对控制角的定时。
8051单片机有两个定时计数器，可由程序选择作为定时器用或作为计数器用，定时时间或计数值也可由程序设定。随便选择定时或计数方式，其实质都是一样的。


如果选择的是方式1的话，定时时间可由下式计算


Td=（65536-x）*Tcy 


其中Tcy=1μS 因为采用的是12MHZ的晶振，x是计数值。


分辨率为：φ=360/T*Tcy=0.018（度）


方式1是16位的定时器，其最大的定时角度为：


θmax=0.018*65536=1179.648（度）


从上面可知，不论是分辨率还是移相范围都能达到令人满意的结果。


1.2同步脉冲形成电路


由于触发脉冲的自然换相点要与三相电源的线电压的过零点同步，所以要由同步脉冲形成电路产生同步脉冲。


交流电经过降压后，由LM339过零比较器进等过零检测，然后经过光电隔离各微分电路输出脉冲信号，加到单片机外部中断引脚去作为同步信号。

同步脉冲形成电路主要由过零比较器、同步变压器及整形电路组成。三相交流电源经过变压器降压后从副边输出，然后送到过零比较器电路，在每一个电源周期的过零点将输出两个同步脉冲，一个周期内，三相电源将输出6个同步脉冲，这6个同步脉冲在相位上相差60度，在时间上就会相差3.333ms，它们就每隔3.33ms加到单片机的外部中断引脚INT0上。由于在三相桥式全控桥电路中，它的自 然换相点是线电压的过零，所以加在过零比较器电路的是线电压。


1.3 触发脉冲形成电路


根据三相桥式整流电路对触发脉冲的要求，必须对应导通的一对晶阐管同时加触发脉冲。常用的方法有两种：一种采用宽脉冲触发，它要求触发脉冲的宽度大于60度；另一种采用双脉冲触发，即触发一个晶阐管时向小一个序号的晶阐管发补脉冲。关系如下：


触发的晶阐管 V1 V2 V3 V4 V5 V6


补发的晶阐管 V6 V1 V2 V3 V4 V5


在本文中将采用双脉冲触发方式，因为60度的脉宽在单片机中所对应的定时是比较长的，所以此方法不佳。采用双脉冲触发是，就要在软件设计时用标志旗的方法来标注，特别是V1，因为它并不是V0，它是V6，其余的都是Vn和Vn-1。


1.4 驱动电路


驱动电路主要由光电隔离和脉冲变压器组成。



2软件设计 


2.1单片机部分


软件设计的流程图如下：采用双脉冲触发是，就要在软件设计时用标志旗的方法来标注，特别是V1，因为它并不是V0，它是V6，其余的都是Vn和Vn-1。


设控制角为α，为使可靠触发，触发脉冲脉宽为15度，那么每一个周期的第一个脉冲上升沿所对应的时间Tup=α*T/360，其下降沿时间Tlow=(α+15)*T/360。这样只要定时器定相对的时间，就可以得到准确的触发脉冲。在编程时可以用计数的方式，把定时方式改为计数，Cup 、Clow。.


程序片段：


；***********输出触发脉冲程序*************


ORG 0003H


AJMP P_INT0


ORG 0030H


P_INT0: 


MOV TMOD,#11H 


MOV TH0,#CUP_H ;上升沿计数值高位


MOV TL0,#CUP_L ;上升沿计数值低位


MOV TH1,#CLOW_H ;下降沿计数值高位


MOV TL1,#CLOW_L ;下降沿计数值低位


MOV IE, #8FH 


SETB TRO 


SETB TR1 


SJMP $


;********定时器0中断******************


ORG 00BH


T0_SERVE:


SETB P1.6


RETI


;********定时器1中断******************


ORG 001BH


T1_SERVE:


CLR P1.6


RETI


2.2 上位机部分


用VB打开一个窗口，上面建立一文本框，端口选择框，以及打开一个MSComm控件。用于上位机给下位机发触发角。








3外围电路


组合电路是从P1.6输出的同步脉冲与应该触发的晶阐管（P1.0~P1.5）脉冲相与，输出到驱动电路，这样就可以得到期满意的触发脉冲。


键盘显示电路是在无上位机的情况下，由自制键盘输入，并在LED上显示控制角。


采用单片机控制触发电路是未来晶阐管触发电路的趋势。但在环境恶烈的地方安全性不高。不过应用在实验室却是一种非常好的手段。