2006-04-28 10:49:13
微控制器控制的數字觸發器
摘要介紹了8051微控制器在晶闡管觸發電路中的應用，同時有微控制器與上位機進行串列埠通訊的軟體設計。由軟體控制可產生不同順序的6組觸發脈衝。
電力電子技術研究的內容包括三個方面：電力電子器件、變流電路和控制電路。電力電子變流技術在工業化領域有著廣泛的應用。家用電器節能燈、電子拖動、電爐控制系統中已採用相控整流技術。但多數觸發裝置普遍是模擬的，調節十分的不便，觸發精度差、故障率高。採用微控制器來控制晶闡管的觸發，是晶闡管應用的發展趨勢。本文介紹了一種由8051微控制器組成的觸發控制系統，可實現高解析度的數字觸發器。
1 系統硬體組成及其原理
系統硬體組成如圖1，被控物件是三相全控橋整流電路。控制電路由8051微控制器及其外圍電路組成。外圍電路主要是由鍵盤電路、同步脈衝形成電路、驅動輸出電路等組成。
1.1 控制角θ
控制角θ是滯後自然換相點的電度角，在工頻條件下，它和時間tθ有如下關係：
tθ=t/360*θ=(20*θ)/360=0.056ms
其中t是工頻電源週期，θ是控制角。
由上式可知，只要知道控制角就可以算出定時時間tθ，採用定時計數器來完成對控制角的定時。
8051微控制器有兩個定時計數器，可由程式選擇作為定時器用或作為計數器用，定時時間或計數值也可由程式設定。隨便選擇定時或計數方式，其實質都是一樣的。
如果選擇的是方式1的話，定時時間可由下式計算
td=（65536-x）*tcy
其中tcy=1μs 因為採用的是12mhz的晶振，x是計數值。
解析度為：φ=360/t*tcy=0.018（度）
方式1是16位的定時器，其最大的定時角度為：
θmax=0.018*65536=1179.648（度）
從上面可知，不論是解析度還是移相範圍都能達到令人滿意的結果。
1.2同步脈衝形成電路
由於觸發脈衝的自然換相點要與三相電源的線電壓的過零點同步，所以要由同步脈衝形成電路產生同步脈衝。
電路如圖2所示,交流電經過降壓後，由lm339過零比較器進等過零檢測，然後經過光電隔離各微分電路輸出脈衝訊號，加到微控制器外部中斷引腳去作為同步訊號。
同步脈衝形成電路主要由過零比較器、同步變壓器及整形電路組成。三相交流電源經過變壓器降壓後從副邊輸出，然後送到過零比較器電路，在每乙個電源週期的過零點將輸出兩個同步脈衝，乙個週期內，三相電源將輸出
6個同步脈衝，這
6個同步脈衝在相位上相差
60度，在時間上就會相差
3.333ms
，它們就每隔
3.33ms
加到微控制器的外部中斷引腳
int0
上。由於在三相橋式全控橋電路中，它的自
然換相點是線電壓的過零，所以加在過零比較器電路的是線電壓。
1.3觸發脈衝形成電路
根據三相橋式整流電路對觸發脈衝的要求，必須對應導通的一對晶闡管同時加觸發脈衝。常用的方法有兩種：一種採用寬脈衝觸發，它要求觸發脈衝的寬度大於
60度；另一種採用雙脈衝觸發，即觸發乙個晶闡管時向小乙個序號的晶闡管發補脈衝。關係如下：
觸發的晶闡管
v1v2v3v4 v5v6
補發的晶闡管
v6v1v2v3v4v5
在本文中將採用雙脈衝觸發方式，因為
60度的脈寬在微控制器中所對應的定時是比較長的，所以此方法不佳。採用雙脈衝觸發是，就要在軟體設計時用標誌旗的方法來標註，特別是
v1，因為它並不是
v0，它是
v6，其餘的都是vn和
vn-1。
1.4驅動電路
驅動電路主要由光電隔離和脈衝變壓器組成。
2軟體設計
2.1微控制器部分
軟體設計的流程圖如下：採用雙脈衝觸發是，就要在軟體設計時用標誌旗的方法來標註，特別是
v1，因為它並不是
v0，它是
v6，其餘的都是vn和
vn-1。
流程圖如下：
設控制角為
α，為使可靠觸發，觸發脈衝脈寬為15度，那麼每乙個週期的第乙個脈衝上公升沿所對應的時間t
up=α*t/360，其下降沿時間t
low=(α+15)*t/360。這樣只要定時器定相對的時間，就可以得到準確的觸發脈衝。在程式設計時可以用計數的方式，把定時方式改為計數，c
up 、
clow。.
程式片段：
；***********輸出觸發脈衝程式*************
org0003h
ajmpp_int0
org0030h
p_int0:
movtmod,#11h
movth0,#cup_h
;上公升沿計數值高位
movtl0,#cup_l;
上公升沿計數值低位
movth1,#clow_h;
下降沿計數值高位
movtl1,#clow_l;
下降沿計數值低位
movie, #8fh
setb tro
setb tr1
sjmp $
;********
定時器0
中斷******************
org00bh
t0_serve:
setbp1.6
reti
;********
定時器1
中斷******************
org001bh
t1_serve:
clrp1.6
reti
2.2
上位機部分
用vb開啟乙個視窗，上面建立一文字框，埠選擇框，以及開啟乙個
mscomm
控制項。用於上位機給下位機發觸發角。
3外圍電路
組合電路是從
p1.6
輸出的同步脈衝與應該觸發的晶闡管（
p1.0~p1.5
）脈衝相與，輸出到驅動電路，這樣就可以得到期滿意的觸發脈衝。
鍵盤顯示電路是在無上位機的情況下，由自製鍵盤輸入，並在
led上顯示控制角。
採用微控制器控制觸發電路是未來晶闡管觸發電路的趨勢。但在環境惡烈的地方安全性不高。不過應用在實驗室卻是一種非常好的手段。
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