下载文档原格式
摘要为了控制晶闸管的导通，必须在控制级至阴极之间加上适当的触发信号（电压及电流），完成此任务的就是触发电路。
本课题针对晶闸管的触发电路进行设计，其电路的主要组成部分由触发电路，交流电路，同步电路等电路环节组成。
有阻容移相桥触发电路、正弦波同步触发电路、单结晶体触发电路、集成UAA4002、KJ004触发电路。
包括电路的工作原理和电路工作过程以及针对相关参数的计算。
关键词：晶闸管；触发电路；脉冲；KJ004目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (1)2.1 概述 (1)2.2 系统组成整体结构 (2)2.3 设计方案 (2)第3章电路设计 (4)3.1 UAA4002集成芯片构成的触发器 (4)3.2 阻容移相桥触发电路 (5)3.3正弦波同步触发电路 (6)3.4单结晶体管触发电路 (8)3.5集成KJ004触发电路 (9)第4章课程设计总结 (12)参考文献 (14)绪论晶闸管是晶体闸流管的简称，又称为可控硅整流器，以前被简称为可控硅。
在电力二极管开始得到应用后不久，1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管，到1957年美国通用电气公司开发出世界上第一只晶闸管产品，并在1958年达到商业化。
由于其开通时刻可以控制，而且各方面性能均明显胜过以前的汞弧整流器，因而立即受到普遍欢迎，从此开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代，其标志就是以晶闸管为代表的电力半导体器件的广泛应用，有人称之为继晶体管发明和应用之后的又一次电子技术革命。
自20世纪80年代以来，晶闸管的地位开始被各种性能更好的全控型器件取代，但是由于其所能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。
20世纪80年代以来，信息电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件，从而将电力电子技术又带入一个崭新时代。
基于单片机的晶闸管触发器的设计1 引言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。
传统的晶闸管触发器采用模拟控制电路，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，但其缺点是电路比较复杂，移相触发角较大时控制精度不高。
随着单片机技术的发展，由单片机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，介绍应用单片机组成晶闸管触发器硬件电路的设计，以及软件实现移相触发脉冲控制的方法。
2 单片机触发器的组成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部分组成，如图l所示。
CPU通过检测电路获知触发信号，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。
3 移相触发脉冲的控制原理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，输出脉冲时序通常采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。
脉冲电源中晶闸管触发系统设计一、引言脉冲电源是一种重要的电源类型，广泛应用于各种领域，如通信设备、医疗器械、工业控制等。
而晶闸管在脉冲电源中扮演着重要的角色，其触发系统设计的好坏直接影响着整个脉冲电源的性能和稳定性。
本文将就脉冲电源中晶闸管触发系统的设计进行深入探讨，并提出一种有效的设计方案。
二、晶闸管触发系统的基本原理晶闸管是一种双向导通的电子器件，具有触发控制特性。
在正向电压作用下，只有当晶闸管的控制极接收到足够的触发信号时，晶闸管才能进入导通状态。
当晶闸管进入导通状态后，只有在断开控制信号的情况下，才能使其恢复到关断状态。
晶闸管的触发系统设计对于脉冲电源的性能和稳定性至关重要。
在脉冲电源中，晶闸管触发系统的基本原理是通过控制信号来触发晶闸管，从而控制其导通和关断。
为了实现晶闸管的精确触发，一般采用触发脉冲发生器、触发脉冲放大器和触发信号传输装置等组成触发系统。
三、晶闸管触发系统的设计要求1. 稳定性要求高：触发系统必须能够在各种工作条件下保持稳定的工作状态，防止因为外界干扰而导致晶闸管触发误动作或者失灵。
2. 脉冲响应速度快：触发系统需要能够迅速响应触发信号，控制晶闸管按时进行导通和关断。
3. 抗干扰能力强：触发系统需要具有良好的抗干扰能力，能够有效抵御外界噪声干扰和电磁干扰。
4. 输出电压稳定：触发系统输出的控制信号电压需要稳定，能够满足晶闸管的触发要求，防止因为电压波动而导致触发失效。
四、晶闸管触发系统的设计方案根据以上设计要求，我们可以设计一种晶闸管触发系统，具体方案如下：1. 触发脉冲发生器：采用555定时器作为触发脉冲发生器，通过调节电阻和电容来控制脉冲的频率和占空比。
通过稳压电路来保证脉冲信号的稳定性。
2. 触发脉冲放大器：使用功率放大器对发生器产生的触发脉冲进行放大，以确保信号的可靠传输和晶闸管的可靠触发。
3. 触发信号传输装置：采用光耦隔离器或者电磁隔离器将触发信号从控制电路传输到晶闸管的控制极，以实现信号的隔离传输和传输稳定。
晶闸管的门极触发电路在由晶闸管构成的整流电路中，晶闸管门极触发电路的作用通常是根据直流控制电压的大小决定触发角a的大小，从而起到调节整流输出电压的作用。
因为不同的触发角对应于不同的电源电压的相位，改变触发角即是移动触发脉冲所对应的相位，因此晶闸管的门极触发电路通常都是通过移相的方法来实现的。
<?XML:NAMESPACE PREFIX = O />垂直移相原理在晶闸管移相触发电路中，一般都把同步电压与直流控制电压叠加起来，用改变直流控制电压的大小来改变触发电路翻转的时刻，即触发脉冲的输出时刻，以达到移相的目的，这种移相方法称为垂直移相。
采用垂直移相时，其信号叠加的方法可以分为串联与并联两种，如图1（a）（b）所示。
图1串联垂直移相方法是将各信号的电压通过串联方式综合，从而作为晶体管的基极控制信号。
当串联信号电压过零时，晶体管状态翻转，这一瞬间就是产生触发，产的时刻。
因此触发时刻由同步信号与控制电压的交点决定，当控制电压垂直移动时，交点所对应的相位在水平变化，达到移相的目的。
如图1（c）所示。
在串联移相方法中，各输入信号相互影响较小，但要求各信号源的内阻要小，且各信号源必须是独立的，不能有公共接地点，因此实现起来比较麻烦。
并联垂直移相方法是对各信号的电流进行综合，实现比较方便。
但为了在调整时互不影响，信号源必须具有较大的内阻，因此要求输入信号有一定功率，以保证综合后的精度。
目前应用较普遍的是并联移相方式。
正弦波同步触发电路图2是常用的同步电压为正弦波的移相触发电路，一个周期能发出一个脉冲，适用于三相全控桥式电路，或用于大电感负载时的可控整流电路。
图2上图所示的同步电压为正弦波的触发移相电路共由四个环节组成：同步移相环节、脉冲形成环节、功率放大环节、脉冲输出环节。
同步移相环节的作用是使触发脉冲与主电路中各晶闸管的阳极电压建立一定的相位关系。
通过同步电压与直流控制电压的交点的改变决定不同的触发脉冲起始时刻。
ISSN1672-4305 CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SC I ENCE第13卷 第2期 2010年4月Vol 13 N o 2 A pr 2010基于DS P的晶闸管触发电路的设计李常顺(内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古包头 014010)摘 要:DSP晶闸管触发电路能够根据键盘输入的触发角及同步信号通过软件延时产生相位合适的双脉冲触发信号,经功率放大驱动三相桥式整流电路的晶闸管,同时显示触发角。
为此设计了硬件电路及控制软件,分析了系统控制精度,具有实用价值,并能够进行进一步开发。
关键词:DSP;晶闸管;触发电路中图分类号:T M461 文献标识码:A do:i10.3969/.j issn.1672-4305.2010.02.023Desi gn of thyristor tri ggeri ng circuit based on DSPLI Chang-s hun(School of Infor m ati o n Eng ineeri n g,Inner M ongolia Un i v ersity of Science and Techno l o gy,Bao tou 014010,China)Abstract:The triggeri n g c ircu it based on DSP can generate appropriate doub le-pu lse triggeri n g si g-na ls accordi n g to tri g geri n g ange lw hich is supplied by keyboard and synchron izi n g signals.It is dis-played by the crystalcartri d ge tube w it h three-phase bri d ge rectifi e r circuitwh ich is dri v ed by a m pli-f y i n g po w er.The hard w are c ircu it and contro lling soft w are are desi g ned and the contr o l accuracy is ana-lysed i n the paper.The syste m is valuab le and can be used to deve l o p ne w dev ices.Key w ords:DSP;thyristor;triggeri n g circu it1 现有触发电路的不足及触发电路的现状以前我院电力电子与调速实验室使用的实验设备采用分离元件锯齿波模拟触发电路,调试时六路触发环节互相影响,要想调试到比较理想的效果比较困难,且存在控制精度较低、对称度较差、受温度影响较大等缺点。
脉冲电源中晶闸管触发系统设计
晶闸管触发系统是脉冲电源中重要的组成部分，它起着控制脉冲电源输出的关键作用。
本文将详细介绍脉冲电源中晶闸管触发系统的设计原理、结构和关键技术。
介绍晶闸管触发系统的设计原理。
晶闸管触发系统的设计目的是在控制信号的作用下，将晶闸管从阻断状态转为导通状态，并保持导通一定时间。
触发系统通常由触发器、时序
电路和驱动电路等组成。
触发器用于接收控制信号并产生相应的触发脉冲，时序电路用于
控制触发脉冲的产生时序，驱动电路用于将触发脉冲送至晶闸管控制端。
触发脉冲的产生
和控制方式主要有电流触发、电压触发和光触发等。
介绍晶闸管触发系统的关键技术。
晶闸管触发系统的关键技术主要包括触发脉冲的产
生和控制技术、时序电路的设计和编程技术以及驱动电路的设计技术。
触发脉冲的产生和
控制技术需要根据晶闸管的特性和工作条件确定合适的触发方式，并通过电路设计和调试
实现。
时序电路的设计和编程技术需要根据实际需求确定触发脉冲的产生时序，选择合适
的时序电路，并进行编程调试。
驱动电路的设计技术需要根据晶闸管的控制需求选择合适
的放大器或继电器，并进行电路设计和调试。
脉冲电源中晶闸管触发系统的设计是一个复杂的工程，需要根据晶闸管的特性和工作
条件，选择合适的触发方式，并进行电路设计和调试。
只有合理设计和优化触发系统，才
能保证脉冲电源的正常工作和可靠性。
ISSN1672-4305 CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SC I ENCE第13卷 第2期 2010年4月Vol 13 N o 2 A pr 2010基于DS P的晶闸管触发电路的设计李常顺(内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古包头 014010)摘 要:DSP晶闸管触发电路能够根据键盘输入的触发角及同步信号通过软件延时产生相位合适的双脉冲触发信号,经功率放大驱动三相桥式整流电路的晶闸管,同时显示触发角。
为此设计了硬件电路及控制软件,分析了系统控制精度,具有实用价值,并能够进行进一步开发。
关键词:DSP;晶闸管;触发电路中图分类号:T M461 文献标识码:A do:i10.3969/.j issn.1672-4305.2010.02.023Desi gn of thyristor tri ggeri ng circuit based on DSPLI Chang-s hun(School of Infor m ati o n Eng ineeri n g,Inner M ongolia Un i v ersity of Science and Techno l o gy,Bao tou 014010,China)Abstract:The triggeri n g c ircu it based on DSP can generate appropriate doub le-pu lse triggeri n g si g-na ls accordi n g to tri g geri n g ange lw hich is supplied by keyboard and synchron izi n g signals.It is dis-played by the crystalcartri d ge tube w it h three-phase bri d ge rectifi e r circuitwh ich is dri v ed by a m pli-f y i n g po w er.The hard w are c ircu it and contro lling soft w are are desi g ned and the contr o l accuracy is ana-lysed i n the paper.The syste m is valuab le and can be used to deve l o p ne w dev ices.Key w ords:DSP;thyristor;triggeri n g circu it1 现有触发电路的不足及触发电路的现状以前我院电力电子与调速实验室使用的实验设备采用分离元件锯齿波模拟触发电路,调试时六路触发环节互相影响,要想调试到比较理想的效果比较困难,且存在控制精度较低、对称度较差、受温度影响较大等缺点。
为克服这些缺点,先后出现了专用芯片触发电路[1]、单片机触发电路[2-3]、CPLD/ FPGA触发电路[4-5]等多种形式。
由于F2812DSP (D i g ital S i g nal Pr ocessor)运行速度快,为便于以后实现矢量控制等快速调速控制系统的数字化,设计以F2812DSP为核心控制器件设计三相晶闸管触发电路。
2 DSP介绍T M S320F2812数字信号处理器是在F24X的基础上开发的高性能定点芯片,器件上先进的外设结构使得该处理器特别适合电机及其它运动控制应用。
其代码和指令与F24Xdsp完全兼容,能够运行F24x开发的代码程序;但F2812采用32bit操作,能大大提高了运算精度和处理能力。
其主要特点为: (1)采用高性能的静态C MOS技术,主频最大可以调节到150M I PS(时钟周期6.67ns);(2)丰富的片上存储器;(3)外部存储器扩展接口;(4)时钟和系统控制外设可改变锁相环倍频系数并设有看门狗定时模块;(5)三个32b it CPU定时器;(6)两个事件管理器模块(EVA,EVB)可方便进行信号输出控制;(7)串口通信外设可方便地实现设备联网;(8)56个可独立配置的I/O引脚[6]。
3 触发电路设计触发电路的作用是利用同步变压器提供的同步信号产生合适的触发信号,根据控制信号控制晶闸管的导通时刻,使三相晶闸管桥输出满足负载要求的电压。
该触发电路产生足够精度的触发信号外,还具有触发角显示、过流保护等功能,系统框图(含主回路)如图1所示[7]。
3.1 获取同步信号对三相桥式整流电路(图2)来说,共阴极组的自然换流点是相电压波形正半周的交点,共阳极组的自然换流点是相电压波形负半周的交点,各交点依次互差60 ,而KP1的自然换流点比A相变正的李常顺:基于DSP的晶闸管触发电路的设计图1系统框图图2 三相桥式整流电路过零点滞后30 ,因此只需找出A 相变正的过零点即可判定各晶闸管的自然换流点。
DSP 外部时钟为30M hz ,通过PLL 寄存器设置为5倍频,则DSP 系统时钟为150M hz ;30 对应的时间为1.67m s ,即定时器计数250000。
A 相变正过零点获取电路如图3所示;设置DSP 捕获单元寄存器CAPCONA 使CAP 端上升沿触发,延时1.67m s 即自然换流点[8]。
为防止各种延迟的干扰,键盘设定加、减按键调整软件延迟时间保证自然换流点的准确。
图3 A相变正过零点获取电路图4 过流保护电路3.2 控制角 的计算与精度控制角 是触发脉冲滞后于自然换流点的角度,对工频交流电而言, 和对应延迟时间t 的关系为:t = 360 T = 360 20= 18(m s)其中T 为工频交流电的周期,20m s 。
对三相桥式整流/逆变电路而言, =0 ~150 ;系统时钟频率为150M hz 时对应定时器的数值应设置为0~1250000。
当系统时钟频率为150M hz 时触发角最高分辨率为 =1501250000=0.00012 ,在实验时,考虑到实验室的实际情况,设定键盘操作时每次操作改变5 ,以免操作过于繁琐;键盘采用行扫描式[9]而未采用中断式,以免影响系统运行。
3.3 限幅与过流保护软件初始化设定 =90 ,给定信号U G 逐渐增加时,控制角 减小,三相桥处于整流状态,在触发脉冲的作用下,整流桥的六个晶闸管依次轮流导通,LCD 显示模块(J HD 1602)显示对应的控制角,按最小控制角 m i n 键可设定最小控制角;按最大控制角 m ax 键可设定最大控制角;从而起到限幅的作用。
过流保护电路如图4所示,设定参考电压U re,f 当原控制柜产生电流信号超过参考电压U ref 时,比较器输出低电平,触发PDP I NTA ,触发脉冲输出端立即呈高阻态,封锁触发脉冲,防止事故扩大。
3.4 软件流程设计系统软件由主程序和中断子程序组成。
主程序包括系统初始化(系统状态寄存器、事件管理器、中断等)、同步信号判定、显示程序等;主程序流程图如图5。
当DSP 引脚Captrue1、2、3读到上升沿后,利用初始值和键盘读数计算从正过零点到触发脉冲的延时并产生触发脉冲。
捕捉单元1的中断程序流程图如图6;捕捉单元2、3的中断程序流程图与捕捉单元1的中断程序流程图类似,差别在于P WM 输出值不同,P WM 包含P WM 1~6。
图5 主程序流程图图6 捕捉单元1的中断程序流程图614 结论F2812DSP 运算速度快,控制精度高,本方案利用DSP 开发板实现对晶闸管触发角的控制,新颖之处在于利用DSP 捕获单元捕捉各同步正弦电压的正过零点(过零点后相电压为正数的过零点)通过延迟30 找到自然换流点,由于可以用键盘改变对应的延迟时间,可以克服线路造成的延迟带来的影响,从而保证触发角的准确度。
实验表明,该系统能产生比较好的触发脉冲。
参考文献(References):[1] 浙江天煌科技有限公司.电力电子技术及电机控制实验装置实验指导书.2005.11:4-13.[2] 陈青.单片机控制的数字触发器[J ].科技创新导报,2008(12):24.[3] 海涛,齐红伟,骆武宁,等.基于AVR 单片机的三相晶闸管触发电路的研制[J].电子工程师,2008,34(1):40-43.[4] 魏伟,许胜辉,郭新超,等.带CPLD 的新型通用数字触发器的设计[J].电子器件,2008,31(4):68-72.[5] 徐莉,苏楠.基于CPLD 的晶闸管脉冲触发器的设计[J].电气传动,2009,39(5):72-75.[6] 苏奎峰,吕强,耿庆锋,等.TM S320F2812原理与开发[M ].北京:电子工业出版社,2005.[7] 林欣.功率电子技术[M ].北京:清华大学出版社,2009.2:268-275.[8] TEXAS I NSTRUM ENTS.C 28X DSP Des i gn W ork s hop ,M ay ,2004.[9] 戴梅萼.微型计算机技术及应用第1版[M ].北京:清华大学出版社,1991,258-271.收稿日期:2009-12-17作者简介:李常顺(1971-),男,河南浚县人,硕士,讲师,主要研究方向为控制理论与控制工程。
(上接59页)纤维薄膜电泳的因素很多,往往得不到理想的电泳图谱。
然而,主要的影响因素还是电压强度与电流强度的影响。
针对这一问题,结合多年的实验教学经验,在电泳中根据我们实际需求,电场强度按10~12V /c m (指薄膜与滤纸桥总长度),电流强度按0.5~0.8mA /c m 膜宽(指薄膜数目的总宽度)进行计算。
并且对点样、电泳时间、染色、漂洗等操作步骤进行深入的研究和改进,取得了较好的实验效果。
实验改进后的电泳图谱如图2所示,其从上到下依次为血清清蛋白、 1-球蛋白、 2-球蛋白、 -球蛋白、 -球蛋白,区带分离良好、轮廓清晰,重复性好,每张图谱都显示出明显的5条区带(图3)。
在实验过程中严格要求学生按上述步骤规范操作,学生的实验成功率达到90%以上。
因此,改进后的实验操作与实验条件适合应用在实验教学工作中,对于提高实验教学质量有着重要的意义。
图2改进后的人血清电泳图谱图3 重复性较好的改进结果参考文献(Ref e r ences):[1] 林加函,魏文铃,彭宣宪.现代生物学实验[M ].北京:高等教育出版社,2002.[2] 丛峰松主编.生物化学实验[M ].上海:上海交通大学出版社,2005.[3] 王秀奇,秦淑媛,高天慧,等.基础生物化学实验[M ].北京:高等教育出版社,2006.[4] 北京大学生物系生物化学教研室.生物化学实验指导[M ].北京:高等教育出版社,1987.[5] 王松华,杨立明.血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳实验方法的改进[J].安徽农业技术师范学院学报,1999,13(3):76-78.[6] 陈华絮,肖生鸿.关于提高血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳效果的探讨.教学研究[J],2006(6):15-18.[7] 杨艳梅,杨萍.如何做好血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳实验.卫生职业教育[J],2007,25(9):119-120.[8] 邱雁临,夏服宝,康旭.提高醋酸纤维薄膜电泳实验成功率的探讨.实验科学与技术[J],2008,6(2):6-8.收稿日期:2009-12-03作者简介:孙莉丽(1982-),女,辽宁沈阳人,硕士研究生,助理实验师,主要研究方向为生物化学与分子生物学。
