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基于单片机的晶闸管触发器设计

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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。

点击看原图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。

该方法所用单片机资源少，只需一个同步信号，电路比较简单，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°才能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。

需要注意，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。

点击看原图依照三相桥式全控整流电路晶闸管导通的时序要求，输出触发脉冲分为3种情况：(1)当移相触发延迟角α≤60°，此时以A相同步信号为基准，并按延迟角时间定时实现的第一个脉冲输出，应该是A相VT1晶闸管的触发信号，触发延迟时间和触发脉冲的时序无需调整，之后每隔60°时间依次输出VT2、VT3、VT4、VT5、VT6晶闸管的触发信号。

(2)当移相触发延迟角60°<α≤120°时，为保证触发脉冲不遗漏，应将触发延迟角的定时时间调整在60°时间之内，即减去一个60°时间。

同时输出触发脉冲的时序也要进行调整，此时第一个输出触发脉冲信号应该是B相，VT6晶闸管的触发信号，之后每隔60°时间依次输出VT1、VT2、VT3、VT4、VT5晶闸管的触发信号。

(3)当移相触发延迟角α>120°时，要将触发延迟角的定时时间调整在60°时间内，从而保证触发脉冲不遗漏，则需减去一个120°时间，并且对触发脉冲时序进行相应调整，此时第一个输出触发脉冲信号应该是C相VT5晶闸管的触发信号，之后每隔60°时间依次输出VT1、VT2、VT3、VT4晶闸管的触发信号。

4 触发器硬件组成图4给出单片机控制的移相触发脉冲控制硬件电路图。

单片机选用AT89C2051，其属于MCS一51系列小型单片机，共有20个引脚，2 KB内存。

同步信号的输入经电阻R1，R1起到限流和保护的作用，正弦同步信号经VD1和VD2两个限制比较器输入电压的箝位二极管削波后，送入比较器LM339的输入端，LM339输出为180°与电源相位相同的方波。

同步检测信号发生正跳变时，经反相以中断方式向单片机的INT0(引脚6)提供同步指令，从表面上看好像是外部中断信号输入，实际上是要量脉冲的宽度，这决定于信号到来的时间。

使用该比较电路，无论输入的同步电压信号高还是低，LM339的输出信号都能较准确的反映同步输入信号的过零点，R2和C3对输出信号进行滤波，以避免输出信号出现波动。

由于AT89C2051为8位单片机，所以该触发器内部均为8位数字量计算，其触发延迟角范围为0°～180°，控制精度为0．7°，虽然控制精度受到内部运算位数的限制，但足以满足一般控制要求。

点击看原图AT89C2051的Pl端口的P1．2～P1．7(引脚14~19)分别用于输出三相桥式全控整流电路VT1～VT6的触发脉冲信号，6路脉冲信号经741504反相放大，推动功率放大器TD62004，该器件的输出连接到脉冲变压器的初级绕组。

为了使复位更可靠，采用先进的专用上电复位器件X25045，该器件具有可编程定时器，采用SPI总线结构。

定时器看门狗的作用是保证在设定的时间内，若系统程序走死，不能定时访问X25045的片选端，X25045将能对系统复位．提高了系统的可靠性，给单片机提供独立的保护系统。

其他的端口如P1端口的P1．0～P1．1(引脚12和13)可作为过压、过流指示，P3端口的P3.4~P3．5(引脚8和9)作为过压和过流的输入端，P3端口的其余端口可以从整流端采集电压负反馈信号经A／D转换后进行数字PI调节，构成电压负反馈闭环控制，以保证整流输出端电压稳定。

5 移相触发脉冲控制软件的设计移相触发脉冲的控制软件可方便进行延迟计算，由软件完成系统初始化、初值的输入和电角度时间的计算并送入定时器，通过外部中断实现触发延迟角的处理。

由于AT89C2051上电复位期间所有端口均输出高电平，为了保证复位期间所有晶闸管都没有触发信号的触发，应采用低电平为有效触发晶闸管的信号。

移相触发脉冲控制软件流程图如图5所示。

点击看原图6 结语在实验中加入数字PI调节，构成电压负反馈闭环控制，使输出电压稳定运行，提高了触发脉冲的对称度和稳定性，触发延迟角最大可达180°，改善了触发器的性能指标和变流装置的可靠性。

该设计方案实现了晶闸管触发器的单片机控制，体现了控制电路简单、便于调节且占用CPU资源少的特点，是一种理想的易于推广的晶闸管触发控制设计方案。

基于AT89C52单片机的晶闸管触发器的设计摘要：设计了一款基于AT89C52单片机控制的三相全控桥式晶闸管的触发器。

AT89C52采集同步信号，接收外部输入的导通角，依靠软件定时，进而输出延时角的脉冲信号，经放大后，送入晶闸管控制极。

实验针对触发装置工作不稳定、精度不高，提出了解决方案。

0 引言基于单片机的晶闸管触发器无疑是现在的热门触发装置。

它具有诸多优点，温漂小，可靠性高，便于智能化控制等。

一般的触发装置往往只采集一相同步信号，然后经单片机处理送出带有一定导通角α的六路脉冲控制信号，这无疑对三相交流电有一定的误差。

本设计同时采集三相的同步脉冲信号，避免了只检测一相而造成的延时。

同时，系统中的三相全控桥式整流电路采用了阻容吸收装置，避免产生过电压，使系统更加的稳定可靠。

1 系统硬件电路整套系统的硬件电路主要由主回路和微处理器控制电路组成。

其中主回路包括同步信号产生电路和触发脉冲信号驱动电路以及带阻容吸收装置的三相全控桥式整流电路。

本装置所用AT89C52单片机的定时／计数器，采用12 M晶振定时器方式工作，同步信号产生电路用以将从电网获得的220 V交流电压转换成6个在相位上相差60°的同步脉冲，AT89C52用作接收同步信号和α角，并将α角转换为脉冲延时，从而控制三相全控桥式整流电路的门级，控制输出电流的大小；驱动电路用来将从单片机出来的脉冲信号进行功率放大；带阻容吸收装置的三相全控桥式整流电路实现对输出电流大小的控制并接收过电流、过电压。

1．1 AT89C52主控制电路主控制电路(图1)充分利用AT89C52内部资源，通过外接12 M晶振和电容来实现时钟电路。

如图1所示，同步信号通过P0．0～P0．2口输入，单片机通过内部软件实现计时和向P1．2～P1．7口输出六路脉冲控制信号。

若程序死循环，即可上电自动复位或人工复位。

电路结构非常简单，易于实现。

1．2 三相全控桥式整流电路经变压器出来的直流电压接通六个晶闸管。

同时经过脉冲隔离驱动电路出来α的带触发角的六路脉冲信号控制门级UT1～UT6。

为了避免产生过电压而造成的不利影响，提高系统的稳定性，本实验采用带阻容吸收装置的三相全控桥式整流电路，如图2所示。

阻容吸收装置利用电容来吸收过电压，将引起过电压的磁场能量变成电场能量储存在变压器中，然后电容通过电阻放电，将能量释放在电阻上。

1．3 同步电路设计传统的触发电路一般都需要三相同步变压器提供同步信号，在三相全控桥式整流电路中，采用单片机触发的晶闸管，首先要使触发脉冲的自然换相点与三相电源的线电压的过零点同步。

为克服传统的同步变压器接法复杂，调试困难的缺点，采用三个如图3所示的同步电路，每一个电路采集一相同步信号，这样使得误差更小，精度更高。

这三个一样的电路分别接入单片机的P0．0～P0．2。

同步电路主要由过零检测器SF339和光耦隔离组成。

由结构简单、使用方便的SF339从电网中获得的线电压转换成方波信号，再经过光耦隔离，形成触发电路所需的同步信号，其中每个电源周期的过零点输出两个同步脉冲，如图4所示。

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基于单片机的可控硅触发系统的设计

基于单片机的可控硅触发系统的设计

摘要可控硅整流器是目前工业应用中最普遍的大功率变换器件，晶闸管在烧结炉、电弧炉等整流场合要紧采纳移相触发操纵，即通过调剂晶闸管导通时刻的相位实现操纵输出。

随着单片机技术的进展，由单片机组成的操纵电路的优势越明显，因其移相触发角通过软件计算完成，触发电路结构简单，操纵灵活，温度阻碍小，操纵精度可通过软件补偿，移相范围可任意调剂等特点，目前已取得普遍的认可。

本文确实是基于单片机的可控硅触发系统设计。

论文对可控硅系统进行大体的介绍，和系统的硬件进行了详细的设计，包括同步信号检测、复位电路、移相触发脉冲。

另外还对要紧的元器件和与本系统相关的设计做了详细说明，包括原理框图、流程图、软件流程图。

论文采纳的美国ATMEL公司生产的AT89S52为主操纵器，能够兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处置器（CPU）和FLASH存储单元，功能壮大AT89S52可做此系统最正确选择。

结合驱动电路、键盘输入、液晶显示、串口通信、电源电路设计了操纵系统。

关键词：可控硅触发系统；单片机；集成电路AbstractSilicon-controlled rectifier is the most widely used in industry of high-power transform device, thyristor in electric arc furnace sintering furnace, such rectifying occasions mainly adopts phase control, namely by adjusting the thyristor conduction time phase control output. Along with the development of technology, the chip control circuit, because of its advantages in triggering Angle calculated by software, trigger circuit structure is simple, flexible control, temperature, control accuracy can be compensated by software, can adjust arbitrarily limits have been widely recognized. This paper is based on single chip thyristor trigger system design.Paper introduces basic controlled system, and the system of the detailed design of hardware, including the sync signal detection and reset circuit, triggering pulse phase. In addition to the main components and the system design, including a detailed illustration do principle diagram and software flow chart,.The paper adopts American ATMEL company mainly controller, can be compatible AT89S52 51 - MCS standard system, built-in general 8 bits of the central processing unit (CPU) and FLASH memory unit, powerful AT89S52 devices can do this system is the best choice. Combining drive circuit, the keyboard, LCD display, serial communication and power circuit design of the control system.Keywords: thyristor trigger system, SCM, Integrated circuits目录第一章绪论 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。

晶闸管触发器Proteus仿真设计

晶闸管触发器Proteus仿真设计

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２ 单片机触发器的组成方框原理图 本仿真通过ＡＴ８９Ｃ２０５１单片机作为主控
制芯片，用晶闸管作为主要开关器件。设计的目 标是保持输出的直流电压稳定，输出电压纹波 小，交流输出测电流ＴＨＤ较低，性能可靠。系统 主要电路包括：三相桥式全控整流电路、同步信 号取样电路、单片机控制电路、晶闸管触发电 路。方框原理图如７）分别用于输出三相桥式全控整流电 路 Ｖ Ｔ １ ～ Ｖ Ｔ ６ 的 触 发 脉 冲 信 号 ，６ 路 脉 冲 信 号 经７４ＨＣ０４反相放大，该器件的输出也可以连 接实验用的晶闸管电路。
５ 移相触发脉冲控制软件的设计 移相触发脉冲的控制软件可方便进行延
迟计算，由软件完成系统初始化、初值的输入和 电角度时间的计算并送入定时器，通过外部中 断实现触发延迟角的处理。由于ＡＴ８９Ｃ２０５１上 电复位期间所有端口均输出高电平，为了保证 复位期间所有晶闸管都没有触发信号的触发， 应采用低电平为有效触发晶闸管的信号。移相 触发脉冲控制部份软件如下。
压纹波小，交流输出测电流Ｔ Ｈ Ｄ 较低，性能可靠。系统主要电路包括：三相桥式全控整流电路、同步信号取样电路、单片机控制电路、
晶闸管触发器的单片机与设计

晶闸管触发器的单片机与设计

摘要本文介绍了一种以AT89C2051单片机为核心的晶闸管触发器的设计，替代模拟式晶闸管触发器，利用了AT89C2051单片机的优越性，设计出三相全控桥式整流电路的晶闸管数字触发器，实现了单片机在晶闸管触发电路中的应用，达到了触发脉冲的可靠触发。

此系统的单片机采用AT89C2051芯片，六路脉冲信号经过74LS04反相放大，推动功率放大芯片TD62004，该芯片的输出接脉冲变压器的初级绕组。

为了使复位更可靠，采用了先进的专用上电复位芯片X25045。

由于AT89C2051的管脚较少，手动调压信号的输入采用了串行A/D转换芯片TLC0831，而同步信号的输入采用了比较器LM339。

为了减少系统对单片机定时资源的要求，提出用一个同步电压信号，通过触发脉冲延迟角的调整算法，实现对称三相触发脉冲输出的方法，理论分析和试验证明该方法是可行的。

设计中采用非中断同步方式，该方式有很强的抗干扰作用，适用于各种恶劣现场环境。

该控制方案简单、使用元件少、实现容易、应用广泛，有很高的实用和推广价值。

关键词：单片机；晶闸管；触发器AbstractThe design of SCR trigger circuit with AT89C2051 single-chip microprocessor was introduced, which substituted analog SCR trigger circuit. Making use of the advantages of AT89C2051, a digital thyristor trigger device of three -phase bridge SCR circuit was specially designed .trigger device design and achieve reliable pulse trigger. In the thyristor trigger, the six-pulse was amplified reversely through the IC chip 74LS04 to drive power amplifier TD62004. The output of amplifier TD62004 is connected with the secondary of the transformer. An advanced special electrifying reset chip X25045 was used to guarantee the reliable reset. Due to fewer pines of AT89C2051, the input of manual regulation signal was realized through A/D convener TLC0831, and the input of the synchronous signal was achieved through LM339. In order to reduce the number of single chip timing resources, a new calculation method of trip angle based only one synchronism voltage is raised to realize symmetrically three phase trip pulse output control, the analysis and experiment proved the method raised in this paper is efficient. The system gives a creative non-interruption mode to input the synchronous signal. And has strong anti-interference ability and can fit for all kinds of abominable environments. It is featured by the simple controllable scheme, a few components, easy realization and extensive application, so that it is of high practical and popularization value.Key words：Single-chip microprocessor，Thyristor，Trigger目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 单片机控制系统 (1)1.2 单片机应用系统设计原则 (1)1.3 单片机应用系统设计方法 (2)1.4 MCS—51单片机 (5)1.5 晶闸管的简介 (5)1.5.1 晶闸管的基本特性 (6)1.5.2 晶闸管的主要参数： (7)1.5.3 晶闸管的派生器件 (8)1.6 课题的研究背景及意义 (8)1.7 课题的重点难点 (9)2 系统的电路设计 (10)2.1 主要芯片 (10)2.2 电路的原理结构 (12)2.3 硬件组成 (12)2.4 子系统的设计 (13)2.4.1 时钟电路 (13)2.4.2 上电复位电路 (13)2.4.3 晶闸管的同步检测 (14)2.4.5 A/D转换电路 (17)2.5 触发脉冲控制的实现原理 (20)2.6 晶闸管触发脉冲的驱动 (23)2.7 脉冲变压器 (24)3 系统软件设计 (25)3.1 软件设计方案 (25)3.2 程序 (25)3.3 系统初始化 (27)3.3.1 同步信号输入原理 (27)3.3.2 脉冲的计算方法 (27)3.3.3 定时/计数器初始化设置 (29)4 单片机控制系统的抗干扰设计 (31)5 单片机应用系统调试方法 (33)5.1 硬件调试 (33)5.1.1 静态调试 (33)5.1.2 动态调试 (33)5.2 软件调试 (33)6 Protel的简介 (35)6.1 原理图设计系统 (35)6.2 印制电路板（PCB）设计系统 (36)结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录A 程序 (41)附录B PCB印制电路板 (46)1 绪论1.1 单片机控制系统在各种工业控制和应用系统中，技术发展轨迹几乎无一例外地遵循着由模拟电路的控制技术转向全数字微机控制技术，变流电路的控制技术也不例外。

单片机驱动晶闸管电路

单片机驱动晶闸管电路

单片机驱动晶闸管电路晶闸管是一种常用的电子元件，具有方便控制电流的特点，广泛应用于各种电气控制系统中。

而单片机是一种微型计算机，具有高集成度、低功耗等优点，可以实现对各种外部设备的控制。

本文将介绍如何使用单片机来驱动晶闸管电路，实现对电流的控制。

一、晶闸管的原理和特性晶闸管是一种具有双向导通特性的电子器件，可以控制电流的通断。

它由四个层的PNPN结构组成，当施加一个正向电压时，晶闸管会进入导通状态；当施加一个反向电压时，晶闸管处于阻断状态。

晶闸管的导通状态只需要一个触发脉冲即可实现，而且导通后会一直保持，直到外部电源断开或者施加一个反向电压。

二、单片机的原理和特性单片机是一种集成度很高的微型计算机，内部包含了CPU、存储器、输入输出端口等功能模块。

它可以通过编程控制各种外部设备，实现各种功能。

单片机具有工作稳定、功耗低、体积小等特点，非常适合用于电气控制系统中。

三、单片机驱动晶闸管电路的设计为了实现单片机对晶闸管的控制，需要设计一个合适的电路。

首先，需要给晶闸管提供适当的触发脉冲，使其进入导通状态。

通常可以使用单片机的IO口输出一个高电平信号作为触发脉冲，通过一个电阻和一个电容器构成的触发电路，控制触发脉冲的宽度和频率。

还需要设计一个电源电路，将单片机和晶闸管连接在一起。

单片机和晶闸管的工作电压一般是不同的，需要通过适当的电平转换电路将其连接起来。

同时，为了保护单片机和晶闸管不受电压的干扰，还需要添加适当的滤波电路和保护电路。

需要编程控制单片机的IO口输出高低电平，实现对晶闸管的控制。

通过调整触发脉冲的宽度和频率，可以实现对电流的精确控制。

同时，还可以通过添加传感器等外部设备，实时监测电流大小，实现闭环控制。

四、应用实例单片机驱动晶闸管电路在实际应用中非常广泛。

比如，可以用于交流电调光系统、交流电压调节系统、交流电动机控制系统等。

通过单片机的编程控制，可以实现对电流的精确控制，提高系统的稳定性和可靠性。