基于AVR单片机的三相晶闸管触发电路的研制

图6所示为同步信号与触发信号波形。

3 触发延时时间与电压的关系

3.1触发角与输出电压的关系α

三相半控整流负载R上得的是脉动频率为3倍电源频率的脉动直流电压，在一个脉动周期中，它由一个缺角波形和一个完整波形组成。当α=π／3时，Ud波形只剩下3个波头，波形刚好与απ／3时的波形维持连续。于是可得当整流输出电压连续时(即带电阻负载0≤α≤π／3时)的平均值为：

3.2触发角α与延时时间的关系

设工频电源1个周期T，理论上应为20 ms，但是，由于电网负荷的变化，经常出现周期不严格等于20 ms的情况。延时时间t与触发角的关系为：

可见，电网的频率变化时，要输出α的触发角，延时时间也要相应调整。本装置充分考虑了因周期变化引起的触发角的误差，单片机测量上一个周波的周期，作为这个周波的周期。从式(3)也可以看出当电网电压周期稳定时，延时的时间与触发角成正比关系。

3.3延时时间数据的来源

可以根据需要获取模拟数据或者数字数据，本装置提供3种类型的数据接口。

1)模拟电压输入

Atmega16单片机性价比高，有8路10位A／D转换器，从通道0输入0～5 V电压，对应180°～0°的相位角，也可以接个可调电阻调节0～5 V的电压来改变相位角。在有些场合，需要三相触发相位不相同，也可以通过改变跳线选择3组模拟量输入，通道0到通道2分别对应A、B、C三相的移相的相位角。

2)脉冲信号输入

在需要现场隔离的场合，脉冲信号只需要一路数字量隔离就可以将模拟信号传输出去。单片机通过检测输入信号的占空比来确定移相的相位角。100％对应0°，0％对应180°。同上，也可以分别输入3个脉冲信号来分别控制三相的触发角。

3)异步串行数据输入

在工业控制场合，大量使用RS-485总线，本装置可以通过异步串行口将移相的相位角的数据送入单片机。

3.4线性化输出电压

从式(1)和式(2)可以看出，三相半控桥式整流的输入电压与输出电压不是线性关系。单片机有强大的计算能力，通过将输入的模拟数据经过计算，转换到另外一个角度值，可以做到输出电压与输入电压成线性关系。输入信号与输出电压的数学模型如图7所示。

如果将输出的直流电压引入单片机的A／D转换器，将大大增加装置的成本，将高压信号引到主电路中也比较危险，器件容易损坏，调试也不方便。所以，这个系统为一个开环系统，控制的输出不一定与输入电压成比例关系，有一点静态误差。但是可以加入一个非线性变换，通过调整，做到输出电压与输入电压成线性关系。

3.5误差分析

前面提到过，在获取正向过零时会有误差，即得到的不是正向过零时刻。如图8所示。

发光二极管导通需要一定的电流，在刚正向过零的一小段时间内，发光二极管还没能够导通，当电压达到一定电压值时才导通，在接近负过零的一小段时间内，电流过小，也不导通了，在负半周，由于二极管向，也不导通。用示波器测得，同步信号的占空比为54％，可见，下降沿不是过零点。

同步信号有误差并不是一点意义也没有，通过分析有误差的同步信号，同样也可以找到过零点。从测量到的数据分析，高电平比低电平多8％，说明二极管有28.8°的时间是因为电流过小而不能够导通。那么，正向过零点应该在下降沿超前14.4°。

在计算触发时间时必须考虑这个下降沿的滞后角。

由于这个滞后角的存在，不能够移相0°～180°，对于单相触发会有误区，对于三相桥式整流来说就没有。因为，线电压过零点滞后相电压过零点30°，而下降沿的滞后角一般小于30°。

4 装置的测试

接好三相电源，负载为2只耐压220 V的白炽灯串联。通过调节A／D输入口的精密可调电阻来改变输入电压，可以做到0～5 V的模拟量的输入。调节电阻，灯泡的亮度改变，可知线路工作正常，用AVR单片机设计的电路可以代替TC787等芯片制作的触发电路。

以下为A／D口的电压与输出的直流电压的关系：

式中：VADC为A／D转换后的电压；Vin为被选中的A／D引脚的输入电压；Vref为参考电压。

从以上数据可以看出输出电压与输入电压成线性关系。

5 系统的应用

采用单片机来控制可控硅的触发，是可控硅应用的发展趋势。本系统在实际应用中也已显示出触发精度高、可靠性高、易于调试、操作方便等优点。该触发电路在实际应用中已成功触发过100 A～400 A的晶闸管。