1 引言

　　晶閘管也叫可控硅整流器．是目前工業應用中最為廣泛的大功率變換器件。晶閘管在燒結爐、電弧爐等整流場合主要采用移相觸發控制，即通過調節晶閘管導通時刻的相位實現控制輸出。傳統的晶閘管觸發器采用模擬控制電路，無法克服其固有缺點。數字式控制電路與模擬式相比，主要優點是輸出波形穩定和可靠性高，但其缺點是電路比較復雜，移相觸發角較大時控制精度不高。隨著單片機技術的發展，由單片機組成的控制電路的優勢越明顯，除具有與數字式觸發電路相同的優點外，更因其移相觸發角通過軟件計算完成，觸發電路結構簡單，控制靈活，溫漂影響小，控制精度可通過軟件補償，移相范圍可任意調節等特點，目前已獲得業界的廣泛認可。以三相橋式全控整流電路為例，介紹應用單片機組成晶閘管觸發器硬件電路的設計，以及軟件實現移相觸發脈沖控制的方法。

　　2 單片機觸發器的組成

　　單片機控制的晶閘管觸發器主要由同步信號檢測、CPU硬件電路、復位電路和觸發脈沖驅動電路4部分組成，如圖l所示。CPU通過檢測電路獲知觸發信號，依據所要控制的電路要求，通過編程實現預定的程序流程，在相應時間段內通過單片機I/O端輸出觸發脈沖信號，復位電路可保證系統安全可靠的運行。
 

　　3 移相觸發脈沖的控制原理

　　相位控制要求以變流電路的自然換相點為基準，經過一定的相位延遲后，再輸出觸發信號使晶閘管導通。在實際應用中，自然換相點通過同步信號給出，再按同步電壓過零檢測的方法在CPU中實現同步，并由CPU控制軟件完成移相計算，按移相要求輸出觸發脈沖。

　　圖2為三相橋式全控整流電路，觸發脈沖信號輸出的時序也可由單片機根據同步信號電平確定，當單片機檢測到A相同步信號時，輸出脈沖時序通常采用移相觸發脈沖的方法，即用一個同步電壓信號和一個定時器完成觸發脈沖的計算。這在三相電路對稱時是可行的。因為三相完全對稱，各相彼此相差120°，電路每隔60°換流一次，且換流的時序事先已知。該方法所用單片機資源少，只需一個同步信號，電路比較簡單，但軟件設計工作量稍大。

　　因為只用一個同步輸入信號，所有晶閘管的觸發脈沖延遲都以其為基準。為了保證觸發脈沖延遲相位的精度，用一個定時器測量同步電壓信號的周期，并由此計算出60°和120°電角度所對應的時間。由于三相橋式全控整流電路的觸發電路，必須每隔60°觸發導通一只晶閘管，也就是說，每隔60°時間必然要輸出一次觸發脈沖信號，因此作為基準的第一個觸發脈沖信號必須調整到小于60°才能保證觸發脈沖不遺漏。當以A相同步電壓信號為基準，單片機檢測到A相同步電壓信號正跳變時，啟動定時器工作，當定時器溢出時，輸出第一個觸發脈沖信號，以后由所計算出的周期確定每隔60°己時輸出一次觸發脈沖，直到單片機再次檢測到A相同步信號的正跳變時，這個周期結束，開始下一個周期。需要注意，從單片機檢測到同步電壓正跳變到輸出第一個觸發脈沖信號的時間，必須調整到小于等于60°電角度時間，否則會造成觸發脈沖的遺漏。第一個觸發脈沖相對于同步信號正跳變的時間，可根據三相橋式全控整流電路的觸發時序來調整，如圖3所示。圖3中α1為觸發延遲角，(α2-α1)、(α4-α3)均為觸發窄脈沖寬度60°，α0為同步脈沖信號的一個標準周期360°；g0表示同步脈沖信號，gl、g2、g3、g4、g5、g6分別表示VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6觸發脈沖信號；其中0表示低電平，1為高電平。

　　依照三相橋式全控整流電路晶閘管導通的時序要求，輸出觸發脈沖分為3種情況：

　　(1)當移相觸發延遲角α≤60°，此時以A相同步信號為基準，并按延遲角時間定時實現的第一個脈沖輸出，應該是A相VT1晶閘管的觸發信號，觸發延遲時間和觸發脈沖的時序無需調整，之后每隔60°時間依次輸出VT2、VT3、VT4、VT5、VT6晶閘管的觸發信號。

　　(2)當移相觸發延遲角60°<α≤120°時，為保證觸發脈沖不遺漏，應將觸發延遲角的定時時間調整在60°時間之內，即減去一個60°時間。同時輸出觸發脈沖的時序也要進行調整，此時第一個輸出觸發脈沖信號應該是B相，VT6晶閘管的觸發信號，之后每隔60°時間依次輸出VT1、VT2、VT3、VT4、VT5晶閘管的觸發信號。

　　(3)當移相觸發延遲角α>120°時，要將觸發延遲角的定時時間調整在60°時間內，從而保證觸發脈沖不遺漏，則需減去一個120°時間，并且對觸發脈沖時序進行相應調整，此時第一個輸出觸發脈沖信號應該是C相VT5晶閘管的觸發信號，之后每隔60°時間依次輸出VT1、VT2、VT3、VT4晶閘管的觸發信號。

　　4 觸發器硬件組成

　　圖4給出單片機控制的移相觸發脈沖控制硬件電路圖。單片機選用AT89C2051，其屬于MCS一51系列小型單片機，共有20個引腳，2 KB內存。同步信號的輸入經電阻R1，R1起到限流和保護的作用，正弦同步信號經VD1和VD2兩個限制比較器輸入電壓的箝位二極管削波后，送入比較器LM339的輸入端，LM339輸出為180°與電源相位相同的方波。同步檢測信號發生正跳變時，經反相以中斷方式向單片機的INT0(引腳6)提供同步指令，從表面上看好像是外部中斷信號輸入，實際上是要量脈沖的寬度，這決定于信號到來的時間。使用該比較電路，無論輸入的同步電壓信號高還是低，LM339的輸出信號都能較準確的反映同步輸入信號的過零點，R2和C3對輸出信號進行濾波，以避免輸出信號出現波動。由于AT89C2051為8位單片機，所以該觸發器內部均為8位數字量計算，其觸發延遲角范圍為0°～180°，控制精度為0．7°，雖然控制精度受到內部運算位數的限制，但足以滿足一般控制要求。