并行数字触发SCR功率接口单元的设计

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并行数字触发SCR功率接口单元的设计

作者：power 来源：网络点击：日期：2007-09-03

1、引言
  SCR为单向晶闸管的英语缩写，是目前工业中实现大容量功率交换和控制的主要电力电子器件，典型的用途为:用在电化学、直流牵引、直流传动、电机励磁及各种晶闸管做成的固态电器等。SCR已成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术，且SCR功率接口电路可以很方便的、很精确的控制阻性负载两端的电压，电机的转速，热对象的热变化率等。可以有
效的节约能源。因此SCR功率接口单元成为新能源与电网的中间接口，但传统的SCR接口电路为模拟电下面介绍并行数字触发功率接口电路。

    2、具体设计步骤
    本文所介绍的并行数字触发电路，其主要的设计思想是从交流电源分离出过零脉冲，送到可重复预置的计数器，并将过零脉冲的延迟时间作为预置数(由微机通过接口电路向计数器8253输人不同预置数)计数满后计数器输出端发出脉冲送到光电藕合器的输人端，经过光电隔离后送到SCR控制端，触发SCR并使其导通。具体电路方框图如下:
    现就各主要电路的设计简单介绍如下:
    2.1过零触发电路
    由于交流电在过零的一小区间内电压很低，从这点来看，可以采用晶体三极管来达到产生过零脉冲的目的。
    将市电220V经变压器变压后，通过全波整流加到三极管基极上，电路如下图所示:

    其工作原理为:当交流电在过零的这一小段区间内，其加在开关管基极上的电压不足以使开关管导通，则此时的开关管便截止，流过电阻R1的电流为0，故此时的电压uc为高电压，当交流电的瞬时值达到使开关管导通时，此时uc电压为低，由此则产生一系列的过零脉冲，其脉冲的宽度为T = 0. 5ms(在图中所示参数的情况下测得)，各点的波形图略。
    2. 2计数器电路
    由于过零触发脉冲只能在交流电过零的瞬间触发SCR控制回路，不能满足在实际中的所需要的各种导通情况，故需要采用计数器来达到将触发脉冲延迟。在实际的操作中，需向计数器输人不同的预置数，即可得到不同的导通角。我利用微机经接口电路对计数器进行控制，因此只需在程序中输人不同预置数，便可以满足要求。(后附计数器源程序)
电路中所采用计数器为8253计数器，其工作方式采用工作方式5(硬件触发选通)，该计数器的优点为只需向8253的三个不同的通道输人不同的预置数，则可以同时带三路不同负载，其具体的电路图如下:
    2.3脉冲扩展电路
    由于8253输出端的输出脉冲极窄，只有几个微秒，因此很难达到控制SCR的要求，在脉冲扩展电路的设计中所采用的方案为用555组成的单稳电路，电路如下所示:
    电路的工作原理为:该电路利用输人脉冲的下降沿触发，稳态时电路的输出为低，当输人端的下降沿脉冲达到后，电路进人暂稳态，十5V通过电阻R向电容C充电，输出u0变为高电平，当电容充电到一定值时，输出u0又回到低电平，电路恢复到稳态，其延时时间的宽度Tw为:Tw=RCln3，即Tw = 1.1RC，在此取Tw=ust, R取l0kro
    2. 4时钟电路
    产生时钟脉冲的电路有很多种，如采用非门、电阻、电容构成;或用石英晶体构成时钟脉冲电路。采用电阻、电容构成其时钟电路的优点为:振荡频率的可调范围较大，但这种电路的缺点为所需的元器件较多，产生的频率稳定度不高，随着温度的变化产生的频率也相应的变化，其数量级通常只能做到10-z，而对于石英晶体它具有极高的频率稳定度。采用简单
的电路其频率稳定度就可达到10-5至10-6数量级如果再采用温度补偿或恒温的办法，则可达到10一?至10一’”数量级。但晶体的主要缺点是频率不可调，不能制成可变频率振荡器。
    在该设计中所采用的振荡器为石英晶振，其部分的参数如下表所示:

    各点波形图略。
    2. 5触发脉冲输人电路及主控回路
    由于主控回路为模拟电路，而触发电路为数字电路，彼此间无公共接地点，故采用光电藕合器的触发电路，主控回路根据负载的性质可分为阻性负载和感性负载两种控制回路，阻性负载的具体电路图如下所示。
    其中，电路中的晶闸管的一般选择原则为:    在使用中，晶闸管的额定电压二(2一3)元件在实际电路中所承受的最大正、反压，晶闸管的额定电流=(1. 5一2)实际电流有效值//1. 57，其具体的参数计

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