專利名稱：一種波形合成式數(shù)字三相移相觸發(fā)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種三相晶閘管調(diào)壓、整流電路中的移相控制專用器件，屬于電力電子元器件領(lǐng)域，該模塊可以廣泛應用于各種類型的晶間管整流、調(diào)壓、逆變等裝置。
背景技術(shù)：
晶閘管自從20世紀50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個龐大的家族，成為工業(yè)、 農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面廣泛應用的元件。晶閘管工作時必須要有配套的觸發(fā)器，觸發(fā)器的性能直接關(guān)系到晶閘管的實際應用效果，由于觸發(fā)器的技術(shù)受到微電子技術(shù)的制約，隨著電子元件技術(shù)的發(fā)展，觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)在歷史上經(jīng)歷了 分立元件電路、專用模擬集成電路、COMS數(shù)字集成電路、單片機電路等。目前應用最為廣泛的是采用專用模擬集成電路制造的觸發(fā)器，集成電路以TCA785為代表，TCA785是德國西門子公司于1988年前后開發(fā)的第三代晶閘管單片移相觸發(fā)集成電路，后來我國又研制出與 TCA785相似的KJ、KC系列集成電路，并得到廣泛應用。這類模擬集成電路的基本原理是外接定時電容形成鋸齒波電壓與移相控制電壓進行比較，比較后得到所需的移相角度信號， 然后功率放大后輸出，用于三相觸發(fā)時需要三塊TCA785集成電路及配套電路。這類產(chǎn)品的顯著缺點是電路復雜調(diào)整點多，元件參數(shù)分散性大，長期穩(wěn)定性差，移相精度不高，而且容易受溫度、電壓、電磁干擾等因數(shù)的影響。經(jīng)計算當同步電壓不對稱度為士 1°時，移相脈沖的不對稱度將到達4% 6 %，當應用于交流場合時，這種誤差將導致正負半周波形不對稱而產(chǎn)生直流成分，使勵磁電流激增，鐵芯磁飽和，嚴重時燒毀晶閘管和使用設(shè)備。隨著數(shù)字電路的興起，采用COMS數(shù)字集成電路和單片機等元件設(shè)計的觸發(fā)器移相精度和對稱度有很大提高，其突出的缺點是需要數(shù)十塊數(shù)字集成電路才能完成所需功能，電路規(guī)模大，對電路技術(shù)要求很高；采用單片機設(shè)計的觸發(fā)器，硬件電路比較簡單，但是軟件抗干擾能力差，晶間管工作時產(chǎn)生大量的高頻干擾，在這種強干擾環(huán)境下單片機電路的可靠性不高。這類數(shù)字化產(chǎn)品體積大成本高，技術(shù)難度大，不易實現(xiàn)產(chǎn)品的小型化及排量生產(chǎn)，限制了其推廣應用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提出一種把數(shù)字電路的高精高抗干擾性和軟件的強大功能相集合的方法，設(shè)計出一種含線性校正的高精度、高穩(wěn)定、體積小巧、外圍電路簡單的三相移相觸發(fā)模塊。本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的一種波形合成式數(shù)字三相移相觸發(fā)模塊，包括一個波形整形電路，將三相輸入信號轉(zhuǎn)換成與之同步的方波信號并且濾除各種干擾雜波；一個 A/D轉(zhuǎn)換電路，將外部輸入的移相角控制電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值；一個同步時序電路，產(chǎn)生各部分所需的時序信號并且與輸入信號保持同步；一個波形合成電路，讀取存儲器內(nèi)的波形數(shù)據(jù)，將讀出的數(shù)據(jù)變換成六路移相觸發(fā)脈沖；一個相序識別電路，識別三相輸入信號的相序；一個異常保護電路，當三相輸入信號異?；蚰K內(nèi)部電路異常或外部輸入關(guān)閉指令時關(guān)閉觸發(fā)脈沖，其特征在于所述的波形整形電路把方波信號，分別送到相序識別電路、異常保護電路和同步時序電路，相序識別電路對電源的相序進行判斷后送到波形合成電路， 異常保護電路的一路信號送到波形合成電路，另一路送模塊的輸出腳，同步時序電路產(chǎn)生與三相輸入信號中的一相保持同步的時序信號送A/D轉(zhuǎn)換電路、波形合成電路和異常保護電路。所述的波形整形電路采用一塊數(shù)字門集成電路。所述的A/D轉(zhuǎn)換電路將外部輸入的移相角控制電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值送到波形合成電路作為各相移相控制信號。所述的同步時序電路是由震蕩電路、時序電路、同步電路組成，產(chǎn)生與輸入信號同步的時序信號送到波形合成電路作為各相的移相控制信號。所述的相序識別電路由D觸發(fā)器和延時電路組成。所述的異常保護電路包含三相輸入信號異常保護、模塊內(nèi)部時序異常保護和外部輸入保護指令，當保護發(fā)生時關(guān)閉移相觸發(fā)脈沖。本發(fā)明的效果本發(fā)明是以數(shù)字電路為核心軟件為輔助的電路結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了數(shù)字電路的高精度、高抗干擾特性，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的諸多缺點，設(shè)計出一種高精度、高穩(wěn)定、含線性校正、體積小巧、外圍電路簡單的三相移相觸發(fā)模塊，本模塊的發(fā)明不但提升了觸發(fā)器的性能，而且降低了觸發(fā)器制的造難度。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述。

圖1為本新型實用的原理框圖；圖2為本新型實用的外圍電路框圖；圖3為本新型實用的管腳排列圖；圖4為本新型實用的典型應用電路圖；圖5為本新型實用的工作波形具體實施方式
在圖1中看出，本模塊由波形整形電路1、A/D轉(zhuǎn)換電路2、同步時序電路3，波形合成電路4、相序識別電路5、異常保護電路6組成。三相電源電壓經(jīng)隔離降壓轉(zhuǎn)換成與電源電壓同步的方波信號送到模塊的波形整形電路1，整形電路由數(shù)字門電路和濾波電容組成，用以濾除各種干擾雜波并把信號的波形整理成邊沿陡峭的標準方波信號，然后分別送到相序識別電路5、異常保護電路6、同步時序電路3。相序識別電路5由D觸發(fā)器構(gòu)成，對電源的相序進行判斷，判斷結(jié)果送到波形合成電路4，高電平表示反相序，低電平表示正相序。相序識別電路由D觸發(fā)器和延時電路組成。異常保護電路6包含三個部分缺相保護、模塊內(nèi)部異常保護、外部輸入控制接口。其中缺相保護部分由異或門組成，當三相信號缺相或并相時輸出保護信號；模塊內(nèi)部異常保護部分由門電路、觸發(fā)器等組成，當模塊內(nèi)部發(fā)生同步異常、邏輯異常時輸出保護信
4號；外部輸入控制接口是由門電路構(gòu)成，把外部輸入的關(guān)閉信號處理后與缺相保護、模塊內(nèi)部異常保護組合成一個保護信號，一路信號送到波形合成電路4用于關(guān)閉觸發(fā)脈沖，另一路送模塊的輸出腳作異常指示。A/D轉(zhuǎn)換電路2主要由一片AD轉(zhuǎn)換集成電路構(gòu)成，將外部輸入的移相控制電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到波形合成電路4。同步時序電路3由門電路、振蕩器、計數(shù)器、觸發(fā)器等構(gòu)成，產(chǎn)生與三相輸入信號中的一相保持同步的時序信號送A/D轉(zhuǎn)換電路2、波形合成電路4、異常保護電路6，模塊只需單相同步信號。波形合成電路4是本模塊的核心部分，主要由存儲器、觸發(fā)器、計數(shù)器、波形數(shù)據(jù) (軟件)等構(gòu)成，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換電路2送來的數(shù)字信號調(diào)用指定地址段的波形數(shù)據(jù)，將讀出的波形數(shù)據(jù)通過觸發(fā)器等轉(zhuǎn)換后形成6路觸發(fā)脈沖。移相角的大小和觸發(fā)脈沖的波形由軟件控制，三相平衡度和交流對稱度等重要參數(shù)由硬件電路控制，下面對工作原理作進一步說明。在三相移相觸發(fā)電路中，有兩項重要技術(shù)參數(shù)及三相平衡度和交流對稱度，在目前廣泛應用的采用模擬集成電路電路的觸發(fā)器中，采用了外接可調(diào)電阻的方法，調(diào)整到最佳時交流對稱度只能達到士3°，本模塊的同步電路時序3采用單相同步方式，同步信號采用光耦隔離電路(詳見圖4)，同步信號的抗干擾處理采用RC濾波電路，RC濾波產(chǎn)生的延時誤差通過軟件進行修正，因同步信號而產(chǎn)生的誤差只對移相范圍產(chǎn)生影響，對三相平衡度和交流對稱度沒有影響，因為這兩項參數(shù)是由計數(shù)器、觸發(fā)器等數(shù)字電路來完成的，具體如下同步時序電路3的振蕩器產(chǎn)生時鐘信號，一路信號送給計數(shù)器，計數(shù)器在同步信號的控制下輸出計數(shù)值，這個數(shù)值的周期(50Hz時為20ms)精度對應于三相平衡度，數(shù)值周期的前半部分和后半部之差值對應于交流對稱度，三相平衡度和交流對稱度這兩項參數(shù)由振蕩器的周期誤差決定的，振蕩器的周期(50Hz時為20ms)誤差一般小于100ppm(晶體振蕩器)， 所以本模塊的三相平衡度和交流對稱度的誤差很小，可以忽略不計。由圖2知，是本新型實用的外圍電路框圖。圖5為模塊的工作波形圖，觸發(fā)脈沖的波形是通過讀取波形合成電路4中的存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)而得到，觸發(fā)脈沖的形式由軟件決定分為3種單脈沖、雙脈沖、長脈沖；脈沖的調(diào)制方式分為3種無調(diào)制、軟件調(diào)制、硬件調(diào)制。軟件調(diào)制方式由軟件控制，調(diào)制頻率為 25KHZ ；硬件調(diào)制方式是這樣實現(xiàn)的從同步時序電路3內(nèi)部取出一個頻率為50KHZ(或更高)時鐘信號送到波形合成電路4，控制波形合成電路內(nèi)的輸出驅(qū)動器，硬件調(diào)制方式優(yōu)點是調(diào)制頻率高，缺點是比軟件調(diào)制方式復雜。圖fe是雙脈沖方式，雙脈沖觸發(fā)是目前常用觸發(fā)方式，廣泛用于三相半控全控橋可控硅整流觸發(fā)和三相交流調(diào)壓系統(tǒng)，但是當用于動態(tài)感性負載時移相角范圍受到限制，有時不能正常工作。本實用新型提出一種全新的觸發(fā)方式脈沖長度動態(tài)修正方式，觸發(fā)脈沖的長度隨著移相角的改變而變化，動態(tài)補償感性負載的電流滯后問題，這種觸發(fā)方式全部由軟件實現(xiàn)，經(jīng)試驗對動態(tài)感性負載更加適用，圖恥為這種觸發(fā)方式的波形圖。外部控制電壓為直流0 5v，送A/D轉(zhuǎn)換電路2進行A/D轉(zhuǎn)換后控制移相角的大小，當控制電壓低于某一值時，軟件關(guān)閉觸發(fā)脈沖，這個只值由軟件任意設(shè)定；當控制電壓大于某一閥值時輸出觸發(fā)脈沖，移相角為180°或其他設(shè)定值，閥值和移相角均由軟件設(shè)定；隨著控制電壓繼續(xù)升高，移相角逐步減小，移相范圍為-30° 210°?？刂齐妷号c移相角之間的對應關(guān)系通過軟件修正后，使最終的輸出結(jié)果為線性或指數(shù)型或梯形等任意所需形式。由圖3知，是本新型實用的管腳排列圖。模塊管腳描述
權(quán)利要求1.一種波形合成式數(shù)字三相移相觸發(fā)模塊，包括一個波形整形電路，將三相輸入信號轉(zhuǎn)換成與之同步的方波信號并且濾除各種干擾雜波；一個A/D轉(zhuǎn)換電路，將外部輸入的移相角控制電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值；一個同步時序電路，產(chǎn)生各部分所需的時序信號并且與輸入信號保持同步；一個波形合成電路，讀取存儲器內(nèi)的波形數(shù)據(jù)，將讀出的數(shù)據(jù)變換成六路移相觸發(fā)脈沖；一個相序識別電路，識別三相輸入信號的相序；一個異常保護電路，當三相輸入信號異常或模塊內(nèi)部電路異?；蛲獠枯斎腙P(guān)閉指令時關(guān)閉觸發(fā)脈沖，其特征在于所述的波形整形電路把方波信號，分別送到相序識別電路、異常保護電路和同步時序電路，相序識別電路對電源的相序進行判斷后送到波形合成電路，異常保護電路的一路信號送到波形合成電路，另一路送模塊的輸出腳，同步時序電路產(chǎn)生與三相輸入信號中的一相保持同步的時序信號送A/D轉(zhuǎn)換電路、波形合成電路和異常保護電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波形合成式數(shù)字三相移相觸發(fā)模塊，其特征在于波形整形電路采用一塊數(shù)字門集成電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波形合成式數(shù)字三相移相觸發(fā)模塊，其特征在于A/D轉(zhuǎn)換電路將外部輸入的移相角控制電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值送到波形合成電路作為各相移相控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波形合成式數(shù)字三相移相觸發(fā)模塊，其特征在于同步時序電路是由震蕩電路、時序電路、同步電路組成，產(chǎn)生與輸入信號同步的時序信號送到波形合成電路作為各相的移相控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波形合成式數(shù)字三相移相觸發(fā)模塊，其特征在于相序識別電路由D觸發(fā)器和延時電路組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波形合成式數(shù)字三相移相觸發(fā)模塊，其特征在于異常保護電路包含三相輸入信號異常保護、模塊內(nèi)部時序異常保護和外部輸入保護指令，當保護發(fā)生時關(guān)閉移相觸發(fā)脈沖。
專利摘要一種波形合成式數(shù)字三相移相觸發(fā)模塊，包括一個波形整形電路，一個A/D轉(zhuǎn)換電路，一個同步時序電路，一個波形合成電路，一個相序識別電路，一個異常保護電路，其特征在于所述的波形整形電路把方波信號，分別送到相序識別電路、異常保護電路和同步時序電路，相序識別電路對電源的相序進行判斷后送到波形合成電路，異常保護電路的一路信號送到波形合成電路，另一路送模塊的輸出腳，同步時序電路產(chǎn)生與三相輸入信號中的一相保持同步的時序信號送A/D轉(zhuǎn)換電路、波形合成電路和異常保護電路。本實用新型是以數(shù)字電路為核心軟件為輔助的電路結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了數(shù)字電路的高精度、高抗干擾特性，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的諸多缺點，設(shè)計出一種高精度、高穩(wěn)定、含線性校正、體積小巧、外圍電路簡單的三相移相觸發(fā)模塊，本模塊的發(fā)明不但提升了觸發(fā)器的性能，而且降低了觸發(fā)器制的造難度。
文檔編號H02M1/088GK202127353SQ20112012888
公開日2012年1月25日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者王小林 申請人:王小林