引言

MCLII电力电子技术及电工技术实验台是我校电工电子实验示范中心和浙江求实科教有限公司联合研制的实验装置。该实验装置设备采用分离元件锯齿波模拟触发电路，调试时6路触发环节相互影响，要想调试到比较理想的效果比较困难。学生在实验使用过程中，普遍认为实验设备调节精度不高，测量操作不方便，每次测量相位数据都要从示波器的显示波形中去估读，不够人性化，而且产生的人为误差较大。另外，传统的晶闸管整流或逆变装置需要三个同步变压器和过零检测电路来得到触发脉冲的同步信号，不仅增加了系统的成本，而且给实验装置的安装调试带来不便。随着新型电力电子器件的发展，数字式脉冲触发技术逐步开始取代传统的模拟式触发技术。

本文详细介绍了一种基于dsPIC30F6014单片机的晶闸管触发电路装置，该装置能够根据键盘输入的触发角及同步信号，通过软件延时产生相位合适的双脉冲触发信号，经功率放大驱动三相桥式整流电路的晶闸管，通过数码管显示实时触发角度，方便学生实验中准确读取触发角。测试实验证明，该晶闸管触发电路实验装置简单可靠、产生的脉冲对称性好、抗干扰能力强。

1 dsPIC30F6014单片机介绍

dsPIC30F6014单片机是由Microchip公司推出的一款将单片机与DSP技术相结合的高性能16位数字信号控制器。该单片机不仅具有功能强大的外围设备和快速中断处理能力，而且融合了可进行高速计算的数字信号处理器。dsPIC30F6014是一种16位数据改进型哈佛结构RISC芯片，内含有12位A/D转换器、内部EEPROM存储器、比较输出、捕捉输入(CAP)、I2C总线和SPI接口、CAN总线接口、异步串行通信（USART）接口、Flash程序存储读/写等强大的控制功能内核，具有强大的数字信号处理能力和良好的应用前景。

2 晶闸管触发电路设计

2.1 触发电路实验装置系统结构

触发电路实验装置系统结构如图1所示。主电路由电网提供的三相交流电源经变压器变压后给三相桥式整流电路供电，整流输出直流电源给负载供电。控制电路为主电路提供6路脉冲输出信号，同时三相交流电源经过同步信号获取电路后使其过零点对准6个自然换相点，输出频率为50 Hz的方波同步信号送至dsPIC30F6014单片机。单片机检测过零点，进行软件同步认相，识别A、B、C三相，根据α角定时，控制系统输出所需要的6路脉冲信号，经过放大后送给三相电路的6个晶闸管的门极，从而控制三相桥式整流电路输出所需要的直流电给负载供电。

图1 触发电路实验装置系统结构

2.2 主电路原理图

主电路如图2所示，三相交流电源经变压器变压输出，为由VT1～VT6构成的三相桥式整流电路提供直流电压。VT1～VT6的门极由控制回路根据电路所需要的α角来控制门极驱动电路输出，从而改变输出直流电压的大小。

图2 主电路原理图

2.3 同步信号获取电路

在三相全控整流电路中，同步信号获取非常重要，由于触发脉冲的自然换向点与三相电源的线电压的过零点同步，这样才能使各晶闸管在指定的时间按时依次顺序触发导通。从三相电源引入同步信号传统的方法是从电源侧通过三个同步变压器得到各相的同步信号，

图3 同步信号获取电路

但是这样增加了装置的成本且安装比较麻烦。基于此可以采用如图3所示的电路，基本方法是将三相线电压信号经过限流电阻，再经过光耦进行电压隔离，该电路硬件简单，节约成本。基本原理是：在交流电压的正半周，发光二极管导通，光耦输出高电平，在负半周输出低电平。经光耦合输出波形的下降沿就是同步信号的正过零点时刻，仿真波形如图4所示。

图4 同步信号获取与原始信号仿真波形图

2.4 触发脉冲驱动电路

为保证晶闸管正常工作，触发信号应有足够的电压幅值（4～10 V）和功率（0.5～2 W）。因此，6路脉冲控制信号在送入晶闸管控制级之前，必须对其放大，因为单片机输出的脉冲信号强度不够驱动晶闸管、触发脉冲驱动电路如图5所示。其由光电耦合集成运放驱动电路组成，单片机出来的控制信号经过光电耦合,再由集成运放放大，达到晶闸管所需的触发脉冲。

图5 触发脉冲驱动电路

3 软件流程设计

系统软件由主程序和中断子程序组成。主程序包括系统初始化、同步信号判定、显示程序等。主程序流程图如图6所示。当dsPIC30F6014单片机引脚Captrue1～3读到同步信号的上升沿后，利用初始值和键盘读数计算从正过零点到触发脉冲的延时并产生触发脉冲。

图6 主程序流程图

4 实验及结果分析

根据上述方法,本文设计的利用单片机dsPIC30F6014实现了三相桥式可控整流电路的双窄脉冲触发控制系统。通过实验验证,当MCLII电力电子技术及电工技术实验台上偏移电压在0～15 V范围内变化时,CPU均能完成触发脉冲的计算任务且保证显示的触发角准确可靠。图 7是利用数字示波器实测的实验波形和液晶显示的触发角度的对比图。分别测试了触发角分别为150°、90°、60°、30°时液晶显示触发角度和对应的示波器显示的波形图。

图7 触发角度的对比图

其主要技术参数：

① 主电路进线额定电压：220 V（50 Hz）。

② 整流触发脉冲移相范围：α=0～150°。

③ 整流触发脉冲不对称度：小于1°。

④ 整流触发脉冲信号宽度：≥600 μs、双窄、间隔60°。

结语

dsPIC30F6014芯片运算速度快，控制精度高，本方案利用dsPIC30F6014单片机实现对晶闸管触发角的控制。创新点在于利用dsPIC30F6014捕获单元捕捉三路同步正弦电压的正过零点，通过软件延时，克服众多模拟电路造成的误差影响，保证触发角的准确度。实验表明，该触发实验装置电路简单，所用硬件资源少，CPU工作在稳定的CAP模式，克服了老式实验设备触发系统的不稳定、可视性不强等缺点，是一种实用的可控硅触发电路的实现方法。