单片机控制可控硅电路【单片机与可控硅直接控制方案的研究】
[摘要]单片机作为触发器和控制器在工业控制中得到越来越多的应用。主要研究单片机与可控硅直接控制方案。论述单片机与双向可控硅,单片机与单向可控硅的控制方案;同时还讨论同步反馈信号。电压型同步信号是一种最常用的同步信号,但近几年来电流型同步信号以其独特的特性使其在实际中越来越多的得到应用。给出相关的硬件电路原理图,另外还给出两段控制源程序段(该程序段适用于PIC系列的单片机)。
[关键词]接口电流型同步信号PIC单片机
中图分类号:TN3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110021-01
电力电子(Power Electronics Technology)是电工技术的分支之一。其主要内容是应用电力电子器件和以计算机为代表的控制技术,对电能特别是大的电功率进行处理和交换。电力电子技术的应用已深入到工业生产和社会生活的各方面,成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术,可以有效地节约能源。尤其是对单片机与三相异步电动机的接口和控制,合理地设计具有较大的意义。
以往电力电子变流装置采用PID模拟控制,其主要缺点是温漂大,调整不方便。现在已引入了16位或32位的微型计算机(数字控制器),这使得控制性能和精度大大提高。在本文中,我重点讨论的是“单片机加光耦”来控制可控硅这种数字控制器。
一、触发方式
(一)单片机与双向可控硅的配合控制的触发方案
图1-1和图1-2是该种方案的原理图。
该触发方式两图实际是由RC构成的微分(惯性)电路和积分电路。见图1-3所示。
由可控硅工作条件:a.阳阴极间加正电压;b.门极与阴极间加正电压。可得以下两条结论。
1.RC构成微分电路时能达到控制要求,反之若构成积分电路时则不能达到控制目的;2.双向可控硅四象限触发时,在第一、三象限能可靠工作,而在第二、四象限触发不可靠。
(二)单片机与单向可控硅直接控制方案
图1-4是该控制方案的原理图。
根据实验取R1=R3=470Ω,R2=220Ω,而R4可由计算求得,发光二极管的管压降为2V,驱动电流取为5mA,而单片机端口电源为5V,所以R4=(5
-2)/5=600Ω,取为680Ω。两个二极管是为了保证在低电压时能够可靠地打开可控硅(此时φ角与γ角都很小)下面分析一下工作原理:当A端电压高于M1端时,1号可控硅准备导通,此时若单片机有一下降沿信号则光耦导通,1号可控硅导通。反之若M1端电压高于A端时,2号可控硅在下降沿信号到来时导通,该下降沿信号在电流过零计时γ角时间长度后给出。从以上分析可知该电路可用于需要交流逆变的场合,程序无需判断何时触发哪一个可控硅,实际触发取决于实际工作需要,即可控硅两端电压的高低由电机实际工作情况决定,而PIC单片机在同一时刻只给出一个脉冲信号,在该信号下,1号可控硅或2号可控硅按电机实际工作要求导通,无需控制。这一特点很有意义。
二、同步方式
图1-5与图1-6是电压型和电流型同步方式的原理图。
电压型同步信号是最常用的一种。该种方式是由380V电网通过以10M的电阻直接连到单片机上。流入单片机的电流:380V/10M=0.0038mA,PIC单片机B口有两个泄放二极管,故对瞬间高压冲击电流具有引导作用。近几年来电流型同步方式也在逐渐被使用。该种方式是以电流过零点为触发脉冲的零点。如图1-6所示。可控硅两端电压为高电平时,单片机B口为低电平;而当触发后及电流过零时,B口为高电平。由图1-7和图1-8可知采用定电流断续角开环控制在负荷变化时电流型同步方式能够自动调节ΔU的大小,即当重载时ΔU减少;而当轻载时ΔU增加以实现节能的目的(在负荷变化期间γ角始终保持不变)。而电压型同步方式就需要编程序来调节α角来改变ΔU的大小。
三、接口编程
最后给出B口定义和判断下降沿的程序段,仅供参考。
BSF03H,5 ;翻到第1页
MOVLW0FH;00001111
TRIS 06H;B0-B3 IN,B4-B7 OUT
MOVLW02H
MOVWF08H;A0,A1A/D;A2,A3I/O
BCF03H,5;翻回到第0页
BTFSS6,3;A相反馈是否为低电平?
GOTO AT0 ;是低电平,转而判断是否为下降沿?
BSF0FH,0 ;不是低电平,置反馈标志位
MOVLW0FFH
MOVWF21H
四、总结
本文讨论了单片机与可控硅直接控制的同步信号获取、单双向可控硅的触发方式以及接口编程。该种直接控制方式结构简单、性能可靠,具有广泛的应用意义。
参考文献:
[1]黄俊、王兆安,电力电子变流技术,机械工业出版社,1997年10月第三版.
[2]陈伯时,电力拖动自动控制系统,机械工业出版社,2005年9月第二版.
[3]李荣正、刘启中、陈学军,PIC单片机原理及应用,北京航空航天大学出版社,2006年10月第三版.
[4]The Study of the Energy-saving Controller of the Oil Extraction Pump of Automatic Control,LCA"98 International Federation (IFAC)1998.9:TS10-6,DingBao.
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