單片機芯片的三相半控整流電路設計

整流電路廣泛應用在直流電機調速，直流穩壓電壓等場(chǎng)合。而三相半控整流橋電路結構是一種常見(jiàn)的整流電路，其容易控制，成本較低。本文中介紹了一種基于 PIC690單片機與專(zhuān)用集成觸發(fā)芯片TC787的三相半控整流電路，它結合專(zhuān)用集成觸發(fā)芯片和數字觸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn) ,獲得了高性能和高度對稱(chēng)的觸發(fā)脈沖。它充分利用單片機內部資源 ,集相序自適應、系統參數在線(xiàn)調節和各種保護功能于一體,可用于對負載的恒電壓控制。主電路采用了三相半控橋結構，直流側采用LC濾波結構來(lái)提高輸出的電壓質(zhì)量。 　　
系統總體設計
　　本系統通過(guò)PIC690單片機作為主控制芯片，用晶閘管作為主要開(kāi)關(guān)器件。設計的目標是保持輸出的直流電壓穩定，輸出電壓紋波小，交流輸出測電流THD較低，性能可靠。
　　系統主要電路包括：三相橋式半控整流電路、同步信號取樣電路、單片機控制電路、晶閘管觸發(fā)電路。首先，由同步信號取樣電路得到同步信號并送集成觸發(fā)芯片TC787，經(jīng)過(guò)零檢測，再進(jìn)行相應的延時(shí)以實(shí)現移相。單片機中的ADC負責采集直流母線(xiàn)電壓，根據電壓的設定值與實(shí)際值的偏差經(jīng)過(guò)PI運算來(lái)調節給定輸出。PIC單片機將電壓的參考值輸出到TC787，由TC787實(shí)現對晶閘管的移相觸發(fā)，以實(shí)現整流調壓。硬件電路的整體框圖如圖1所示。

　圖1 系統硬件整體框圖
　　
主電路設計
　　主電路采用三相橋式半控整流電路，直流測采用LC濾波電流結構，主電流原理圖如圖2所示。半控橋選擇SEMIKRON公司的SKDH146/120-L100模塊，該模塊額定電流140A，額定電壓1200V。直流側采用LC濾波電路結構，比單獨電容濾波效果好。此外，還可以提高交流輸入側的電流THD。直流側主要的諧波含量為工頻的6倍及6的整數倍，設計LC低通濾波時(shí)要避免含量較高的諧波引起的諧振。在本設計中選取電感5mH，濾波電容480μF。

圖2 主電路結構
　　從電網(wǎng)獲得的三相電壓經(jīng)同步電路整形后，送給集成觸發(fā)芯片TC787引腳18AT、引腳2 BT和引腳1CT。TC787內部集成有3個(gè)過(guò)零和極性檢測單元、3個(gè)鋸齒波形成單元、3個(gè)比較器、1個(gè)脈沖發(fā)生器、1個(gè)抗干擾鎖定電路和1個(gè)脈沖分配及驅動(dòng)電路數字給定移相控制電壓，能進(jìn)行相序自動(dòng)識別。
控制電路設計
　　采用PIC16F690作為控制芯片。PIC16F690單片機內部自帶10位AD；寬工作電壓（2.0～5.5V）；低功耗；帶有PWM輸出功能；內部自帶晶振。用芯片內部自帶10位AD，對采集到的直流側電壓進(jìn)行AD轉換。為了降低硬件成本，直接采分壓電阻代替電壓傳感器來(lái)采集直流側電壓，分壓電阻上的電壓經(jīng)過(guò)兩個(gè)反向比例電路到單片機。單片機的模擬地和信號地直接相連（也可以通過(guò)磁珠相連，以減小干擾）。PIC16F690單片機通過(guò)一個(gè)IO口使能或禁止芯片TC787的輸出，如圖3所示。當PIC單片機的I/O口RC3輸出高電平（+5V）時(shí)，Lock口為低電平；當單片機I/O口RC3輸出低電平時(shí)，Lock為高電平（+15V）。選用一個(gè)IO口作為T(mén)C787參考電壓的給定信號，采用PWM脈沖方式，調節占空比來(lái)調節輸出電壓， PWM波經(jīng)過(guò)一個(gè)RC低通濾波器后為一個(gè)近似直流信號，用這個(gè)信號作為參考電壓給定Uref，其范圍為0～5V。由于芯片TC787所需的給定輸入范圍為0-15V，所以PWM波要經(jīng)過(guò)一個(gè)光耦進(jìn)行電平轉換，如圖3所示。

圖3 控制電路硬件結構
　　電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)同步變壓器輸入到TC787，TC787的6腳輸出高時(shí)雙脈沖或低時(shí)單寬脈沖。12、11、10引腳分別為A、B、C的觸發(fā)輸出端，經(jīng)過(guò)脈沖變壓器輸出到晶閘管。