TCA785移相控制芯片應(yīng)用方法的改進(jìn)文檔

1、TCA785移相控制芯片應(yīng)用方法的改進(jìn)時(shí)間：2011-07-25 01:01:17 來源： 作者：摘要：TCA785是德國西門子公司生產(chǎn)的一種性能優(yōu)秀的移相控制芯片，該器件具有溫度適應(yīng)范圍寬，對過零點(diǎn)的識別更加可靠，輸出脈沖的整齊度更好，移相范圍更寬等優(yōu)點(diǎn)，此外，由于TCA785的輸出脈沖寬度可以手動自由調(diào)節(jié)，因此，該器件可廣泛應(yīng)用在晶閘管控制系統(tǒng)中。文章根據(jù)TCA785芯片的使用特點(diǎn)以及在逆變器實(shí)際運(yùn)用中可能出現(xiàn)的一些問題，提出了一種改進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。引言目前大功率逆變電源的直流部分一般利用三相橋式整流方式來實(shí)現(xiàn)，可以采用全控或者不控方式。全控橋式整流主要通過改變晶閘管觸發(fā)相位的方法來調(diào)節(jié)直流

2、母線電壓的高低，此時(shí)需要檢測三相交流電壓的相位以實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā)，這通常必須使用專用的移相控制芯片實(shí)現(xiàn)。筆者在研制一臺三相工頻輸入、輸出為的艦用中頻電源的可控整流部分時(shí)，采用芯片成功地實(shí)現(xiàn)了三相整流橋的移相控制。移相控制芯片簡介是德國西門子（）公司開發(fā)的第三代晶閘管單片移相觸發(fā)集成電路，與其它芯片相比，具有溫度適用范圍寬，對過零點(diǎn)的識別更加可靠，輸出脈沖的整齊度更好，移相范圍更寬等優(yōu)點(diǎn)。另外，由于它輸出脈沖的寬度可手動自由調(diào)節(jié)，所以適用范圍更為廣泛。的基本引腳波形如圖所示。其中腳為外接同步信號端，用于檢測交流電壓過零點(diǎn)。腳為片內(nèi)產(chǎn)生的同步鋸齒波，其斜坡最大及最小值由、兩腳的外接電阻與電容決定。通過

3、與腳的控制電壓相比較，在和腳可輸出同步的脈沖信號，因此，改變腳的控制電壓，就可以實(shí)現(xiàn)移相控制，脈沖的寬度則由腳外接電容值決定1，當(dāng)選擇雙窄脈沖的驅(qū)動方式時(shí)，腳應(yīng)接電容。實(shí)際上，有幾十個(gè)微秒的脈沖寬度即可使晶閘管正常導(dǎo)通。 使用實(shí)現(xiàn)相控整流實(shí)現(xiàn)三相橋式相控整流的一般方法是利用三相同步變壓器從電源進(jìn)線端引入三路同步信號，這樣，將同步信號整形后分別輸?shù)饺ň幪枮?、）的腳，就能控制只晶閘管，然后通過引腳復(fù)用即可實(shí)現(xiàn)雙窄脈沖方式驅(qū)動。雙窄脈沖方式由于驅(qū)動脈寬窄，因而可以有效地減小驅(qū)動用脈沖變壓器的體積，防止磁芯飽和。該方法的主電路及同步變壓器如圖所示，三片芯片的引腳與所控制的晶閘管的對應(yīng)關(guān)系如表所列。

4、晶閘管通過一個(gè)型同步變壓器為提供同步信號，當(dāng)進(jìn)線相序（如圖所示）為正序、時(shí)，同步變壓器的三個(gè)輸出端所對應(yīng)的中性點(diǎn)的實(shí)際電壓向量為、，將接至（），接至（），接至（），即可實(shí)現(xiàn)正序輸入時(shí)晶閘管的同步驅(qū)動?，F(xiàn)以換流為例進(jìn)行分析：至管自然換流點(diǎn)滯后于相由負(fù)到正過零點(diǎn)°，即（）的腳輸出至少應(yīng)該滯后于該過零點(diǎn)°，而電壓由負(fù)到正過零點(diǎn)正好滯后于相°，因而用作為（）的同步信號就可以實(shí)現(xiàn)最大范圍的移相控制。表1 三片TAC785引腳及其對應(yīng)的晶閘管TCA785引腳晶閘管晶閘管785（A）15腳T1T6785（C）14腳T2T1785（B）15腳T3T2785（A）14腳T4T378

5、5（C）15腳T5T4785（B）14腳T6T5其它晶閘管的分析與此類似，即用相應(yīng)的線電壓代替相電壓作為同步信號。圖所示是一個(gè)周期的驅(qū)動時(shí)序。從相的自然換流點(diǎn)開始，上、下橋臂晶閘管驅(qū)動順序分別為：和。使用中出現(xiàn)的問題 電源進(jìn)線電壓的相序問題及解決方法實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果直接利用同步變壓器的輸出作為同步信號，只能在一種輸入相序（正序或者逆序）下工作，一旦輸入相序接法改變，整流就不能正常進(jìn)行。當(dāng)輸入相序?yàn)檎驎r(shí)，根據(jù)前述接線方法，可以使相控整流正常工作，但是當(dāng)輸入相序變?yōu)槟嫘?、時(shí)，（）的同步信號變?yōu)椋ǎ┑耐叫盘枌⒆優(yōu)?，（）的同步信號變?yōu)?，而芯片的輸出與晶閘管的對應(yīng)關(guān)系不變，于是，此時(shí)上、下橋臂晶閘管

6、的驅(qū)動順序?qū)⒎謩e變?yōu)椋汉?，而正確的驅(qū)動順序應(yīng)當(dāng)為：和。可見，實(shí)際的驅(qū)動順序比正確的驅(qū)動順序超前°，此時(shí)運(yùn)行就會出現(xiàn)故障。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入接成逆序時(shí)會出現(xiàn)一相進(jìn)線沒有電流的情況，且裝置啟動時(shí)直流平波電抗器有振動，這在電源輸出功率過大時(shí)會損壞晶閘管。實(shí)際上，由于三相全控橋式整流各管可以互換，因此通過改進(jìn)同步信號獲取電路即可做到整流與輸入相序無關(guān)，從而防止了相序接錯(cuò)損壞晶閘管的問題，同時(shí)還可提高調(diào)試效率。通過分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入為逆序時(shí)，接到（）上的同步信號應(yīng)該是，而接到（）上的同步信號應(yīng)該是，（）上的同步信號應(yīng)該是，這正好比實(shí)際超前了°，因此，如果將同步變壓器副方與連接改為圖所

7、示電路，并通過個(gè)常開節(jié)點(diǎn)的直流繼電器將同步變壓器與個(gè)的同步輸入端相連接，個(gè)標(biāo)為的繼電器為一組，個(gè)標(biāo)為的繼電器為一組，每組繼電器同時(shí)打開或者同時(shí)閉合。那么，實(shí)現(xiàn)任何輸入相序下整流控制電路觸發(fā)脈沖的正確順序就只需要使與組中相位滯后°的那一組導(dǎo)通來提供同步信號即可。利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和觸發(fā)器可以構(gòu)成相位鑒別與驅(qū)動電路，其電路連接方法如圖所示，圖中，接到（）上的兩個(gè)繼電器和的輸入端在經(jīng)過削波、整形后可得到同步信號 和，這可以通過運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。該檢測電路各電壓波形如圖所示?？梢钥闯觯绻糜|發(fā)器的端驅(qū)動組繼電器，而用非端驅(qū)動組繼電器，就可以使得到正確的同步信號。應(yīng)當(dāng)注意的是：設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)選擇芯

8、片的和外接電阻電容的參數(shù)，以使非引腳低電平狀態(tài)持續(xù)時(shí)間小于觸發(fā)器的輸入引腳的持續(xù)時(shí)間，同時(shí)應(yīng)小于同步信號周期的。由此可見，通過使用繼電器選擇正確的同步信號，可以實(shí)現(xiàn)整流相序的無關(guān)性。 的過零點(diǎn)振動問題及解決方法三相全控橋式整流進(jìn)線電流是一種不連續(xù)的兔耳狀尖峰電流。當(dāng)電源阻性負(fù)載較重（阻性電流大于）時(shí)，由于需要大量的有功功率，因此該尖峰電流峰值較大（如本裝置尖峰電流峰值達(dá)到）。尖峰電流在電源進(jìn)線電阻上會產(chǎn)生一定的壓降。該電流產(chǎn)生的壓降與輸入正弦波疊加后送到同步變壓器輸入端，可作為同步信號提供給芯片。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該疊加電壓在過零點(diǎn)附近存在抖動現(xiàn)象。由于對過零點(diǎn)檢測極為靈敏，從而導(dǎo)致芯片第腳鋸齒波斜邊

9、也發(fā)生抖動，這樣，由輸出反饋到腳的控制電壓即使沒有改變，輸出的驅(qū)動脈沖也會存在移相，引起的結(jié)果是進(jìn)線電流峰值變化很大，進(jìn)而在直流平波電抗器上引起強(qiáng)烈的振動，甚至對電網(wǎng)造成沖擊。解決的辦法是在進(jìn)線處加上個(gè)電感濾波，以平滑進(jìn)線電流，濾除諧波。本裝置取左右的電感，而同步信號依然從電網(wǎng)側(cè)獲取。實(shí)驗(yàn)證明：該裝置會使電流振動現(xiàn)象消失。 同步信號的整形從同步變壓器過來的信號都是正弦信號，由于是利用檢測過零點(diǎn)的原理來實(shí)現(xiàn)同步的，因此，如果正弦波的幅值過小，那么，就不能提供清晰的過零點(diǎn)，同時(shí)，電磁干擾也可能導(dǎo)致過零點(diǎn)檢測錯(cuò)誤，但是，正弦波的幅值過大又會超過芯片的同步電壓輸入范圍，所以應(yīng)當(dāng)將同步信號整形成方波，具

10、體的整形電路如圖所示。圖電路主要是通過電阻實(shí)現(xiàn)限流分壓的，并利用、反并限幅（管壓降為左右）將以正弦波變?yōu)榉讲ā１倦娫粗?，同步變壓器的變比為，副邊電壓為，副邊電壓之所以選得較高，是因?yàn)檎也ǚ翟礁?，過零點(diǎn)處的斜率越大，二極管導(dǎo)通越迅速，輸出越接近理想方波。但濾波電容不可過大，否則會引起同步信號相位的偏移。結(jié)束語本文分析了大功率中頻電源的三相全控橋式整流電路中的一些實(shí)際問題，在該中頻電源中，逆變環(huán)節(jié)采用的是電壓型二重化疊加方式，因此，在利用整流環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓時(shí)，該環(huán)節(jié)的穩(wěn)定工作極為重要。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過本文所介紹的改進(jìn)方法，其中頻電源工作正常，達(dá)到了預(yù)定指標(biāo)。 電氣信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課題名稱

11、三相橋式全控晶閘管整流電源的設(shè)計(jì)姓 名李家偉專業(yè)自動化班級1302學(xué)號15指導(dǎo)老師劉星平 趙葵銀 李祥來等課程設(shè)計(jì)時(shí)間2015年12月28日-2016年1月9日（17、18周）教研室意見意見： 同意 審核人：汪超 林國漢一、任務(wù)及要求采用晶閘管移相控制方式，設(shè)計(jì)一個(gè)三相橋式全控整流電源電路，完成主電路與控制電路的設(shè)計(jì)，并最終相關(guān)仿真或?qū)嶒?yàn)調(diào)試。具體要求如下：1、基本參數(shù)：三相交流輸入線電壓為200V，直流輸出0300V，負(fù)載為直流電動機(jī)負(fù)載（180W或300W二選一）。要求能實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的調(diào)速控制。2、設(shè)計(jì)電路的基本方案，并對方案及實(shí)現(xiàn)步驟進(jìn)行分析說明3、設(shè)計(jì)主電路，對其基本原理進(jìn)行描述；計(jì)算主電路參數(shù)；選擇主電路元器件型號。4、控制電路設(shè)計(jì)（控制、驅(qū)動、檢測、保護(hù)等）；對相關(guān)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)并描述原理；主要元器件要進(jìn)行參數(shù)計(jì)算及選型。5、完成必要的仿真或?qū)嶒?yàn)調(diào)試。按時(shí)完成設(shè)計(jì)說明書的編寫。二、進(jìn)度安排第一周：周一：集中布置課程設(shè)計(jì)相關(guān)事宜，借閱或收集相關(guān)設(shè)計(jì)資料。周二周三：設(shè)計(jì)方案確定。周四周日：主電路設(shè)計(jì)與原理分析；計(jì)算主電路參數(shù)；選擇主