【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 空比。PB7和PC7作為主電路開關(guān)的控制命令輸出腳，在上電自檢無故障后，使該位變1，讓控制繼電器動(dòng)作，控制住電路開關(guān)閉合通電。RXD(PD0)引腳和TXD(PD1)引腳作為串行通信用。圖23 軟起動(dòng)器單片機(jī)控制系統(tǒng)的CPU電路部分 Soft starter control system for singlechip CPU circuit part 通信部分芯片的選擇通信部分電路采用MAX232芯片。MAX232是一種雙組驅(qū)動(dòng)器/接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時(shí)提供EIA/TIA232E電平。每個(gè)接收器將EIA/TIA232E電平輸入轉(zhuǎn)換為5V TTL/CMOS電平。，而且可以接收177。30V的輸入。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器將TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換為EIA/TIA232E電平。所有驅(qū)動(dòng)器、接收器及電壓發(fā)生器都可以在德州儀器公司的LinASICTM元件庫(kù)中得到標(biāo)準(zhǔn)單元。MAX232的工作溫度范圍為0～70℃，MAX232的工作溫度范圍為40～85℃。MAX232的特點(diǎn)包括：1）5V電源工作。2）兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器。3）177。30V輸入電平。4）低電源電流：典型值是8mA。5）符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn)EIA/。6）可與Maxim公司的MAX232互換。7）ESD保護(hù)大于MILSTD883標(biāo)準(zhǔn)的2000Va)封裝引腳圖b)典型電路圖24 MAX232的封裝引腳和典型工作電路圖 Package pin and typical circuit of MAX232TC787是采用獨(dú)有的先進(jìn)IC工藝技術(shù)，并參照國(guó)外最新集成移相觸發(fā)集成電路而設(shè)計(jì)的單片集成電路。它可單電源工作，也可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發(fā)和三相功率晶體管脈寬調(diào)制電路，以構(gòu)成多種交流調(diào)速和變流裝置。它們是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上廣泛流行的TCA785及KJ(或KC)系列移相觸發(fā)集成電路的換代產(chǎn)品，與TCA785及KJ(或KC)系列集成電路相比，具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等優(yōu)點(diǎn)，而且裝調(diào)簡(jiǎn)便、使用可靠，只需一個(gè)這樣的集成電路，就可完成3只TCA785與1只KJ041只KJ042或5只KJ(3只KJ001只KJ041只KJ042)(或KC)系列器件組合才能具有的三相移相功能。因此，TC787可廣泛應(yīng)用于三相半控、三相全控、三相過零等電力電子、機(jī)電一體化產(chǎn)品的移相觸發(fā)系統(tǒng)，從而取代TCA78KJ00KJ00KJ04KJ042等同類電路，為提高整機(jī)壽命、縮小體積、降低成本提供了一種新的、更加有效的途徑。引腳如圖25所示。電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)需要隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而不斷地調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角,從而調(diào)整加在電機(jī)定子上的電壓(由低到高) . 而晶閘管的觸發(fā)角需要脈沖觸發(fā)器 TC787所發(fā)出的脈沖來控制. 通過AVR單片機(jī)控制TC787的移相輸入電壓,即可控制TC787發(fā)出所需要的脈沖. 晶閘管的觸發(fā)角從150176。每隔一定時(shí)間遞減1176。到電機(jī)啟動(dòng)結(jié)束。如果有故障現(xiàn)象，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，從PB7發(fā)出信號(hào)到TC787的輸出脈沖禁止端，禁止輸出脈沖，直到故障接觸。圖25 TC787引腳圖 Pin of TC787各引腳的名稱、功能及用法如下：1）同步電壓輸入端：引腳1()、引腳2()及引腳18()為三相同步輸入電壓連接端。應(yīng)用中，分別接經(jīng)輸入濾波后的同步電壓，同步電壓的峰值應(yīng)不超過TC787/TC788的工作電源電壓VDD。2）脈沖輸出端：在半控單脈沖工作模式下，引腳8(C)、引腳10(B)、引腳12(A)分別為與三相同步電壓正半周對(duì)應(yīng)的同相觸發(fā)脈沖輸出端，而引腳7(B)、引腳9(A)、引腳11(C)分別為與三相同步電壓負(fù)半周對(duì)應(yīng)的反相觸發(fā)脈沖輸出端。當(dāng)TC787或TC788被設(shè)置為全控雙窄脈沖工作方式時(shí)，引腳8為與三相同步電壓中C相正半周及B相負(fù)半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳12為與三相同步電壓中A相正半周及C相負(fù)半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳11為與三相同步電壓中C相負(fù)半周及B相正半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳9為與三相同步電壓中A相同步電壓負(fù)半周及C相電壓正半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳7為與三相同步電壓中B相電壓負(fù)半周及A相電壓正半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳10為與三相同步電壓中B相正半周及A相負(fù)半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端。應(yīng)用中，均接脈沖功率放大環(huán)節(jié)的輸入或脈沖變壓器所驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的控制極。3）控制端a）引腳4()：移相控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低，直接決定著TC787/TC788輸出脈沖的移相范圍，應(yīng)用中接給定環(huán)節(jié)輸出，其電壓幅值最大為TC787/TC788的工作電源電壓VDD。(b）引腳5()：輸出脈沖禁止端。該端用來進(jìn)行故障狀態(tài)下封鎖TC787/TC788的輸出，高電平有效，應(yīng)用中，接保護(hù)電路的輸出。(c）引腳6()：TC787/TC788工作方式設(shè)置端。當(dāng)該端接高電平時(shí)，TC787/TC788輸出雙脈沖列；而當(dāng)該端接低電平時(shí)，輸出單脈沖列。(d）引腳13()：該端連接的電容的容量決定著TC787或TC788輸出脈沖的寬度，電容的容量越大，則脈沖寬度越寬。(e）引腳14()、引腳15()、引腳16()：對(duì)應(yīng)三相同步電壓的鋸齒波電容連接端。該端連接的電容值大小決定了移相鋸齒波的斜率和幅值，應(yīng)用中分別通過一個(gè)相同容量的電容接地。4）電源端。TC787/TC788可單電源工作，亦可雙電源工作。單電源工作時(shí)引腳3(VSS)地，而引腳17(VDD)允許施加的電壓為8～18V。雙電源工作時(shí)，引腳3(VSS)接負(fù)電源，其允許施加的電壓幅值為4～9V，引腳17(VDD)接正電源，允許施加的電壓為+4～+9V。 主要電參數(shù)和限制：工作電源電壓VDD：8～18V或177。5V～177。9V；輸入同步電壓有效值：≤(1/2√2)VDD；輸入控制信號(hào)電壓范圍：0～VDD；輸出脈沖電流最大值：20mA；鋸齒波電容取值范圍：～；脈寬電容取值范圍：3300pF～；移相范圍：0～177176。；工作溫度范圍：0～+55℃。 輸入電路 電源電壓測(cè)量圖中，二極管～構(gòu)成了橋式整流器，把由UA、UB、UC三個(gè)端子引入的三相交流電壓轉(zhuǎn)變成直流電源，此直流電壓經(jīng)電阻、分壓后輸入比例調(diào)節(jié)器；比例調(diào)節(jié)器由電阻～和運(yùn)放LM324(U5A)組成。電源電壓測(cè)量電路如圖26所示。圖26 電源測(cè)量 Power measurement在這部分電路中，LM324為運(yùn)放集成電路，一個(gè)芯片里集成了4個(gè)運(yùn)算放大器，分別用后綴A、B、C、D表示，LM324的引腳和內(nèi)部接線以及典型原理圖如圖27所示。圖27 LM324的管腳連接圖和典型原理圖 Typical pin connection diagram and schematic diagram of LM324經(jīng)比例調(diào)節(jié)后的信號(hào)再由兩個(gè)無緣濾波器、和、（均見附錄圖）濾波得到穩(wěn)定的直流電壓信號(hào)。運(yùn)放LM324(U5D)連接成電壓跟隨器，是跟隨器輸出信號(hào)盡量免收輸入信號(hào)的干擾，并降低輸出阻抗。電壓跟隨器輸出的直流電壓信號(hào)與三相電源電壓大小成正比，經(jīng)電阻輸出到窗口比較電路。正常情況下窗口比較電路輸出 15V 電壓，以示正常，否測(cè)輸出 +15V 電壓，表明有過電壓或欠電壓異常。該電路主要由可調(diào)電阻、運(yùn)放LM324（包括U5B、U5C、U5D） 組成?？烧{(diào)電阻和用于獲取設(shè)定的上限和下限電壓值，由AC／DC電路得到的直流電壓信號(hào)與該上限制和下限值比較后可實(shí)現(xiàn)過電壓和欠電壓保護(hù)。過電壓保護(hù)信號(hào)經(jīng)二極管、發(fā)光二極管輸出，而欠電壓保護(hù)信號(hào)則經(jīng)二極管、發(fā)光二極管輸出，具體電路如圖28所示。圖28 窗口比較電路 Comparison of the circuit window電流測(cè)量通道共三個(gè)，分別測(cè)量、各由端子 和，和，和引入。其中通道的電路如圖26所示。電流經(jīng)電流互感器轉(zhuǎn)化為相應(yīng)比例的電壓信號(hào)，電阻和則為電流互感器的輸出電阻，用于穩(wěn)定經(jīng)轉(zhuǎn)變的電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)經(jīng)電阻和分壓后，由比例調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。比例調(diào)節(jié)器由電阻、和運(yùn)放LM324（）組成。經(jīng)兩個(gè)無緣低通濾波器濾波后得穩(wěn)定的直流平均電壓信號(hào)，這兩個(gè)無緣低通濾波器分別由、和、組成。濾波后的直流電壓信號(hào)與電動(dòng)機(jī)繞組電流成正比，經(jīng)電壓跟隨器 LM324（U1B） 后輸入到另一個(gè)比例調(diào)節(jié)器，該比例調(diào)節(jié)器由電阻～和運(yùn)放LM324 (U3A) 組成，而比例調(diào)節(jié)器的輸入則分別為和經(jīng)同樣轉(zhuǎn)換得到的電壓信號(hào)，以進(jìn)行該兩組信號(hào)的比較，比較結(jié)果輸出到該測(cè)量通道的最后一塊：一個(gè)窗口比較器。該窗口比較器由電阻～，可調(diào)電阻POT2和運(yùn)放LM324（U3C、U3D）組成，其中電阻～和可調(diào)電阻POT2是、三個(gè)電流測(cè)量通道的窗口比較器共用的。若電流超出設(shè)定的限定范圍則經(jīng)窗口比較器輸出三相不平衡信號(hào)：正常情況下窗口比較電路輸出 15V 電壓，以示正常，否測(cè)輸出 +15V 電壓。由于三個(gè)通道電路設(shè)計(jì)一樣，、通道電路可由附錄圖和圖29容易得到。此外，三相電流通道后部經(jīng)電阻～后連接在一起，得到與三相電流平均值成正比的直流電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)放LM324 (U2B) 構(gòu)成的電壓跟隨器輸入到單片機(jī)的PA0端口，以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。圖29 電流測(cè)量通道（通道） Current measurement channel（Channel）鍵盤電路由鍵盤～，發(fā)光二極管～和電阻～組成。鍵盤信號(hào)連接到單片機(jī)的PA3～PA7端口，以判斷哪個(gè)鍵盤按下；而發(fā)光二極管～和電阻～則用于指示哪個(gè)鍵盤按下了，如鍵盤按下，則發(fā)光二極管發(fā)亮。具體電路如圖211所示。該部分電路由電容～、集成芯片 U8(MAX232) 和RS232接口端子CON組成。集成芯片U8用于將單片機(jī)的串口信號(hào)與PC的串口信號(hào)連接起來，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。接口端子CON則是通用的9針RS232物理接口。具體電路如圖210所示。圖210 通信部分電路 Communication part of the circuit 輸出電路 顯示部分電路包括LED數(shù)碼管（共4個(gè)8段LED數(shù)碼管），以及其內(nèi)的發(fā)光二極管組成，這其中發(fā)光二極管按LED引腳形式連接而成。這部分作為起動(dòng)參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行監(jiān)控及故障等顯示，并按動(dòng)態(tài)方式定時(shí)刷新各個(gè)顯示位。圖211 鍵盤和顯示電路 Keyboard and display circuit 這部分主要用于驅(qū)動(dòng)輸出，使繼電器吸合或釋放來達(dá)到控制目的。電路由電阻、晶體管VV2，二極管～，發(fā)光二極管、繼電器、開關(guān)SS2等組成。其中發(fā)光二極管用作動(dòng)作指示，當(dāng)單片機(jī)發(fā)出高電平的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，晶體管V1或V2導(dǎo)通，從而驅(qū)動(dòng)繼電器或吸合動(dòng)作，利用其觸點(diǎn)控制主電路合閘，同時(shí)發(fā)光二極管或也會(huì)隨之亮；當(dāng)單片機(jī)發(fā)出低電平的閉鎖信號(hào)，或則會(huì)隨之滅，或繼電器釋放，利用其觸點(diǎn)信號(hào)控制主電路接觸器分閘。具體電路如圖212所示。圖212 驅(qū)動(dòng)電路 Drive circuit 這部分電路包括，～，發(fā)光二極管～見附錄圖。分別用于指示 +24V,、+15V、+5V、15V電源是否正常，當(dāng)燈亮表示電源工作正常，燈滅為故障。圖213電源指示 Power direction3 軟件設(shè)計(jì) 軟起動(dòng)器控制軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)必須完成電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器應(yīng)具有的參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)顯示、起?？刂?、故障檢測(cè)和保護(hù)等任務(wù)。根據(jù)上述要求，控制系統(tǒng)軟件由主程序和4個(gè)中斷服務(wù)程序組成。圖31 主程序流程框圖 Flow chart of main control procedures主程序完成系統(tǒng)自檢、變量的初始化、鍵盤掃描、參數(shù)修改等任務(wù)。程序運(yùn)行經(jīng)過自建無故障后，將EEPROM中的所有數(shù)據(jù)都讀入SRAM中暫存，用戶可以通過鍵盤修改運(yùn)行參數(shù)，若需要將修改后的數(shù)據(jù)作為默認(rèn)值保存，則可以將數(shù)據(jù)重新寫入EEPROM中，如果不修改運(yùn)行參數(shù)，程序?qū)凑誆EPROM提供的默認(rèn)數(shù)據(jù)工作。 a)定時(shí)顯示中斷服務(wù)程序流程圖 b)外中斷服務(wù)程序流程圖 c)A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序流程圖 d)定時(shí)觸發(fā)脈沖角計(jì)算和控制命令 圖32 各中斷控制程序流程框圖 Flow chart of the interruption of control procedures 具體功能如下：a）T0中斷服務(wù)程序完成動(dòng)態(tài)顯示任務(wù)。讓T0工作在定時(shí)器方式，在中斷程序中，完成一個(gè)顯示位的動(dòng)態(tài)刷新。12ms將完成6個(gè)位的循環(huán)顯示。b）INTO中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)外部故障處理任務(wù)，當(dāng)外部故障發(fā)生時(shí)，由信號(hào)處理電路送來的故障信號(hào)產(chǎn)生負(fù)跳變，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，CPU響應(yīng)中斷并執(zhí)行INTO中斷服務(wù)程序，封鎖晶閘管觸發(fā)脈沖，并根據(jù)故障的類別輸出相應(yīng)的故障報(bào)警代碼。c）A/D中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)電動(dòng)機(jī)電流信號(hào)的采樣，并于系統(tǒng)設(shè)定的限流、過載、過電流等閾值比較，判斷是否出現(xiàn)限流、過載、或過電流等現(xiàn)象，給出相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的起停控制d）T2中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)的起?？刂?、過載保護(hù)、故障閉鎖的復(fù)位等任務(wù)。T2每10ms發(fā)生一次中斷，在中斷服務(wù)程序完成晶閘管觸發(fā)脈沖角的計(jì)算與控制命令輸出。圖33 觸發(fā)脈沖主程序流程圖 Flow chart of trigger pulse of the main program