【文章內(nèi)容簡介】 F398 的輸入時信號調(diào)理電路的輸出， LF398 的輸出送往單片機 A/D的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，把單片機的 I/O 口與 LF398 的控制邏輯端相連，即可通過單片機來控制 LF398 的采樣 /保持。 脈沖發(fā)生及控制器 脈沖發(fā)生及控制器主要由單片機通過電壓放大對 TCA 785進行控制組成，以下分別對各個部分進行實驗分析。 TCA785 德國西門子公司 TCA785移相觸發(fā)器屬單片移相觸發(fā)器，為雙列直插式 16 腳大規(guī)模集成電路，具有輸出脈沖整齊度好、移相范圍寬、輸出脈沖寬且可人為調(diào)節(jié)等優(yōu)點，現(xiàn)在變流技術(shù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 3個 TCA785 移相觸發(fā)器及其脈沖隔離與放大電路共同構(gòu)成相全控橋主回路至 F350 ADIN1V+4V3IN8CON5OUT2調(diào)零6CH7REF*1LF398+5V5VC2至F350 24KR24K7R3調(diào)理電路輸出 21 可控硅觸發(fā)電路，每個 TCA785 移相觸發(fā)器的 1 15 引腳產(chǎn)生相位互差 120 度、寬度大于 60度的脈沖，而 3個 TCA785 移相觸發(fā)器的 14 或 15 引腳的脈沖互差120 度。 圖 Tca785 移相觸發(fā)器工 作原理框圖 同步電壓經(jīng)電阻由引腳 5輸入，移相范圍由引腳 11的電壓決定，脈沖寬度由引腳 12的外接電容決定，調(diào)節(jié)引腳 10鋸齒波斜率即調(diào)節(jié) 6個脈沖一致性和對稱性，引腳 10鋸齒波斜率的精確調(diào)節(jié)對觸發(fā)電路性能起至關(guān)重要作用。 圖 TCA785移相觸發(fā)器外圍接線圖 (2)TCA785移相觸發(fā)器的主要參數(shù) 22 電源電壓： +8— 18V或177。 4V～ 9V 移相電壓范圍： O． 2～ (Vcc一 2)V 輸出脈沖最大寬度： 1800 最大負載電流： 400mA 輸出脈沖高、低電平： Vcc和 0． 3V 圖 TCA785 的部分引腳的輸入輸出波形圖 以下給出了實驗的一些波形，對 TCA785 工作性能直觀的體現(xiàn)， TCA785 的移相范圍可從 0 度到 180 度，對應(yīng)整流橋輸出電壓的最大最小值。脈沖寬度電容選用 微法，脈沖寬度對應(yīng) 。，而一般晶閘管的導(dǎo)通要求為 。 圖 TCA785 移相脈沖為 128 度時波形 23 圖 TCA785 移相脈沖為 180 度時波形 圖 TCA785 移相脈沖寬度和幅值波形 實驗表明： TCA785 移相脈沖寬度和幅值滿足晶閘管觸發(fā)要求 ,工作特性穩(wěn)定，移相范圍廣，達到了設(shè)計的要求。 24 同相比例運算放大電路 新華龍 C8051F350 高性能 16 位單片機自帶 2個 D/A 輸出，對應(yīng)的 I/O 口味 和 ，利用同相比例運算放大電路將單片機 D/A 輸出進行放大送到TCA785 的控制腳 11,就能對 TCA785 的脈沖輸出進行移相控制。 由于單片機 D/A 輸出電壓不夠大，為了達到控制目的，設(shè)計了同相比例運算放大電路對 D/A 輸出電 壓進行放大。 81432U1ALM358AN1KR31KR1+12GNDRf800RR21KR4V11GNDGND 圖 同相比例運算放大電路 圖中輸入電壓來自單片機的 腳，即單片機的 DA 輸出，接入同相輸入端，但是為保證引入的是負反饋，輸出電壓通過電阻 R7 仍接到反相輸入端，同時，反相輸入端通過電阻 R 接地。為了使集成運放反相輸入端和同相輸入端對地電阻一致， R 的電阻仍應(yīng)為 R與 R并聯(lián)的阻值。同相比例運算放大電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負反饋，利用理想運放工作在現(xiàn)線性區(qū)時的兩個特點“虛短”、“虛斷”來分析其電壓放大倍數(shù)。 根據(jù)： 0?? ?? ii ，故 uRR Ruf 011??? （ 314） 而且 uuu i?? ?? （ 315） 25 由以上二式得 uuRR Rif ?? 01 1 （ 316） 則同相比例運算放大電路的電壓放大倍數(shù)為 RRuuA fiuf 10 1 ??? （ 317） 在本設(shè)計中 R1 取 1K， Rf 取 ，所以放大倍數(shù)為 倍，經(jīng)試驗證明滿足設(shè)計要求。 三相橋可控整流電路分析 隨著大功率電力電子器件的發(fā)展，以晶 閘管等電力電子器件構(gòu)成的勵磁系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，下圖是晶閘管元件構(gòu)成的三相全控整流橋，是勵磁系統(tǒng)的主電路部分（功率單元）。 V T 1V T 4V T 3V T 6V T 5V T 2U aU bU c 圖 三相整流橋 晶閘管元件以一定次序?qū)ǎ瑸榇吮仨氁来螌чl管施加觸發(fā)脈沖，這是由移相觸發(fā)模塊實現(xiàn)的。移相觸發(fā)模塊的任務(wù)是產(chǎn)生相位可調(diào)的脈沖，用來觸發(fā)整流橋中的晶閘管，使其控制角 ? 隨綜合放大環(huán)節(jié)輸出的控制電壓 U的大小而改變，從而達到自動調(diào)節(jié)勵磁電流的目的。下 圖給出了晶閘管導(dǎo)通次序。 V T 1V T 6V T 5V T 4V T 3V T 4V T 1V T 2V T 3V T 2V T 5V T 6 圖 三相橋式整流電路的晶閘管導(dǎo)通次序 26 表 1 三相橋式全控整流電路工作是晶閘管的工作情況 回路次序 時間階段 導(dǎo)通元件 輸出電壓 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 移相觸發(fā)脈沖波形分析 根據(jù)以上分析，晶閘管元件以一定次序?qū)?，為此必須依次對晶閘管施加相應(yīng)次序觸發(fā)脈沖，下圖給出了移相角 ? 為 60度的情況為例： 圖 三相橋式整流電路 600?? 的波形 ? ?= 6 0ud 1ud 2udua cua cua bua bua cub cub auc auc bua bua cuaⅠ Ⅱ Ⅲ Ⅳ ⅤⅥubucO? t? t1O? tO? tuV T1 27 得到輸出整流電壓平均值與輸入相電壓以及 移相角 ? 之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式： ?c o 2U Ud ? 即通過改變移相角 ? 的大小就可以調(diào)節(jié)勵磁電流，最終達到調(diào)節(jié)功率因數(shù)的目的。 顯示 12864 是一種圖形點陣液晶顯示器 ,它主要由行驅(qū)動器 /列驅(qū)動器及 12864全點陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示 84 個 (161 6點陣 )漢字。 它相對于 1602 具有顯示屏幕更大，內(nèi)含強大的中文字庫等優(yōu)點，能方便通過觀察電壓，電流，有功，無功的量了解系統(tǒng)運行狀態(tài)，方便的進行手動調(diào)節(jié)，防止故障的擴大。 圖 LCD12684 液晶顯示模塊接線圖 28 表 2 LCD12864 顯示模塊管腳說明 管腳號 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC +5V 電源正 3 V0 對比度（亮度）調(diào)整 4 RS(CS） H/L RS=“ H” ,表示 DB7— DB0 為顯示數(shù)據(jù) RS=“ L” ,表示 DB7— DB0 為顯示指令 5 R/W(SID) H/L R/W=“ H” ,E=“ H” ,數(shù)據(jù) 讀到 DB7— 0 R/W=“ L” ,E=“ H→ L” , DB7— DB0 的數(shù)據(jù)被寫到 IR或 DR 6 E(SCLK) H/L 使能信號 7 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 15 PSB H/L H： 8或 4位并口方式， L：串口方式 16 NC 空腳 17 /RESET H/L 復(fù)位端，低電平有效（見注釋 2） 18 VOUT LCD 驅(qū)動電壓輸出端 19 A VDD 背光源正端（ +5V）（見注釋 3） 20 K VSS 背光源負端（見注釋 3） 29 調(diào)試中出現(xiàn)問題及解決方法 1）問題：調(diào)試時信號調(diào)理電路輸出通過 LF398 之后波形出現(xiàn)畸變，毛刺較大，沒有達到預(yù)期效果。 分析： LF398 工作電源 177。 3V 到 177。 15V，設(shè)計首先選用的是 177。 12V，電源相對較高，進入 LF398 的信號是偏置為正值的正弦波信號，直流電源電壓值過大會對信號產(chǎn)生干擾，使波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生毛刺。 解決辦法：選用 177。 5V 作為供電電源，信號輸出波形有良好的改善，且電壓不能選用太低，否則會使工作性能降低。 2）問題： LF398 外圍電路中的調(diào)零電路分為交流調(diào)零和直流調(diào)零，但是兩個調(diào)零電路都接入時，調(diào)零效果并不理想。 分析：兩個調(diào)零電路相互干擾，使信號產(chǎn)生偏移。 解決辦法：只選用直流調(diào)零電路，信號輸出波形有良好的改善，調(diào)零效果滿足要求 3）問題：單片機的 A/D轉(zhuǎn)換出現(xiàn)亂碼。 分析：根據(jù)單片機 的使用手冊，在使用 A/D轉(zhuǎn)換時，需接外部參考電壓，并在單片機初始化時對相應(yīng)寄存器進行配置。 解決辦法：用電位器從外部電源盒取 作為單片機的參考電壓， A/D轉(zhuǎn)換寄存器中亂碼消失，證明分析正確。 30 4 軟件設(shè)計 為了開發(fā)和調(diào)試方便，保證程序及其運行的可靠性，因此程序設(shè)計中的一些原則就顯得十分重要，關(guān)鍵在于模塊化的編程方法，根據(jù)功能將程序分為不同的功能模塊。系統(tǒng)軟件的主要工作為：對采樣值進行計算還原，控制輸出大小，并顯示運行狀態(tài)。 程序設(shè)計目標 : ◆準確采樣模擬電壓信號和模擬電流信號； ◆用 LCD12864 顯示計算結(jié)果有效值 U,I,P,Q； ◆通過 C8051F350 的 DA 控制 TCA785 的控制電壓大?。? ◆根據(jù)無功 Q 的大小改變 TCA785 的脈沖，進行相應(yīng)的移相角調(diào)節(jié)。 主程序設(shè)計 取 采 樣 值 進 行U 、 I 的 有 效 值及 P 、 Q 計 算啟 動 定 時 器系 統(tǒng) 初 始 化D A 輸 出 減 小關(guān) 閉 定 時 器計 時 到 進 入中 斷 子 程 序D A 輸 出 增 大采 樣 滿 足1 2 點 ？Q 超 過 上限 ？Q 低 于 下限 ？ 否是是否 否是開 始 圖 主程序流程圖 31 信號采集傅式算法 當采用交流采樣時，交流信號要經(jīng)過計算處理才能變成控制需要的量。在實驗中采用交流信號的傅式算法。設(shè)周期為 2π的周期 )(xf 可以展開為傅里葉級數(shù)即 )s i nc o s(.. .. ..)s i nc o s()s i nc o s(2)(nn22110xxxxxxxfbababaa???????????????????? （ ） 其中 )()(10 xdxfa ??? ??? （ ） ,....)2,1(c os)(1 ?? ?? nx dxnxfa n ????? （ ） ,.... )2,1(s i n)(1 ?? ?? nx dxnxfb n ????? （ ） 在勵磁調(diào)節(jié)器中，周期函數(shù)為交流信號 tTt ?2sinU ?）（ ，周期為 T，即有 2T?? 。將 tTt ?2sinU ?）（ 和 2T?? 代入（ ） （ ）。得到 00?a （ ） ,....)2,1(c os)(UT2 2T 2T ?? ?? ntdtnta n ? （ ） ,....)2,1(s i n)(UT2 2T 2T ??