CN101632851A - 晶闸管智能控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明主要公开了一种晶闸管智能控制装置，包括电源电路、采样电路、同步信号采样电路、单片机处理模块、通信模块和放大驱动电路。单片机处理模块连接上述电源电路、采样电路、同步信号采样电路、通信模块和放大驱动电路，从采样电路中得到的相应的晶闸管模块的参数信号进行模数转换，保存于单片机中，供上位机查询输出，也便于实现闭环控制以及安全处理；根据单片机处理模块自身的设定或上位机的指令，在同步信号到来后选择相应周期和相应时间输出脉冲；放大驱动电路对输出脉冲放大，驱动晶闸管触发。本发明形成一个完整独立的系统，触发精度高，同时适合晶闸管的快速开发和联网控制。

Description

晶闸管智能控制装置

技术领域

本发明涉及电子控制技术领域，特别与一种用于磁疗仪器上的晶闸管智能控制装置有关。

背景技术

磁疗仪器中电磁场极性及大小变换是通过晶闸管整流电路来实现的。如图1所示，为磁疗仪器的晶闸管触发模块的结构示意图，晶闸管D1、D2、D3、D4组成一个全波整流，结合变压器T为磁场线圈RING提供方向可控、大小可变的电流。比如，从变压器T上进来的交流电流每半个周期交替导通晶闸管D1和D3，得到了线圈上正下负的电流，而交流电流每半个周期交替导通晶闸管D2和D4，得到了线圈上负下正的电流。这样使得磁场线圈RING中产生方向大小可控的电流，导致周围的磁场强度和极性的相应变化。

由上述描述可知，磁疗仪器中晶闸管的触发是一个关键的部分，每个触发的时间都直接关系到磁场极性和强度的变化，若磁场不精确会影响治疗的效果，甚至产生一定的副作用。

同时，晶闸管导通时，电流过大会使得晶闸管温度过高，则易导致晶闸管烧毁，影响磁疗仪器的正常工作，也会影响使用效果。

现有的晶闸管触发电路大多是整个磁疗仪器中的部分组成电路，只具有简单的调相调压功能，而没有将晶闸管的触发电路、输出电流电压检测和自身安全参数检测集成在一起成为一个相对独立又完整的单元。

因此，本发明人经过长期的研发，结合单片机技术，开发出一套独立而完整的晶闸管智能控制方法及装置。本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶闸管智能控制装置，应用于磁疗仪器上，可以智能控制晶闸管的工作状态，同时可以检测晶闸管工作参数，形成独立、完整的晶闸管智能控制装置。

为了达到上述目的，本发明的解决方案为：

晶闸管智能控制装置，包括：

电源电路，用于晶闸管智能控制装置供电；

同步信号采样电路，用于采样交流信号的过零时序作为同步信号；

采样电路，用于采样晶闸管的各类参数；

通信模块，与单片机处理模块相连，用于将单片机处理模块和上位机进行数据通信；

单片机处理模块，连接上述电源电路、采样电路、同步信号采样电路和通信模块；单片机处理模块从采样电路中得到的相应的晶闸管模块的参数信号进行模数转换，保存于单片机处理模块中供上位机查询输出，以便于实现闭环控制以及安全处理；根据单片机处理模块自身设定或上位机的指令，在同步信号到来后选择相应周期和相应时间输出脉冲；

放大驱动电路，连接上述单片机处理模块，接收单片机处理模块的过零时序延时后的脉冲信号，该脉冲信号被放大驱动后最终输出，做为触发晶闸管的触发脉冲。

本发明还可以进一步完善：

上述采样电路包括电流采样电路、电压采样电路和温度采样电路，用于对晶闸管模块输出电流、电压和温度进行采样。

所述的电流采样电路将晶闸管的输出电流通过电流电压转换电阻和滤波器，得到符合单片机处理模块要求的电压信号。

所述的电压采样电路将晶闸管的输出电压经过量程转换电路电阻，再进行滤波，得到符合单片机处理模块要求的电压信号。

所述的温度采样电路将晶闸管模块的温度通过热敏电阻转换为符合单片机处理的电压信号。

所述的放大驱动电路具有依次相连的光电隔离电路、脉冲驱动放大电路，将单片机处理模块输出的脉冲信号驱动为输出电流能达到匹配晶闸管模块要求的触发脉冲。

采用上述方案后，本发明形成一个独立的系统，既可以接收上位机的指令实现远方控制又可以自身设定输出，严格把握晶闸管的导通时间，使得磁疗仪器中线圈能精确交替导通，从而产生稳定可控的磁场。同时在本发明中具有对晶闸管各类参数的采样，采样得到的信号经过模数转换作为闭环控制的基本参数，也能通过通信模块供上位机查询，形成一个完整独立的系统，适应磁疗仪器快速开发。

附图说明

图1是磁疗仪器的晶闸管触发模块的结构示意图；

图2是本发明较佳实施例的结构框图；

图3是单片机处理模块的电路图；

图4是同步信号采样电路的电路图；

图5是放大驱动电路的电路图；

图6是电流采样电路的电路图；

图7是电压采样电路的电路图；

图8是温度采样电路的电路图；

图9是通信模块电路图。

具体实施方式

如图2所示，为本发明的结构框图。晶闸管智能控制装置，包括电源电路1、单片机处理模块2、电流采样电路3、电压采样电路4、温度采样电路5、同步信号采样电路6、放大驱动电路7和通信模块8。

电源电路1为本发明提供电源+5V(伏特)和+12V两种电压值。本实施例中单片机处理模块2包括两块MEGA8芯片，分别为第一芯片21和第二芯片22，第一芯片21和第二芯片22的四个管脚MOSI(主机输出/从机输入数据线)、MISO(主机输入/从机输出数据线)、SCK(串行时钟线)、/SS(从机选择线)互连，参见图3。

第一芯片21连接电流采样电路3、电压采样电路4、温度采样电路5和通信模块8，第二芯片22连接同步信号采样电路6和放大驱动电路7。

同步信号采样电路6是对图1中变压器T的输出进行交流信号的采样。变压器T为220V交流输入、3V交流输出。同步信号采样电路6对该交流信号进行滤波、限幅处理，参见图4。电阻R1、R3和电容C5形成一个低通滤波器，消除高频信号的干扰。再由二极管D2、D3反向并联形成一个双向限幅器，把交流信号控制在±0.7V以内，最后输入给第二芯片22。

本实施例中第二芯片22内集成比较器(集成在内部，图中没有标明)。交流信号首先经过比较器，再结合软件程序，用数字滤波技术得到一个过零时序脉冲信号。根据晶闸管10的特性，单片机处理模块2由上位机9的指令或者由单片机处理模块2的自身设定，来选择相应周期和相应时间输出一个脉冲，该脉冲即为延迟脉冲。

单片机处理模块2输出的延迟脉冲通过第二芯片22的I/O端口(输入输出端口)被送入放大驱动电路7。放大驱动电路7包括四个结构相同的单元，选择其中一个单元进行描述。如图5所示，电阻R10、R11、R12和光电耦合器U4组成光电隔离器，避免第二芯片22由于外界干扰出现意外的工作状况。三极管Q4、续流二极管D4、脉冲变压器TF4组成脉冲驱动放大电路，二极管D11、D12和电容C11构成脉冲正向输出滤除高频干扰，以及对晶闸管的保护电路。这样过零时序脉冲信号经过放大驱动电路7后，得到输出电流能达到符合晶闸管要求的触发脉冲，用以触发晶闸管。

电流采样电路3连接在第一芯片21的数据端上，对晶闸管进行电流采样。如图6所示，其中电容C14、C15和电感L2组成П型滤波器，以减少外界高频干扰。电阻R17是电流电压转换电阻，将流经的电阻R17的4～20mA(毫安)的电流信号转换为1～5V的电压信号，以便于第一芯片21内部的A/D(模拟/数字)转换。电阻R13是保护电阻，一方面防止电流开路，另一方面作为滤波器的阻抗匹配电阻使用。二极管D13作为瞬态电压抑制器，用来抑制外界干扰。

图7是电压采样电路4，原理与电流采样电路3相同，电容C16、C17和电感L3组成П型滤波器，电流电压转换电阻为电阻R19。电压采样电路4也是把流经电阻R19的4～20mA的电流信号转换为1～5V的电压信号，以便于第一芯片21内部的A/D(模拟/数字)转换。电阻R14作为保护电阻，二极管D14作为瞬态电压抑制器。

温度采样电路5如图8所示，包括第一温度采样电路51和第二温度采样电路52，原理相同，将采样到的温度值通过第一芯片21的数据端输入。第一温度采样电路51用来测量晶闸管温度，第二温度采样电路52是根据用户需要设定的。

下面就第一温度采样电路51进行描述。第一温度采样电路51包括电容C18和C19、电感L4、电阻R15和R20、二极管D15。其中电容C18、C19和电感L4是П型滤波器，用来滤除高频干扰。电阻R20是热敏电阻，在5V电源作用下得到跟温度值成比例的电压信号，送入第一芯片21内部的A/D(模拟/数字)转换器，完成温度采样。二极管D15是瞬态电压抑制器，消除外界干扰。

温度采样电路5中，电压信号的换算公式为 $V=\frac{5\×R_t}{R_t\×R_{20}},$ R_t为热敏电阻的阻值，R₂₀为热敏电阻R20的阻值，测温半桥的一个桥臂电阻。由于热敏电阻拥有特有的分度表，当采样到的与温度值成比例的电压信号时，可以根据第一芯片21内部查表获得实际温度值。

在本实施例中，主要是采样晶闸管10的电流、电压和温度参数，当然采样的参数不局限于此，本发明中的电路也适用于其他参数，如磁场强度、磁场脉动频率的采样，这也属于本发明的保护范畴。

通信模块8如图9所示，通信模块8连接在第一芯片21的接收端RXD、发射端TXD，采用RS485(一种通信端口)与其他上位机9进行数据通信，传送上位机9的各种指令和传送单片机处理2保存的各类参数信号。

本发明工作时，同步信号采样电路6对交流信号进行采样，通过单片机处理模块2得到过零时序的延迟脉冲信号，再通过放大驱动电路7得到晶闸管的触发脉冲。同时单片机处理模块2采样晶闸管的各类参数，如本实施例中晶闸管输出的电压信号、电流信号和温度信号，供上位机9对晶闸管的控制和检测，使得晶闸管处于安全和闭环控制状态下工作。

本发明为晶闸管二次开发提供一个独立且功能完整的晶闸管智能控制装置，可大幅度加快开发速度。

Claims (6)

1、晶闸管智能控制装置，其特征在于：包括下列电路，

电源电路，用于晶闸管智能控制装置供电；

同步信号采样电路，用于采样交流信号的过零时序作为同步信号；

采样电路，用于采样晶闸管的各类参数；

通信模块，与单片机处理模块相连，用于将单片机处理模块和上位机进行数据通信；

单片机处理模块，连接上述电源电路、采样电路、同步信号采样电路和通信模块；单片机处理模块从采样电路中得到的相应的晶闸管模块的参数信号进行模数转换，保存于单片机中供上位机查询输出，以便于实现闭环控制以及安全处理；根据上位机的指令在同步信号到来后选择相应周期和相应时间输出脉冲；

放大驱动电路，连接上述单片机处理模块，接收单片机处理模块的过零时序延时后的脉冲信号，该脉冲信号被放大驱动后最终输出，做为触发晶闸管的触发脉冲。

2、如权利要求1所述的晶闸管智能控制装置，其特征在于：所述采样电路包括电流采样电路、电压采样电路和温度采样电路，用于对晶闸管模块输出电流、电压和温度进行采样。

3、如权利要求2所述的晶闸管智能控制装置，其特征在于：所述的电流采样电路将晶闸管的输出电流通过电流电压转换电阻，得到符合单片机处理模块要求的电压信号。

4、如权利要求2所述的晶闸管智能控制装置，其特征在于：所述的电压采样电路将晶闸管的输出电流通过电流电压转换电阻，再进行滤波，得到符合单片机处理模块要求的电压信号。

5、如权利要求2所述的晶闸管智能控制装置，其特征在于：所述的温度采样电路将晶闸管模块的温度通过热敏电阻转换为电压信号。

6、如权利要求1所述的晶闸管智能控制装置，其特征在于：所述的放大驱动电路具有依次相连的光电隔离电路、脉冲驱动放大电路，将单片机处理模块输出的脉冲信号驱动为匹配晶闸管模块的触发脉冲。

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