CN102195456B - 船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置及方法。由DSP芯片TMS320F2808完成三相电源同步信号采集，晶闸管门极驱动信号产生，模糊控制算法实现，直流侧电压电流反馈信号采集，基于MODBUS协议的RS485通信，交流侧电压电流信号采集和变压器、熔断器、断路器、水冷设备故障信号采集等功能。解决了串联型十二脉波晶闸管整流设备的晶闸管触发问题。减少了整流电路中的并联电阻，提高了整流设备的转换效率和系统可靠性。本发明不仅适用于串联型十二脉波晶闸管整流设备中晶闸管电路的触发，还适用于串联型二十四脉波、三十六脉波晶闸管整流设备中晶闸管电路的触发，以及并联型十二脉波、二十四脉波、三十六脉波晶闸管整流设备中晶闸管电路的触发。

Description

船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置及方法

技术领域

本发明涉及的是一种晶闸管整流设备的触发装置，本发明也涉及一种晶闸管整流设备的控制方法。特别是船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流设备的触发装置和控制方法。

背景技术

为了减少对电网的影响，工业中应用的大功率晶闸管整流设备通常都选择多脉波工作方式。对于设备中晶闸管的触发通常有模拟触发集成电路和数字触发集成电路。由于分立元器件参数的分散性，模拟晶闸管触发电路通常都存在触发脉冲不平衡问题。例如王卫兵、孙永杰和刘卫东在哈尔滨理工大学学报2009年14卷第3期所著的“单片机和FPGA的可控硅触发电路的设计与实现”中描述不平衡度通常约为o3π。由于数字触发电路能够很容易克服不平衡问题，而且控制方式简单，因此得到了广泛应用。例如Francis P.Dawson和Richard Bonert在IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS 1994年41卷第4期中所著的“HighPerformance Single-Chip Gating circuit for a phase-controlled bridge”；郝浩和李宏在电子设计工程2009年17卷第2期中所著的“基于单片机的晶闸管触发器的设计”；夏长远、舒兴胜、孟月东和沈洁在电测与仪表2007年44卷第500期中所著的“基于FPGA的三相可控硅电源数字触发电路的设计”；刘政和黄席樾在重庆大学学报(自然科学版)2002年25卷中所著的“基于单片机的可控硅全控桥数字触发控制系统”；黄德胜在中国氯碱2008年4卷中所著的“可控硅触发电路”。但是这些数字控制触发集成电路都是以三相全桥六脉波晶闸管整流电路为对象。中国专利申请号为200910252822.8的专利文件中公开了一种用于大功率可控硅整流开关的触发电路、中国专利申请号为200820211101.3的专利文件中公开了整流电源触发控制器、中国专利申请号为200920259066.7的专利文件中公开了新型晶闸管整流可逆变触发装置、中国专利申请号为201020199382.2的专利文件中公开了电解电源整流控制系统、中国专利申请号为200910010214.6的专利文件中公开了基于三相脉冲整流器的直流稳压电源及其控制方法，这些技术方案均是以三相全桥六脉波晶闸管整流电路为对象。

十二脉波晶闸管整流电路按照结构类型分为并联型和串联型。并联型十二脉波晶闸管整流电路的晶闸管和负载结构如图1所示，其实质为两个三相全桥整流电路的并联，因此当十二个晶闸管中任意一个晶闸管换相时，并联型十二脉波晶闸管整流电路的触发装置只需要同时发出两个触发脉冲，这与三相全桥六脉波整流电路的触发装置相同。例如，张勇、陈庚军、华学明和吴毅雄等在电焊机2004年34卷第3期中所著的“基于DSP控制的十二相焊接电源主电路数字化触发”和中国专利申请号为201010125276.4的专利文件中公开的晶闸管整流桥并列运行全数字化智能均流控制装置。另外，在“基于DSP控制的十二相焊接电源主电路数字化触发”中，作者利用外部硬件电路(单稳态触发电路)实现触发脉冲的30°角延时。

对于串联型联型十二脉波晶闸管整流电路的晶闸管和负载结构如图2所示，其实质为两个三相全桥整流电路的串联。由于在直流回路中有四个晶闸管，因此当十二个晶闸管中的任意一个晶闸管换相时，串联型十二脉波晶闸管整流电路的触发装置必需要同时发出四个触发脉冲，比并联型十二脉波触发装置要多两个触发脉冲。

目前，在串联型十二脉整流设备中使用的触发装置有“并联型十二脉波整流触发装置+两个并联电阻”和“两个六脉波整流触发装置+两个并联电阻”两种模式，由于第二种方案控制比较复杂，通常都选用第一种方式，其结构如图3所示。由于并联型十二脉波触发装置在每个晶闸管换相时只能提供两个触发脉冲，因此并联电阻的目的是为两个串联的三相全桥六脉整流电路提供电流回路，这不仅降低了系统的可靠性，还消耗了有功功率、降低了整流电路的转换效率。

其次，由于船舶电网容量有限，而且船上负载类型又很多，因此必须要考虑船上负载对十二脉波整流设备输出电压的影响。当负载变化较大时，传统的PID控制器很难维持整流电路输出电压的稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决负载变化影响整流电路输出电压问题的船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置。本发明的目的还在于提供一种基于船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置的控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置的组成包括：

三相同步信号采集电路1采集电网侧的三相电源，产生与电源网侧三相电压同步的三个方波信号经第一光耦隔离电路2分别送给TMS 320L2808的CAP捕获单元；

TMS 320F2808事件管理模块EPWM产生的晶闸管触发脉冲信号PWM0-PWM11经过由第二光耦隔离电路4送给驱动放大与变压器隔离电路5，变压器二次侧的信号经过两个二极管整形，通过触发脉冲输出接口6输出；

直流侧电压、电流采集电路7采集直流母线的电压和电流值送入TMS 320F2808的模数转换模块AD；

TMS 320F2808根据采集到的反馈电压、电流值和系统的设定值产生误差值和误差值的变化值，然后将二者送给模糊调节器，模糊调节器根据设定好的规则，产生晶闸管触发控制角α；

交流侧电压、电流采集电路8采集主电源变压器二次侧的线电压和线电流送入TMS 320F2808的模数转换模块AD；

故障信号采集电路9采集主电源变压器、熔断器、断路器、水冷等设备的故障信号，通过第三光耦隔离电路12后送入TMS320F2808的IO模块；开关电源电路10将输入的交流220V电压转换成触发装置所需要的

和0V电源；

RS485电路11完成TMS320F2808 SCI模块发送接收引脚的0V和3.3V电平与RS485总线的+2～+6V正电平和-2～-6V负电平之间的转换。

基于船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置的控制方法为：

打开触发装置的220V交流电源后，开关电源电路产生触发装置所需要的和0V电源；

三相同步信号采集电路将三相电源信号变换成方波信号TA、TB和TC，通过第一光耦隔离后送入TMS320F2808的捕获单元；

故障信号采集电路采集主电源变压器、熔断器、断路器、水冷设备的故障信号，并通过第三光耦隔离电路送入TMS320F2808的IO模块；

交流侧电压、电流采集电路采集主电源变压器二次侧的相电压和线电流，经过电压互感器和电流互感器后分别通过低通滤波器送入有源放大电路，经过电压保护和电压偏置后送入TMS320F2808的模数转换模块；

直流侧电压、电流采集电路采集直流母线电压和电流值，经过电压传感器和电流传感器后分别通过低通滤波器送入有源放大电路，经过电压保护和电压偏置后送入TMS320F2808的模数转换模块；

TMS320F2808事件管理模块EPWM产生的晶闸管触发脉冲信号经过由HCPL-2630组成的光耦隔离电路送给由MOSFET和脉冲变压器组成的驱动放大与变压器隔离电路，脉冲变压器二次侧的信号经过两个二极管整形，通过触发脉冲输出接口输出；

RS485电路根据TMS320F2808的指令完成0V和3.3V电平与RS485总线的+2～+6V和-2～-6V之间的转换；

在开启触发装置电源后，主控制芯片TMS320F2808进行系统的初始化；首先，CPU关闭看门狗电路，然后初始化系统时钟和AD、CAP、EPWM、SCI功能模块时钟以及中断矢量表，接着配置AD、CAP、EPWM、SCI等功能模块和CpuTimer0定时器，使各个功能模块处于预定的工作状态；设置中断矢量并打开全局总中断，然后等待CpuTimer0定时器的0.1ms中断、CAP捕获中断和EPWM定时器中断；

当产生0.1ms CpuTimer0定时器中断时，按照以下步骤进行操作：

首先读AD转换寄存器，并判断读的次数是否大于10次，如果大于10，则计算直流侧和交流侧的电压电流平均值，以及电压、电流的误差值和误差的变化值，然后根据制定好的模糊规则表计算出晶闸管的控制角，如果误差值大于设定值时，转入恒流控制，以快速调节直流侧电压；如果误差值小于设定值，模糊调节器直接输出晶闸管触发控制角α；通过晶闸管触发控制角α的调整，维持整流电路输出直流电压的稳定；当负载发生变化较大时，触发装置根据设定的模糊规则自动切换控制参数

读取SCI接收寄存器数据，并根据MODBUS协议对接收到的数据进行处理，如果是读命令，则将直流电压电流值、交流电压电流值、晶闸管控制角值和故障信息状态写入到指定寄存器，根据MODBUS协议生成应答数据流，并将数据流写入到SCI发送寄存器；如果是写命令，则根据指定的地址和数据数量，对相应的寄存器进行赋值，根据MODBUS协议生成应答数据流，并将数据流写入到SCI发送寄存器；

如果接收到系统运行控制命令，则检查系统是否有故障，如果有故障，则系统停止运行、系统停止标志位置位；如果没有故障，则继续检查是否有脉冲封锁命令；如果有脉冲封锁命令，则封锁晶闸管触发脉冲、脉冲封锁标志位置位；如果没有脉冲封锁命令，则系统开始运行，并将系统运行标志位置位；然后打开中断，退出中断子程序；如果没有接收到系统运行控制命令，则检查是否有系统停止命令；

如果接收到系统停止命令，则系统停止运行、系统停止标志位置位，然后打开中断，退出中断子程序；如果没有接收到系统停止命令，则检查是否有脉冲封锁命令；

如果接收到脉冲封锁命令，则封锁晶闸管触发脉冲、脉冲封锁标志位置位，然后打开中断，退出中断子程序；

当产生捕获中断时，按照以下步骤进行操作：

如果是CAP1发生中断，则判断捕获边沿的极性，如果是上升沿则将CAP1Ed赋值Rising，如果是下降沿则将CAP1Ed赋值Falling，然后将EPWM1定时器和EPWM4定时器计数寄存器清零、比较寄存器赋值，并计算同步信号宽度；如果不是CAP1中断，则判断是否是CAP2发生中断；

如果是CAP2发生中断，则判断捕获边沿的极性，如果是上升沿则将CAP2Ed赋值Rising，如果是下降沿则将CAP2Ed赋值Falling，然后将EPWM2定时器和EPWM5定时器计数寄存器清零、比较寄存器赋值，并计算同步信号宽度；如果不是CAP2中断，则判断是否是CAP3发生中断；

如果是CAP3发生中断，则判断捕获边沿的极性，如果是上升沿则将CAP3Ed赋值Rising，如果是下降沿则将CAP3Ed赋值Falling，然后将EPWM3定时器和EPWM6定时器计数寄存器清零、比较寄存器赋值，并计算同步信号宽度；

如果同步信号宽度计算值与理论值之差大于设定值，则需要重新计算30°电角度和晶闸管触发脉冲的宽度；

最后，打开中断，并对状态位进行清除，退出中断程序；

当发生EPWM定时器中断时，按以下步骤进行操作：

如果是EPWM1定时器发生中断，则判别CAP1Ed的是否为Rising，如果是则输出晶闸管1的触发脉冲，同时输出晶闸管10、11、12的触发脉冲，或者直接输出晶闸管1的120°宽脉冲；如果不是，则输出晶闸管7的触发脉冲，同时输出晶闸管4、5、6的触发脉冲，或者直接输出晶闸管7的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM1中断，则判别是否是EPWM2定时器发生中断；

如果是EPWM2定时器发生中断，则判别CAP2Ed的是否为Rising，如果是则输出晶闸管5的触发脉冲，同时输出晶闸管2、3、4的触发脉冲，或者直接输出晶闸管5的120°宽脉冲；如果不是，则输出晶闸管11的触发脉冲，同时输出晶闸管8、9、10的触发脉冲，或者直接输出晶闸管11的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM2中断，则判别是否是EPWM3定时器发生中断；

如果是EPWM3定时器发生中断，则判别CAP3Ed的是否为Rising，如果是则输出晶闸管9的触发脉冲，同时输出晶闸管6、7、8的触发脉冲，或者直接输出晶闸管9的120°宽脉冲；如果不是，则输出晶闸管3的触发脉冲，同时输出晶闸管12、1、2的触发脉冲，或者直接输出晶闸管3的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM3中断，则判别是否是EPWM4定时器发生中断；

如果是EPWM4定时器发生中断，则判别CAP1Ed的是否为Rising，如果是则输出晶闸管2的触发脉冲，同时输出晶闸管1、11、12的触发脉冲，或者直接输出晶闸管2的120°宽脉冲；如果不是，则输出晶闸管8的触发脉冲，同时输出晶闸管5、6、7的触发脉冲，或者直接输出晶闸管8的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM4中断，则判别是否是EPWM5定时器发生中断；

如果是EPWM5定时器发生中断，则判别CAP2Ed的是否为Rising，如果是则输出晶闸管6的触发脉冲，同时输出晶闸管3、4、5的触发脉冲，或者直接输出晶闸管6的120°宽脉冲；如果不是，则输出晶闸管12的触发脉冲，同时输出晶闸管9、10、11的触发脉冲，或者直接输出晶闸管12的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM5中断，则判别是否是EPWM6定时器发生中断；

如果是EPWM6定时器发生中断，则判别CAP3Ed的是否为Rising，如果是则输出晶闸管10的触发脉冲，同时输出晶闸管7、8、9的触发脉冲，或者直接输出晶闸管10的120°宽脉冲；如果不是，则输出晶闸管4的触发脉冲，同时输出晶闸管1、2、3的触发脉冲，或者直接输出晶闸管4的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序。

本发明的串联型十二脉波晶闸管整流设备触发装置是利用单片TI公司高性能DSP芯片TMS320F2808完成三相电源同步信号采集，晶闸管门极驱动信号产生，模糊控制算法实现，直流侧电压电流反馈信号采集，基于MODBUS协议的RS485通信，交流侧电压电流信号采集和变压器、熔断器、断路器、水冷设备故障信号采集等功能。与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在任一晶闸管换相时同时产生四路脉冲(窄脉冲方式)或者120°宽脉冲方式，解决了串联型十二脉波晶闸管整流设备的晶闸管触发问题。

2、本发明减少了整流电路中的并联电阻，提高了整流设备的转换效率和系统可靠性。

3、本发明采用单片TMS320F2808完成所有功能，不仅简化了触发装置的电路结构，而且还提高了触发装置和整流系统的可靠性。

4、本发明采用模糊控制器对串联型十二脉整流设备输出直流电压进行调节，当电压变化比较大时(大于设定值)采用恒流控制，以快速调节直流侧电压；如果误差值小于设定值，模糊调节器直接输出晶闸管触发控制角α。通过晶闸管触发控制角α的调整，维持整流电路输出直流电压的稳定。

5、当负载变化较大时，根据设定的模糊规则自动切换控制参数，从而提高串联型十二脉整流设备输出电压的控制精度，提高系统的鲁棒性。

6、本发明不仅适用于串联型十二脉波晶闸管整流设备中晶闸管电路的触发，还适用于串联型二十四脉波、三十六脉波晶闸管整流设备中晶闸管电路的触发，以及并联型十二脉波、二十四脉波、三十六脉波晶闸管整流设备中晶闸管电路的触发。

附图说明

图1并联型十二脉波晶闸管整流电路晶闸管和负载结构示意图；

图2串联型十二脉波晶闸管整流电路晶闸管和负载结构示意图；

图3用并联型触发装置触发串联型设备时的主电路结构；

图4串联型十二脉波晶闸管整流设备触发装置结构示意图；

图5串联型十二脉整流设备控制方法的main主程序框图；

图60.1ms CpuTimer0定时器中断程序流程图；

图7捕获中断子程序流程图；

图8EPWM定时器中断。

具体实施方式

结合图4，本发明的船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置的组成为：

三相同步信号采集电路1采集电网侧的三相电源，然后通过电阻分压和直流电压偏置，将三相电源转换成三个0-5V电压信号。经过阻容低通滤波器后，三路电压信号按照设定逻辑分别送给三个电压比较器U17A、U17B和U17C，得到与电源网侧三相电压同步的三个方波信号TA、TB和TC。方波信号TA、TB和TC经由高速隔离运放HCPL-2630组成的光耦隔离电路2分别送给TMS320L2808的CAP捕获单元。

当TMS320F2808的捕获单元捕获到CAP1、CAP2和CAP3三个方波信号的上升沿和下降沿后，产生捕获中断。在中断子程序中，根据捕获信号的边沿启动对应的EPWM定时器组。当定时器的计数寄存器值与晶闸管控制角相等时，TMS320F2808的事件管理模块产生EPWM定时器中断。在定时器中断子程序中，TMS320F2808根据采集信号的边沿，产生相应晶闸管的触发脉冲信号。

TMS320F2808事件管理模块EPWM产生的晶闸管触发脉冲信号PWM0-PWM11经过由HCPL-2630组成的光耦隔离电路4送给由MOSFET和脉冲变压器组成的驱动放大与变压器隔离电路5，变压器二次侧的信号经过两个二极管整形，通过触发脉冲输出接口6输出。

直流侧电压、电流采集电路7采集直流母线的电压和电流值，经过电压传感器和电流传感器后分别通过低通滤波器送入有源放大电路，经过电压保护和电压偏置后送入TMS320F2808的模数转换模块AD。电压保护和电压偏置电路使输入的电压和电流反馈信号最终处于0-3V之间，这是因为TMS320F2808模数转换模块的电压输入范围是0-3V。

TMS320F2808根据采集到的反馈电压、电流值和系统的设定值产生误差值和误差值的变化值，然后将二者送给模糊调节器，模糊调节器根据设定好的规则，产生晶闸管触发控制角α。如果误差值过大(大于设定值)时，系统转入横流控制，以快速调节直流侧电压；如果误差值小于设定值，模糊调节器直接输出晶闸管触发控制角α。通过晶闸管触发控制角α的调整，维持整流电路输出直流电压的稳定。其次，当负载变化较大时，触发装置根据设定的模糊规则自动切换控制参数，从而提高串联型十二脉整流电路输出电压的控制精度，提高系统的鲁棒性。

交流侧电压、电流采集电路8采集主电源变压器二次侧的线电压和线电流，经过电压互感器和电流互感器后分别通过低通滤波器送入有源放大电路，经过电压保护和电压偏置后送入TMS320F2808的模数转换模块AD。

故障信号采集电路9采集主电源变压器、熔断器、断路器、水冷等设备的故障信号，通过由HCPL_2630组成的光耦隔离电路12后送入TMS320F2808的IO模块。

开关电源电路10将输入的交流220V电压转换成触发装置所需要的

和0V电源。

RS485电路11完成TMS320F2808SCI模块发送接收引脚的0V和3.3V电平与RS485总线的+2～+6V正电平和-2～-6V负电平之间的转换。

结合图5-8，本发明的船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置的控制方法为：

打开触发装置的220V交流电源后，开关电源电路产生触发装置所需要的

和0V电源。

三相同步信号采集电路将三相电源信号变换成方波信号TA、TB和TC，通过光耦隔离后送入TMS320F2808的捕获单元。

故障信号采集电路采集主电源变压器、熔断器、断路器、水冷等设备的故障信号，并通过光耦隔离电路送入TMS320F2808的IO模块。

交流侧电压、电流采集电路采集主电源变压器二次侧的相电压和线电流，经过电压互感器和电流互感器后分别通过低通滤波器送入有源放大电路，经过电压保护和电压偏置后送入TMS320F2808的模数转换模块。

直流侧电压、电流采集电路采集直流母线电压和电流值，经过电压传感器和电流传感器后分别通过低通滤波器送入有源放大电路，经过电压保护和电压偏置后送入TMS320F2808的模数转换模块。

TMS320F2808事件管理模块EPWM产生的晶闸管触发脉冲信号经过由HCPL-2630组成的光耦隔离电路送给由MOSFET和脉冲变压器组成的驱动放大与变压器隔离电路，脉冲变压器二次侧的信号经过两个二极管整形，通过触发脉冲输出接口输出。

RS485电路根据TMS320F2808的指令完成0V和3.3V电平与RS485总线的+2～+6V和-2～-6V之间的转换。

在开启触发装置电源后，主控制芯片TMS320F2808进行系统的初始化。如图5所示。首先，CPU关闭看门狗电路，然后初始化系统时钟和AD、CAP、EPWM、SCI等功能模块时钟以及中断矢量表，接着配置AD、CAP、EPWM、SCI等功能模块和CpuTimer0定时器，使各个功能模块处于预定的工作状态。设置中断矢量并打开全局总中断，然后等待CpuTimer0定时器的0.1ms中断、CAP捕获中断和EPWM定时器中断。

当产生0.1ms CpuTimer0定时器中断时，如图6所示，按照以下步骤进行操作：

首先读AD转换寄存器，并判断读的次数是否大于10次。如果大于10，则计算直流侧和交流侧的电压电流平均值，以及电压、电流的误差值和误差的变化值。然后根据制定好的模糊规则表计算出晶闸管的控制角。如果误差值过大(大于设定值)时，系统转入恒流控制，以快速调节直流侧电压；如果误差值小于设定值，模糊调节器直接输出晶闸管触发控制角α。通过晶闸管触发控制角α的调整，维持整流电路输出直流电压的稳定。当负载发生变化较大时，触发装置根据设定的模糊规则自动切换控制参数，从而提高串联型十二脉整流电路输出电压的控制精度，提高系统的鲁棒性。

读取SCI接收寄存器数据，并根据MODBUS协议对接收到的数据进行处理，如果是读命令，则将直流电压电流值、交流电压电流值、晶闸管控制角值和故障信息状态等写入到指定寄存器，根据MODBUS协议生成应答数据流，并将数据流写入到SCI发送寄存器。如果是写命令，则根据指定的地址和数据数量，对相应的寄存器进行赋值，根据MODBUS协议生成应答数据流，并将数据流写入到SCI发送寄存器。

如果接收到系统运行控制命令，则检查系统是否有故障，如果有故障，则系统停止运行、系统停止标志位置位；如果没有故障，则继续检查是否有脉冲封锁命令。如果有脉冲封锁命令，则封锁晶闸管触发脉冲、脉冲封锁标志位置位；如果没有脉冲封锁命令，则系统开始运行，并将系统运行标志位置位。然后打开中断，退出中断子程序。如果没有接收到系统运行控制命令，则检查是否有系统停止命令。

如果接收到系统停止命令，则系统停止运行、系统停止标志位置位，然后打开中断，退出中断子程序。如果没有接收到系统停止命令，则检查是否有脉冲封锁命令。

如果接收到脉冲封锁命令，则封锁晶闸管触发脉冲、脉冲封锁标志位置位，然后打开中断，退出中断子程序。

当产生捕获中断时，如图7所示，按照以下步骤进行操作：

如果是CAP1发生中断，则判断捕获边沿的极性，如果是上升沿则将CAP1Ed赋值Rising，如果是下降沿则将CAP1Ed赋值Falling，然后将EPWM1定时器和EPWM4定时器计数寄存器清零、比较寄存器赋值，并计算同步信号宽度。如果不是CAP1中断，则判断是否是CAP2发生中断。

如果是CAP2发生中断，则判断捕获边沿的极性，如果是上升沿则将CAP2Ed赋值Rising，如果是下降沿则将CAP2Ed赋值Falling，然后将EPWM2定时器和EPWM5定时器计数寄存器清零、比较寄存器赋值，并计算同步信号宽度。如果不是CAP2中断，则判断是否是CAP3发生中断。

如果是CAP3发生中断，则判断捕获边沿的极性，如果是上升沿则将CAP3Ed赋值Rising，如果是下降沿则将CAP3Ed赋值Falling，然后将EPWM3定时器和EPWM6定时器计数寄存器清零、比较寄存器赋值，并计算同步信号宽度。

如果同步信号宽度计算值与理论值之差大于设定值，则需要重新计算30°电角度和晶闸管触发脉冲的宽度。

最后，打开中断，并对状态位进行清除，退出中断程序。

当发生EPWM定时器中断时，如图8所示，按以下步骤进行操作：

如果是EPWM1定时器发生中断，则判别CAP1Ed的是否为Rising，如果是则输出晶闸管1的触发脉冲，同时输出晶闸管10、11、12的触发脉冲，或者直接输出晶闸管1的120°宽脉冲；如果不是，则输出晶闸管7的触发脉冲，同时输出晶闸管4、5、6的触发脉冲，或者直接输出晶闸管7的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序。如果不是EPWM1中断，则判别是否是EPWM2定时器发生中断。

如果是EPWM2定时器发生中断，则判别CAP2Ed的是否为Rising，如果是则输出晶闸管5的触发脉冲，同时输出晶闸管2、3、4的触发脉冲，或者直接输出晶闸管5的120°宽脉冲；如果不是，则输出晶闸管11的触发脉冲，同时输出晶闸管8、9、10的触发脉冲，或者直接输出晶闸管11的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序。如果不是EPWM2中断，则判别是否是EPWM3定时器发生中断。

如果是EPWM3定时器发生中断，则判别CAP3Ed的是否为Rising，如果是则输出晶闸管9的触发脉冲，同时输出晶闸管6、7、8的触发脉冲，或者直接输出晶闸管9的120°宽脉冲；如果不是，则输出晶闸管3的触发脉冲，同时输出晶闸管12、1、2的触发脉冲，或者直接输出晶闸管3的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序。如果不是EPWM3中断，则判别是否是EPWM4定时器发生中断。

如果是EPWM4定时器发生中断，则判别CAP1Ed的是否为Rising，如果是则输出晶闸管2的触发脉冲，同时输出晶闸管1、11、12的触发脉冲，或者直接输出晶闸管2的120°宽脉冲；如果不是，则输出晶闸管8的触发脉冲，同时输出晶闸管5、6、7的触发脉冲，或者直接输出晶闸管8的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序。如果不是EPWM4中断，则判别是否是EPWM5定时器发生中断。

如果是EPWM5定时器发生中断，则判别CAP2Ed的是否为Rising，如果是则输出晶闸管6的触发脉冲，同时输出晶闸管3、4、5的触发脉冲，或者直接输出晶闸管6的120°宽脉冲；如果不是，则输出晶闸管12的触发脉冲，同时输出晶闸管9、10、11的触发脉冲，或者直接输出晶闸管12的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序。如果不是EPWM5中断，则判别是否是EPWM6定时器发生中断。

如果是EPWM6定时器发生中断，则判别CAP3Ed的是否为Rising，如果是则输出晶闸管10的触发脉冲，同时输出晶闸管7、8、9的触发脉冲，或者直接输出晶闸管10的120°宽脉冲；如果不是，则输出晶闸管4的触发脉冲，同时输出晶闸管1、2、3的触发脉冲，或者直接输出晶闸管4的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序。

Claims (3)

1.一种船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置，其特征是：

三相同步信号采集电路（1）采集电网侧的三相电源，产生与电源网侧三相电压同步的三个方波信号经第一光耦隔离电路（2）分别送给TMS320L2808的CAP捕获单元；

TMS320F2808事件管理模块EPWM产生的晶闸管触发脉冲信号PWM0—PWM11经过由第二光耦隔离电路（4）送给驱动放大与变压器隔离电路（5），变压器二次侧的信号经过两个二极管整形，通过触发脉冲输出接口（6）输出；

直流侧电压、电流采集电路（7）采集直流母线的电压和电流值送入TMS320F2808的模数转换模块AD；

TMS320F2808根据采集到的反馈电压、电流值和系统的设定值产生误差值和误差值的变化值，然后将二者送给模糊调节器，模糊调节器根据设定好的规则，产生晶闸管触发控制角α；

交流侧电压、电流采集电路（8）采集主电源变压器二次侧的线电压和线电流送入TMS320F2808的模数转换模块AD；

故障信号采集电路（9）采集主电源变压器、熔断器、断路器、水冷等设备的故障信号，通过第三光耦隔离电路（12）后送入TMS320F2808的IO模块；开关电源电路10将输入的交流220V电压转换成触发装置所需要的+5V,+3.3V,+1.8V,+3.0V,-1.5V,+15V,-15V和0V电源；

RS485电路（11）完成TMS320F2808SCI模块发送接收引脚的0V和3.3V电平与RS485总线的+2～+6V正电平和-2～-6V负电平之间的转换。

2.根据权利要求1所述的船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置，其特征是：第一、第二、第三光耦隔离电路由高速隔离运放HCPL-2630组成。

3.一种基于船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置的控制方法，其特征是：打开触发装置的220V交流电源后，开关电源电路产生触发装置所需要的+5V,+3.3V,+1.8V,+3.0V,-1.5V,+15V,-15V和0V电源；

三相同步信号采集电路将三相电源信号变换成方波信号TA、TB和TC，通过第一光耦隔离后送入TMS320F2808的捕获单元；

故障信号采集电路采集主电源变压器、熔断器、断路器、水冷设备的故障信号，并通过第三光耦隔离电路送入TMS320F2808的IO模块；

交流侧电压、电流采集电路采集主电源变压器二次侧的相电压和线电流，经过电压互感器和电流互感器后分别通过低通滤波器送入有源放大电路，经过电压保护和电压偏置后送入TMS320F2808的模数转换模块；

直流侧电压、电流采集电路采集直流母线电压和电流值，经过电压传感器和电流传感器后分别通过低通滤波器送入有源放大电路，经过电压保护和电压偏置后送入TMS320F2808的模数转换模块；

TMS320F2808事件管理模块EPWM产生的晶闸管触发脉冲信号经过由HCPL-2630组成的光耦隔离电路送给由MOSFET和脉冲变压器组成的驱动放大与变压器隔离电路，脉冲变压器二次侧的信号经过两个二极管整形，通过触发脉冲输出接口输出；

RS485电路根据TMS320F2808的指令完成0V和3.3V电平与RS485总线的+2～+6V和-2～-6V之间的转换；

在开启触发装置电源后，主控制芯片TMS320F2808进行系统的初始化；首先，CPU关闭看门狗电路，然后初始化系统时钟和AD、CAP、EPWM、SCI功能模块时钟以及中断矢量表，接着配置AD、CAP、EPWM、SCI等功能模块和CpuTimer0定时器，使各个功能模块处于预定的工作状态；设置中断矢量并打开全局总中断，然后等待CpuTimer0定时器的0.1ms中断、CAP捕获中断和EPWM定时器中断；

当产生0.1ms CpuTimer0定时器中断时，按照以下步骤进行操作：

首先读AD转换寄存器，并判断读的次数是否大于10次，如果大于10，则计算直流侧和交流侧的电压电流平均值，以及电压、电流的误差值和误差的变化值，然后根据制定好的模糊规则表计算出晶闸管的控制角，如果误差值大于设定值时，转入恒流控制，以快速调节直流侧电压；如果误差值小于设定值，模糊调节器直接输出晶闸管触发控制角α；通过晶闸管触发控制角α的调整，维持整流电路输出直流电压的稳定；当负载发生变化较大时，触发装置根据设定的模糊规则自动切换控制参数；

读取SCI接收寄存器数据，并根据MODBUS协议对接收到的数据进行处理，如果是读命令，则将直流电压电流值、交流电压电流值、晶闸管控制角值和故障信息状态写入到指定寄存器，根据MODBUS协议生成应答数据流，并将数据流写入到SCI发送寄存器；如果是写命令，则根据指定的地址和数据数量，对相应的寄存器进行赋值，根据MODBUS协议生成应答数据流，并将数据流写入到SCI发送寄存器；

如果接收到系统运行控制命令，则检查系统是否有故障，如果有故障，则系统停止运行、系统停止标志位置位；如果没有故障，则继续检查是否有脉冲封锁命令；如果有脉冲封锁命令，则封锁晶闸管触发脉冲、脉冲封锁标志位置位；如果没有脉冲封锁命令，则系统开始运行，并将系统运行标志位置位；然后打开中断，退出中断子程序；如果没有接收到系统运行控制命令，则检查是否有系统停止命令；

如果接收到系统停止命令，则系统停止运行、系统停止标志位置位，然后打开中断，退出中断子程序；如果没有接收到系统停止命令，则检查是否有脉冲封锁命令；

如果接收到脉冲封锁命令，则封锁晶闸管触发脉冲、脉冲封锁标志位置位，然后打开中断，退出中断子程序；

当产生捕获中断时，按照以下步骤进行操作：

如果是CAP1发生中断，则判断捕获边沿的极性，如果是上升沿则将CAP1Ed赋值Ris ing，如果是下降沿则将CAP1Ed赋值Falling，然后将EPWM1定时器和EPWM4定时器计数寄存器清零、比较寄存器赋值，并计算同步信号宽度；如果不是CAP1中断，则判断是否是CAP2发生中断；

如果是CAP2发生中断，则判断捕获边沿的极性，如果是上升沿则将CAP2Ed赋值Rising，如果是下降沿则将CAP2Ed赋值Falling，然后将EPWM2定时器和EPWM5定时器计数寄存器清零、比较寄存器赋值，并计算同步信号宽度；如果不是CAP2中断，则判断是否是CAP3发生中断；

如果是CAP3发生中断，则判断捕获边沿的极性，如果是上升沿则将CAP3Ed赋值Rising，如果是下降沿则将CAP3Ed赋值Falling，然后将EPWM3定时器和EPWM6定时器计数寄存器清零、比较寄存器赋值，并计算同步信号宽度；

如果同步信号宽度计算值与理论值之差大于设定值，则需要重新计算30°电角度和晶闸管触发脉冲的宽度；

最后，打开中断，并对状态位进行清除，退出中断程序；

当发生EPWM定时器中断时，按以下步骤进行操作：

如果是EPWM1定时器发生中断，则判别CAP1Ed的是否为Rising，如果是，则输出第一晶闸管的触发脉冲，同时输出第十、十一、十二晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第一晶闸管的120°宽脉冲；如果不是，则输出第七晶闸管的触发脉冲，同时输出第四、第五、第六晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第七晶闸管的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM1中断，则判别是否是EPWM2定时器发生中断；

如果是EPWM2定时器发生中断，则判别CAP2Ed的是否为Rising，如果是，则输出第五晶闸管的触发脉冲，同时输出第二、第三、第四晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第五晶闸管的120°宽脉冲；如果不是，则输出第十一晶闸管的触发脉冲，同时输出第八、第九、第十晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第十一晶闸管的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM2中断，则判别是否是EPWM3定时器发生中断；

如果是EPWM3定时器发生中断，则判别CAP3Ed的是否为Rising，如果是，则输出第九晶闸管的触发脉冲，同时输出第六、第七、第八晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第九晶闸管的120°宽脉冲；如果不是，则输出第三晶闸管的触发脉冲，同时输出第十二、第一、第二晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第三晶闸管的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM3中断，则判别是否是EPWM4定时器发生中断；

如果是EPWM4定时器发生中断，则判别CAP1Ed的是否为Rising，如果是，则输出第二晶闸管的触发脉冲，同时输出第一、第十一、第十二晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第二晶闸管的120°宽脉冲；如果不是，则输出第八晶闸管的触发脉冲，同时输出第五、第六、第七晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第八晶闸管的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM4中断，则判别是否是EPWM5定时器发生中断；

如果是EPWM5定时器发生中断，则判别CAP2Ed的是否为Rising，如果是，则输出第六晶闸管的触发脉冲，同时输出第三、第四、第五晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第六晶闸管的120°宽脉冲；如果不是，则输出第十二晶闸管的触发脉冲，同时输出第九、第十、第十一晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第十二晶闸管的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM5中断，则判别是否是EPWM6定时器发生中断；

如果是EPWM6定时器发生中断，则判别CAP3Ed的是否为Rising，如果是，则输出第十晶闸管的触发脉冲，同时输出第七、第八、第九晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第十晶闸管的120°宽脉冲；如果不是，则输出第四晶闸管的触发脉冲，同时输出第一、第二、第三晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第四晶闸管的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序。

Images