CN107147382B - 基于dsp控制的晶闸管调压电路pwm驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于DSP控制的晶闸管调压电路PWM驱动方法，首先将网测线电压转化为与电压过零点同步发生的方波信号，从方波下降沿开始，在延后的设定相控角度α时刻，通过DSP发送对第一晶闸管的门极驱动脉冲群，当脉冲输出到第一设定宽度时中止对第一晶闸管的驱动脉冲群；第二晶闸管的驱动信号为第一晶闸管的驱动信号直接延时180度相位角来实现；通过设置不同的延后的设定相控角度α时刻，实现负载端电压值的连续调节。较于传统的宽脉冲启动，本方案可以大大减小脉冲变压器的体积，保证晶闸管可靠的开通，并有效地减小了驱动电路电源直流电源的功率输出。

Description

基于DSP控制的晶闸管调压电路PWM驱动方法
技术领域
本发明涉及电路控制技术领域，具体涉及一种基于DSP控制的晶闸管调压电路驱动方法。
背景技术
在晶闸管反并联控制的工频电网电压调压电路中，一般采用脉冲变压器驱动放大实现可控硅(Silicon Controlled Rectifier，后简称SCR)有效驱动，利用脉冲变压器的原副边的隔离功能隔开控制弱电与高压380V/220V电源。
传统的SCR驱动脉冲采用宽脉冲驱动方法，采用DSP的CAP捕获功能与网侧电压过零点同步，利用DSP的PWM输出相位控制功能实现相控，或者应用硬件RC延时电路来实现脉冲延时触发。
如图1所示为典型应用于晶闸管的驱动电路原理图，同样为本发明所应用的晶闸管驱动电路，其中V2三极管的基极端与DSP的PWM输出端相连接，接受PWM的脉冲驱动信号。电源E1为5V或者3.3V供电，E2电源为15V供电，TM为脉冲变压器，电路右端输出脉冲系列。V2、V3三极管导通时通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。
图2所示为现有技术中，采用宽脉冲的方式对晶闸管进行驱动原理，其中α为相控角，驱动脉冲为稳定电压的宽脉冲。
这样做的缺点是通过脉冲变压器进行驱动信号的放大与隔离驱动过程中，为使脉冲变压器不达到磁通饱和状态，脉冲变压器的体积和功率设计比较大，占用了相对比较大的电路板和增加了驱动电路的成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种基于DSP控制的晶闸管调压电路PWM驱动方法，有效地减小了对驱动用的隔离变压器的设计容量要求，有效地减小了对晶闸管驱动电路的电源功率要求，并且提供了一种基于DSP的启动方案。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于DSP控制的晶闸管调压电路PWM驱动方法，应用于晶闸管驱动电路，所述晶闸管驱动电路至少包括两个反向并联为一组的晶闸管；其特征在于：首先将网测线电压转化为与电压过零点同步发生的方波信号，从方波下降沿开始，在延后的设定相控角度α时刻，通过DSP发送对第一晶闸管的门极驱动脉冲群，当脉冲输出到第一设定宽度时中止对第一晶闸管的驱动脉冲群；第二晶闸管的驱动信号为第一晶闸管的驱动信号直接延时180度相位角来实现；通过设置不同的延后的设定相控角度α时刻，实现负载端电压值的连续调节。
上述技术方案中，方波信号为电压从负到正过零时刻产生从1到0的方波下降沿，电压从正到负过零点时刻产生从0到1的方波上升沿。
上述技术方案中，具体包括如下步骤：
Step1：首先将网测线电压转化为与线电压正负极性相对应的方波信号；
Step2：然后，DSP捕获方波电压下降沿或者上升沿；
Step3：在DSP捕获中断中，记录方波下降沿或上升沿的时刻点t0，t0时刻确定为网侧线电压从负值到正值过零点时刻；
Step4：在DSP中采用设定频率中断查询CPU定时器计值，在CPU定时器从t0时刻开始计时；
Step5：从计时时刻开始，判断相位控制角度α对应的时间是否到设定时间t1；如未到达，继续等待直至设定时间t1；
Step6：如Step5到达设定时间t1，则PWM输出到第一晶闸管对应的驱动电路；
Step7：从开始发出第一晶闸管驱动脉冲的时刻t1起，判断驱动时间是否到达4ms～6ms宽度时间t2；如未到达，继续等待直至到达设定时间t2；
Step8：如Step7到达设定时间t2，则禁止PWM输出到第一晶闸管对应的驱动电路；
Step9：从开始发出第一晶闸管驱动脉冲的时刻t1起，通过查询CPU的32位定时器判断时间是否到达+10ms宽度时间t3，如未到达，继续等待直至到达设定时间t3；
Step10：如Step9到达设定时间t3，则开通脉冲系列输出到第二晶闸管对应的驱动电路；
Step11：从开始发出第一晶闸管驱动脉冲的时刻t1起，判断相位控制角度α对应的时间是否到达+15ms宽度时间t4，如未到达，继续等待直至到达设定时间t4；
Step12：如Step11到达设定时间t4，则禁止PWM脉冲系列输出到第二晶闸管对应的驱动电路；本周期的电压控制结束，等待进入下一个电压控制周期，等待电网电压方波的捕获。
上述技术方案中，对第一及第二晶闸管的驱动脉冲群为采用40％～60％占空比的高频PWM信号。
上述技术方案中，对第一及第二晶闸管，PWM输出口配置为8KHz的PWM50％占空比脉冲输出。
较于传统的宽脉冲启动，本方案可以大大减小脉冲变压器的体积，保证晶闸管可靠的开通，并有效地减小了驱动电路电源直流电源的功率输出。
附图说明
图1：应用于晶闸管控制的脉冲变压器放大驱动电路硬件电路图；
图2：现有技术中的宽脉冲相控调压方法原理图；
图3：本发明所应用的基于PWM高频脉冲系列晶闸管驱动的相控调压方法原理图；
图4：应用于电机软启动的晶闸管调压系统原理图；
图5：基于单相反并联晶闸管控制的调压电路原理图；
图6：本发明中实施的基于8KHz的高频PWM脉冲系列的晶闸管驱动的相控调压原理图；
图7：本发明中基于DSP控制的晶闸管调压电路PWM驱动方法流程图。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图3所示为本发明所应用的高频脉冲系列形式进行的对晶闸管进行驱动，本发明所发出的晶闸管调压PWM驱动信号的实现方式，在电网电压过零点开始延后相控角度为α后通过DSP发送8KHz的门极驱动脉冲。相较于传统的宽脉冲，本方案可以大大减小脉冲变压器的体积，保证晶闸管可靠的开通，并有效地减小了驱动电路电源15V直流电源的功率输出。
图4应用于电机软启动的晶闸管调压系统原理，通过高速信号处理器DSP对电机供电主电路的电压与电流进行实时的检测并进行高速运算后，根据需要进行晶闸管的相位控制实现电机端的输入电压有效值连续平滑调节，实现软启动过程。
图5所示的为晶闸管反并联连接的调压电路，通过对电网电压的相位控制实现负载端电压有效值的平滑可调，当应用此电路三相作为三相异步电机的起动电路时，即为软启动器。
图6所示的时刻为电网电压的0相位时刻，通过对电网电压的过零检测电路的方波下降沿的捕获，在捕获中断中实现对此捕获时刻的32位系统定时器计时。以t0为0时刻基准，根据需要调制的相控角α，延时到对应的时刻t1，即可以在100KHz的快速中断中使能PWM脉冲波的输出。当脉冲波输出到一定的宽度(4ms～6ms)，这里确定为5ms后，同样在100KHz的中断中禁止PWM脉冲的输出。以此段脉冲作为如图5所示的第一晶闸管T1的门极驱动信号。第二晶闸管T2的驱动信号为第一晶闸管T1的驱动信号直接延时180度相位角来实现。对应于50Hz的工频电网来说，也就是标准的10ms延时。也即在t1时刻延时10ms时在100KHz的快速中断中打开晶闸管T2对应的驱动脉冲使能，在相对于t3时刻延时5ms后即可禁止晶闸管T2对应的驱动脉冲使能。按照这一控制逻辑即可以完成一个周波的电网电压相位调控，而后的控制以此等同地控制每一个周波电压，在调压的过程中根据需要变化不同的调制角α，即可实现负载端电压有效值的连续调节。
以上电压调制过程可以用图7所示的流程图表示出来，应用于三相软启动器中只需要把此方法拓展到三相控制即可实现。包括如下步骤：
Step1：首先将网测线电压转化为与线电压正负极性相对应的方波信号；
Step2：然后，DSP捕获方波电压下降沿或者上升沿；
Step3：在DSP捕获中断中，记录方波下降沿或上升沿的时刻点t0，t0时刻确定为网侧线电压从负值到正值过零点时刻；
Step4：在DSP中采用100KHz中断查询32位CPU定时器计值，在CPU定时器从t0时刻开始计时；
Step5：从计时时刻开始，判断相位控制角度α对应的时间是否到设定时间t1；如未到达，继续等待直至设定时间t1；
Step6：如Step5到达设定时间t1，则PWM输出到第一晶闸管对应的驱动电路；
Step7：从开始发出T1晶闸管驱动脉冲的时刻t1起，判断驱动时间是否到达4ms～6ms宽度时间t2；如未到达，继续等待直至到达设定时间t2；
Step8：如Step7到达设定时间t2，则禁止PWM输出到第一晶闸管对应的驱动电路；
Step9：从开始发出第一晶闸管驱动脉冲的时刻t1起，通过查询CPU的32位定时器判断时间是否到达+10ms宽度时间t3，如未到达，继续等待直至到达设定时间t3；
Step10：如Step9到达设定时间t3，则开通脉冲系列输出到第二晶闸管对应的驱动电路；
Step11：从开始发出第一晶闸管驱动脉冲的时刻t1起，判断相位控制角度α对应的时间是否到达+15ms宽度时间t4，如未到达，继续等待直至到达设定时间t4；
Step12：如Step11到达设定时间t4，则禁止PWM脉冲系列输出到第二晶闸管对应的驱动电路；本周期的电压控制结束，等待进入下一个电压控制周期，等待电网电压方波的捕获。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于DSP控制的晶闸管调压电路PWM驱动方法，应用于晶闸管驱动电路，所述晶闸管驱动电路至少包括两个反向并联为一组的晶闸管；其特征在于：首先将网测线电压转化为与电压过零点同步发生的方波信号，从方波下降沿开始，在延后的设定相控角度α时刻，通过DSP发送对第一晶闸管的门极驱动脉冲群，当脉冲输出到第一设定宽度时中止对第一晶闸管的驱动脉冲群；第二晶闸管的驱动信号为第一晶闸管的驱动信号直接延时180度相位角来实现；通过设置不同的延后的设定相控角度α时刻，实现负载端电压值的连续调节。
2.根据权利要求1所述的基于DSP控制的晶闸管调压电路PWM驱动方法，其特征在于：方波信号为电压从负到正过零时刻产生从1到0的方波下降沿，电压从正到负过零点时刻产生从0到1的方波上升沿。
3.根据权利要求1所述的基于DSP控制的晶闸管调压电路PWM驱动方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
Step1：首先将网测线电压转化为与线电压正负极性相对应的方波信号；
Step2：然后，DSP捕获方波电压下降沿或者上升沿；
Step3：在DSP捕获中断中，记录方波下降沿或上升沿的时刻点t0， t0时刻确定为网侧线电压从负值到正值过零点时刻；
Step4：在DSP中采用设定频率中断查询CPU定时器计值，在CPU定时器从t0时刻开始计时；
Step5：从计时时刻开始，判断相位控制角度α对应的时间是否到设定时间t1；如未到达，继续等待直至设定时间t1；
Step6：如Step5到达设定时间t1，则PWM输出到第一晶闸管对应的驱动电路；
Step7：从开始发出第一晶闸管驱动脉冲的时刻t1起，判断驱动时间是否到达4ms～6ms宽度时间t2；如未到达，继续等待直至到达设定时间t2；
Step8：如Step7到达设定时间t2，则禁止PWM输出到第一晶闸管对应的驱动电路；
Step9：从开始发出第一晶闸管驱动脉冲的时刻t1起，通过查询CPU的32位定时器判断时间是否到达+10ms宽度时间t3，如未到达，继续等待直至到达设定时间t3；
Step10：如Step9到达设定时间t3，则开通脉冲系列输出到第二晶闸管对应的驱动电路；
Step11：从开始发出第一晶闸管驱动脉冲的时刻t1起，判断相位控制角度α对应的时间是否到达+15ms宽度时间t4，如未到达，继续等待直至到达设定时间t4；
Step12：如Step11到达设定时间t4，则禁止PWM脉冲系列输出到第二晶闸管对应的驱动电路；本周期的电压控制结束，等待进入下一个电压控制周期，等待电网电压方波的捕获。
4.根据权利要求1所述的基于DSP控制的晶闸管调压电路PWM驱动方法，其特征在于：对第一及第二晶闸管的驱动脉冲群为采用40%～60%占空比的高频PWM信号。
5.根据权利要求1所述的基于DSP控制的晶闸管调压电路PWM驱动方法，其特征在于：对第一及第二晶闸管，PWM输出口配置为8KHz的PWM50%占空比脉冲输出。
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