CN204517771U - 晶闸管电动机软起动器双窄高频触发脉冲列生成电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种基于FPGA的晶闸管电动机软起动器双窄高频触发脉冲列生成电路，其结构包括锁相环模块，相控角给定端口，三相同步信号输入端口，脉冲输出使能端口，三相双窄脉冲输出模块和高频双窄脉冲合成模块；优点：本实用新型基于可编程硬件平台设计，可以通过软件修改高频脉冲列的频率和占空比，以适应不同的驱动电路。与常规由计算机软件定时器生成高频双窄脉冲列相比，具有稳定性高，抗干扰能力强的优点；与传统ASIC双窄脉冲生成电路相比，具有成本低，易量产，设计周期短、结构简单的优点，故具有较高市场推广价值。

Description

晶闸管电动机软起动器双窄高频触发脉冲列生成电路

技术领域

本实用新型涉及的是一种基于FPGA的晶闸管电动机软起动器双窄高频触发脉冲列生成电路，属于晶闸管电动机软起动领域。

背景技术

晶闸管软起动器基于晶闸管的可控导通特性，通过控制晶闸管的导通角以调节电动机定子绕组电压的有效值，减小起动电流，实现软起动。随着电力电子器件制造技术的发展，晶闸管软起动器得到了广泛应用。在晶闸管电动机软起动器中，当采用脉冲变压器作为隔离驱动时，需要考虑脉冲变压器饱和问题。受限于脉冲变压器体积，双窄脉冲信号一般难以实现可靠驱动。通过高频脉冲信号对传统的双窄脉冲进行调制，得到高频双窄脉冲列驱动信号，可有效避免脉冲变压器饱和现象，实现晶闸管可靠驱动。

当前主流技术为：软件生成脉冲和专用ASIC生成脉冲。软件实现一般是分别产生双窄脉冲和高频调制脉冲，再通过外围门电路，对双窄脉冲进行调制。软件实现方法存在占用资源多，稳定性不高，抗干扰能力弱等缺点。也有利用三相六脉冲生成专用芯片如TC787实现双窄脉冲输出。TC787同样也不能产生高频的双窄脉冲列，需要与其他电路配合使用，才能实现可靠的脉冲变压器隔离驱动。TC787的脉冲宽度通过外围电路的电容调节，操作繁琐。相控角为模拟量给定，与数字控制系统对接不友好，使得系统设计复杂，可靠性降低。

发明内容

本实用新型提供了一种基于FPGA的晶闸管电动机软起动器双窄高频触发脉冲列生成电路，其目的旨在克服现有技术所存在的上述不足，具有稳定性高，实时性好，抗干扰能力强等优点。

本实用新型的技术解决方案：基于FPGA的异步电动机软起动器晶闸管门极双窄高频触发脉冲列生成电路，其结构包括锁相环模块，相控角给定端口，三相同步信号输入端口，脉冲输出使能端口，三相双窄脉冲输出模块和高频双窄脉冲合成模块；其中锁相环模块的信号输出端连接三相双窄脉冲输出模块的第一信号输入端，相控角给定端口的信号输出端连接三相双窄脉冲输出模块的第二信号输入端，三相同步信号输入端口的信号输出端连接三相双窄脉冲输出模块的第三信号输入端，脉冲输出使能端口的信号输出端连接三相双窄脉冲输出模块的第四信号输入端，三相双窄脉冲输出模块的信号输出端连接高频双窄脉冲合成模块的信号输入端。

本实用新型的优点：

1）基于硬件平台设计，与软件实现方法相比，具有稳定性高，实时性好，抗干扰能力强的优点。

2）具有结构紧凑，设计难度低，易于改进，易于量产等优点。

3）集成了高频脉冲频率发生功能和高频双窄脉冲合成模块，省去了外围复杂的逻辑门电路，结构简单。并且高频脉冲占空比，双窄脉冲脉宽等参数，均可根据晶闸管、脉冲变压器的型号及其参数通过对话框方便修改。

4）基于可编程硬件平台设计，可以通过软件修改高频脉冲列的频率和占空比，以适应不同的驱动电路。

5）对脉冲变压器驱动或光耦驱动晶闸管触发电路均适用。

附图说明

图1是本实用新型的拓扑结构框图。

图2 是本实用新型实施案例输出波形。

图3是本实用新型实施案例Quartus顶层原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，基于FPGA的异步电动机软起动器晶闸管门极双窄高频触发脉冲列生成电路，其结构包括锁相环模块1，相控角给定端口2，三相同步信号输入端口3，脉冲输出使能端口4，三相双窄脉冲输出模块5和高频双窄脉冲合成模块6；其中锁相环模块1的信号输出端连接三相双窄脉冲输出模块5的第一信号输入端，相控角给定端口2的信号输出端连接三相双窄脉冲输出模块5的第二信号输入端，三相同步信号输入端口3的信号输出端连接三相双窄脉冲输出模块5的第三信号输入端，脉冲输出使能端口4的信号输出端连接三相双窄脉冲输出模块5的第四信号输入端，三相双窄脉冲输出模块5的信号输出端连接高频双窄脉冲合成模块6的信号输入端。

正常使用时，首先设置锁相环的分频参数，三相双窄脉冲输出模块的脉冲宽度参数和高频双窄脉冲合成模块中的高频脉冲占空比和频率。根据具体驱动方式、驱动电路元件型号、负载等设置以上参数。将三相同步信号接入三相同步信号输入端口，通过相控角给定端口输入相控角Alpha，将脉冲输出使能端口置高电平，三相双窄脉冲输出模块输出双窄脉冲，再通过高频双窄脉冲合成模块进行脉冲调制，即可输出高频双窄脉冲列。

当系统出现异常时，失能脉冲输出使能端口4，从而保护系统。

实施案例

如图2所示，本实施案例选用Altera公司的FPGA-EP1C3T144C8，配置芯片选用EPCS1。可通过Quartus9.0进行分析设计。数字控制芯片选用DSP-TMS320F2812，将DSP的GPIOA7-GPIOA0连接到本实用新型相控角给定端口2上。GPIOA8连接到脉冲输出使能端口4上用于控制脉冲输出。三相电源经过同步信号生成电路生成三相同步信号接入三相同步信号输入端口3。脉冲变压器选用KCB-02B1。根据该型号特性，在Quartus9.0中设置高频脉冲串的频率和占空比，使本实用新型适应该脉冲变压器。DSP通过GPIOA7-GPIOA0给定相控角Alpha，GPIOA8给定高电平时，使能脉冲输出，即可实现高频双窄脉冲列输出。

如图3所示，主要结构包括输入输出端口，锁相环PLL，三相双窄脉冲输出模块Pulse6和高频双窄脉冲合成模块，首先按照要求设置系统时钟，触发脉冲宽度和高频脉冲波形，使能En后即可实现高频双窄脉冲列输出。

三相双窄脉冲输出模块输出的脉冲宽度30度，高频双窄脉冲合成模块高频调制脉冲频率30 kHz。

三相双窄脉冲输出模块的脉冲宽度参数和高频双窄脉冲合成模块中的高频脉冲占空比占空比50%，相控角Alpha为30度。

分析可知，本设计方法可行。系统输出稳定的高频双窄脉冲列。

基于可编程硬件平台设计，可以通过软件修改高频脉冲列的频率和占空比，以适应不同的驱动电路。与常规由计算机软件定时器生成高频双窄脉冲列相比，具有稳定性高，抗干扰能力强的优点；与传统ASIC双窄脉冲生成电路相比，具有成本低，易量产，设计周期短、结构简单的优点，故具有较高市场推广价值。

Claims (3)

1.一种基于FPGA的晶闸管电动机软起动器双窄高频触发脉冲列生成电路，其特征是包括锁相环模块，相控角给定端口，三相同步信号输入端口，脉冲输出使能端口，三相双窄脉冲输出模块和高频双窄脉冲合成模块；其中锁相环模块的信号输出端连接三相双窄脉冲输出模块的第一信号输入端，相控角给定端口的信号输出端连接三相双窄脉冲输出模块的第二信号输入端，三相同步信号输入端口的信号输出端连接三相双窄脉冲输出模块的第三信号输入端，脉冲输出使能端口的信号输出端连接三相双窄脉冲输出模块的第四信号输入端，三相双窄脉冲输出模块的信号输出端连接高频双窄脉冲合成模块的信号输入端。

2.根据权利要求 1所述的一种基于FPGA的晶闸管电动机软起动器双窄高频触发脉冲列生成电路，其特征是所述三相双窄脉冲输出模块输出的脉冲宽度30度，高频双窄脉冲合成模块高频调制脉冲频率30 kHz。

3.根据权利要求 1所述的一种基于FPGA的晶闸管电动机软起动器双窄高频触发脉冲列生成电路，其特征是所述三相双窄脉冲输出模块的脉冲宽度参数和高频双窄脉冲合成模块中的高频脉冲占空比50%，相控角Alpha为30度。