基於DSP控制的晶閘管調壓電路PWM驅動方法與流程
2023-06-21 15:50:01 4
本發明涉及電路控制技術領域，具體涉及一種基於dsp控制的晶閘管調壓電路驅動方法。
背景技術：
在晶閘管反並聯控制的工頻電網電壓調壓電路中，一般採用脈衝變壓器驅動放大實現可控矽(siliconcontrolledrectifier，後簡稱scr)有效驅動，利用脈衝變壓器的原副邊的隔離功能隔開控制弱電與高壓380v/220v電源。
傳統的scr驅動脈衝採用寬脈衝驅動方法，採用dsp的cap捕獲功能與網側電壓過零點同步，利用dsp的pwm輸出相位控制功能實現相控，或者應用硬體rc延時電路來實現脈衝延時觸發。
如圖1所示為典型應用於晶閘管的驅動電路原理圖，同樣為本發明所應用的晶閘管驅動電路，其中v2三極體的基極端與dsp的pwm輸出端相連接，接受pwm的脈衝驅動信號。電源e1為5v或者3.3v供電，e2電源為15v供電，tm為脈衝變壓器，電路右端輸出脈衝系列。v2、v3三極體導通時通過脈衝變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發脈衝。
圖2所示為現有技術中，採用寬脈衝的方式對晶閘管進行驅動原理，其中α為相控角，驅動脈衝為穩定電壓的寬脈衝。
這樣做的缺點是通過脈衝變壓器進行驅動信號的放大與隔離驅動過程中，為使脈衝變壓器不達到磁通飽和狀態，脈衝變壓器的體積和功率設計比較大，佔用了相對比較大的電路板和增加了驅動電路的成本。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是，提供一種基於dsp控制的晶閘管調壓電路pwm驅動方法，有效地減小了對驅動用的隔離變壓器的設計容量要求，有效地減小了對晶閘管驅動電路的電源功率要求，並且提供了一種基於dsp的啟動方案。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：
一種基於dsp控制的晶閘管調壓電路pwm驅動方法，應用於晶閘管驅動電路，所述晶閘管驅動電路至少包括兩個反向並聯為一組的晶閘管；其特徵在於：首先將網測線電壓轉化為與電壓過零點同步發生的方波信號，從方波下降沿開始，在延後的設定相控角度α時刻，通過dsp發送對第一晶閘管的門極驅動脈衝群，當脈衝輸出到第一設定寬度時中止對第一晶閘管的驅動脈衝群；第二晶閘管的驅動信號為第一晶閘管的驅動信號直接延時180度相位角來實現；通過設置不同的延後的設定相控角度α時刻，實現負載端電壓值的連續調節。
上述技術方案中，方波信號為電壓從負到正過零時刻產生從1到0的方波下降沿，電壓從正到負過零點時刻產生從0到1的方波上升沿。
上述技術方案中，具體包括如下步驟：
step1：首先將網測線電壓轉化為與線電壓正負極性相對應的方波信號；
step2：然後，dsp捕獲方波電壓下降沿或者上升沿；
step3：在dsp捕獲中斷中，記錄方波下降沿或上升沿的時刻點t0，t0時刻確定為網側線電壓從負值到正值過零點時刻；
step4：在dsp中採用設定頻率中斷查詢cpu定時器計值，在cpu定時器從t0時刻開始計時；
step5：從計時時刻開始，判斷相位控制角度α對應的時間是否到設定時間t1；如未到達，繼續等待直至設定時間t1；
step6：如step5到達設定時間t1，則pwm輸出到第一晶閘管對應的驅動電路；
step7：從開始發出第一晶閘管驅動脈衝的時刻t1起，判斷驅動時間是否到達4ms～6ms寬度時間t2；如未到達，繼續等待直至到達設定時間t2；
step8：如step7到達設定時間t2，則禁止pwm輸出到第一晶閘管對應的驅動電路；
step9：從開始發出第一晶閘管驅動脈衝的時刻t1起，通過查詢cpu的32位定時器判斷時間是否到達+10ms寬度時間t3，如未到達，繼續等待直至到達設定時間t3；
step10：如step9到達設定時間t3，則開通脈衝系列輸出到第二晶閘管對應的驅動電路；
step11：從開始發出第一晶閘管驅動脈衝的時刻t1起，判斷相位控制角度α對應的時間是否到達+15ms寬度時間t4，如未到達，繼續等待直至到達設定時間t4；
step12：如step11到達設定時間t4，則禁止pwm脈衝系列輸出到第二晶閘管對應的驅動電路；本周期的電壓控制結束，等待進入下一個電壓控制周期，等待電網電壓方波的捕獲。
上述技術方案中，對第一及第二晶閘管的驅動脈衝群為採用40％～60％佔空比的高頻pwm信號。
上述技術方案中，對第一及第二晶閘管，pwm輸出口配置為8khz的pwm50％佔空比脈衝輸出。
較於傳統的寬脈衝啟動，本方案可以大大減小脈衝變壓器的體積，保證晶閘管可靠的開通，並有效地減小了驅動電路電源直流電源的功率輸出。
附圖說明
圖1：應用於晶閘管控制的脈衝變壓器放大驅動電路硬體電路圖；
圖2：現有技術中的寬脈衝相控調壓方法原理圖；
圖3：本發明所應用的基於pwm高頻脈衝系列晶閘管驅動的相控調壓方法原理圖；
圖4：應用於電機軟啟動的晶閘管調壓系統原理圖；
圖5：基於單相反並聯晶閘管控制的調壓電路原理圖；
圖6：本發明中實施的基於8khz的高頻pwm脈衝系列的晶閘管驅動的相控調壓原理圖；
圖7：本發明中基於dsp控制的晶閘管調壓電路pwm驅動方法流程圖。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互結合。
圖3所示為本發明所應用的高頻脈衝系列形式進行的對晶閘管進行驅動，本發明所發出的晶閘管調壓pwm驅動信號的實現方式，在電網電壓過零點開始延後相控角度為α後通過dsp發送8khz的門極驅動脈衝。相較於傳統的寬脈衝，本方案可以大大減小脈衝變壓器的體積，保證晶閘管可靠的開通，並有效地減小了驅動電路電源15v直流電源的功率輸出。
圖4應用於電機軟啟動的晶閘管調壓系統原理，通過高速信號處理器dsp對電機供電主電路的電壓與電流進行實時的檢測並進行高速運算後，根據需要進行晶閘管的相位控制實現電機端的輸入電壓有效值連續平滑調節，實現軟啟動過程。
圖5所示的為晶閘管反並聯連接的調壓電路，通過對電網電壓的相位控制實現負載端電壓有效值的平滑可調，當應用此電路三相作為三相異步電機的起動電路時，即為軟啟動器。
圖6所示的時刻為電網電壓的0相位時刻，通過對電網電壓的過零檢測電路的方波下降沿的捕獲，在捕獲中斷中實現對此捕獲時刻的32位系統定時器計時。以t0為0時刻基準，根據需要調製的相控角α，延時到對應的時刻t1，即可以在100khz的快速中斷中使能pwm脈衝波的輸出。當脈衝波輸出到一定的寬度(4ms～6ms)，這裡確定為5ms後，同樣在100khz的中斷中禁止pwm脈衝的輸出。以此段脈衝作為如圖5所示的第一晶閘管t1的門極驅動信號。第二晶閘管t2的驅動信號為第一晶閘管t1的驅動信號直接延時180度相位角來實現。對應於50hz的工頻電網來說，也就是標準的10ms延時。也即在t1時刻延時10ms時在100khz的快速中斷中打開晶閘管t2對應的驅動脈衝使能，在相對於t3時刻延時5ms後即可禁止晶閘管t2對應的驅動脈衝使能。按照這一控制邏輯即可以完成一個周波的電網電壓相位調控，而後的控制以此等同地控制每一個周波電壓，在調壓的過程中根據需要變化不同的調製角α，即可實現負載端電壓有效值的連續調節。
以上電壓調製過程可以用圖7所示的流程圖表示出來，應用於三相軟啟動器中只需要把此方法拓展到三相控制即可實現。包括如下步驟：
step1：首先將網測線電壓轉化為與線電壓正負極性相對應的方波信號；
step2：然後，dsp捕獲方波電壓下降沿或者上升沿；
step3：在dsp捕獲中斷中，記錄方波下降沿或上升沿的時刻點t0，t0時刻確定為網側線電壓從負值到正值過零點時刻；
step4：在dsp中採用100khz中斷查詢32位cpu定時器計值，在cpu定時器從t0時刻開始計時；
step5：從計時時刻開始，判斷相位控制角度α對應的時間是否到設定時間t1；如未到達，繼續等待直至設定時間t1；
step6：如step5到達設定時間t1，則pwm輸出到第一晶閘管對應的驅動電路；
step7：從開始發出t1晶閘管驅動脈衝的時刻t1起，判斷驅動時間是否到達4ms～6ms寬度時間t2；如未到達，繼續等待直至到達設定時間t2；
step8：如step7到達設定時間t2，則禁止pwm輸出到第一晶閘管對應的驅動電路；
step9：從開始發出第一晶閘管驅動脈衝的時刻t1起，通過查詢cpu的32位定時器判斷時間是否到達+10ms寬度時間t3，如未到達，繼續等待直至到達設定時間t3；
step10：如step9到達設定時間t3，則開通脈衝系列輸出到第二晶閘管對應的驅動電路；
step11：從開始發出第一晶閘管驅動脈衝的時刻t1起，判斷相位控制角度α對應的時間是否到達+15ms寬度時間t4，如未到達，繼續等待直至到達設定時間t4；
step12：如step11到達設定時間t4，則禁止pwm脈衝系列輸出到第二晶閘管對應的驅動電路；本周期的電壓控制結束，等待進入下一個電壓控制周期，等待電網電壓方波的捕獲。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均包含在本發明的保護範圍之內。