专利名称：一种用于晶闸管高精度高可靠性整流稳压电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种改进的用于晶闸管的整流稳压电路，属电源技术领域。
背景技术：
在一个自动控制系统中，由于负载电路参数的变化，不可避免地带来输出的变化，为了求得稳定的输出，一个反馈电路是不可缺少的。对一个晶闸管整流稳压电路来说，它的稳压和稳流特性是依靠调整晶闸管触发脉冲的控制角来实现的，稳压或稳流系统的控制是依靠反馈信号进行闭环调节的。高精度闭环控制系统的给定信号应该为数字量，而电压反馈或电流反馈量往往为模拟量，所以控制系统内必须设有模数转换电路，将模拟量转换为数字量。给定量和反馈量的差值(即误差值)为调节器的输入，调节器的输出为晶闸管的移相角，它以定时器延时的数值反映出来。在数控控制电路中，模数转换器的输出是调节的基础，对它有两点基本的要求，一是分辨率要高，二是输出要稳定。通常的单片机为八位二进制，模数转换器的分辨率往往也是八位，这样的控制系统其精度很难超越精度百分之一的要求。
发明内容
本实用新型用于克服上述整流电源中的缺陷而提供一种用于晶闸管高精度高可靠性整流稳压电路。
本实用新型所说问题是以下述技术方案实现的一种用于晶闸管高精度高可靠性整流稳压电路，它包括整流变压器T2、晶闸管KP1、KP2和晶闸管的触发控制电路，由它们组成一个晶闸管的整流电源，其中，触发控制电路由同步信号电路、触发脉冲形成电路及功放电路组成，其中，同步信号电路输出与主电路同步的触发同步信号，定时器产生一方波信号，经微分电路后形成触发脉冲，再经功放电路放大后送脉冲变压器，后者输出接晶闸管的控制端，改进后的触发控制电路如下a.触发脉冲形成电路触发脉冲形成电路由CPU、模数转换电路、锁存器IC9、定时器IC16、GAL器件IC20组成，其中，电位器W0上的电压反馈模拟量信号AN0取自直流电源输出端上的电压(或电流)传感器G，其滑臂端接模数转换电路的一个通道CH0，模数转换电路为12位的AD转换芯片IC11，IC11采用MAX186，它的串行数据输出端接CPU的PI口P1.6，其指令输入端接CPU的P1口P1.5，时钟信号端CLK接P1口的P1.7，CPU的并行P0口接定时器IC16的数据口，同时，CPU的P0口还连接锁存器IC9的数据口，后者的输出端Q0、Q1接定时器IC16的A0、A1端，它们构成定时器三个口地址的选通信号，定时器的OUT0端输出方波信号，再经由电容C19和电阻R36组成的微分电路，送入IC20的GAL器件组合成双窄脉冲信号，双窄脉冲信号送入三极管T1，推动脉冲变压器MB1，后者将触发脉冲送至晶闸管KP1的控制极；b.同步方波和中断信号发生电路同步方波和中断信号发生电路由移相电路、电压比较器和反相器组成，其中，移相电路由电位器WA1和电容C1组成，电位器WA1的输入信号端接至同步变压器T1的TA1相，移相后的信号经电阻R1接至电压比较器IC1A的正相端，电压比较器采用运放器LM339，后者输出为一方波信号+A1，另经反相器IC4A反相后，输出-A1方波，该方波信号接至定时器IC16的GATE端；+A1相方波的上升沿经过由电阻RP0、电容C+A1组成的微分电路微分后，经二极管D+A1后送至反相器IC3D，后者输出为中断“0”请求信号；-A1方波信号经由电阻RP0、电容C-A1组成的微分电路微分后，经二极管D-A1后送至反相器IC3E，后者输出为中断“1”请求信号；中断“0”请求信号和中断“1”请求信号都接至CPU。
上述用于晶闸管高精度高可靠性整流稳压电路，在GAL器件和三极管T1之间增设光电隔离器IC22，光电隔离器IC22的输入端连接GAL器件的双窄脉冲输出端，其输出端经二极管L1接三极管T1的基极。
上述用于晶闸管高精度高可靠性整流稳压电路，所述电压传感器G的分辨率大于1/5000。
按照本实用新型提供的高精度整流稳压电路，通过硬件电路的设计，确保给定量、反馈量和调节器的高精度与高稳定度，从而使稳压稳流精度可靠地控制到千分之一以上。电路反馈环节采用比例积分调节模式，这种模式可以兼顾调节系统的稳定性和调节精度之间的矛盾，一旦与给定值之间出现偏差，可以迅速利用比例部分的强烈调节作用来消除这种偏差，当偏差减小后，又能维持足够高的控制精度。直流电源因负载变化、交流电源波动、元器件工作参数改变，以及瞬时过压、过载等都能迅速在反馈回路中得以反映，使高精度、高稳定性的控制性能很容易得以实现。
以下结合附图对本实用新型作进一步的详述
图1是本实用新型的电原理框图；图2是触发脉冲形成电路电原理图；图3为同步方波和中断信号发生电路的电原理图；图4是切换程序框图。
具体实施方式
直流电源设备的主电路一般采用晶闸管整流电路，为了降低输出直流电压的纹波，除输出功率较小者外，通常采用十二脉波整流电路，即整流变压器副边分别为星形和三角形联结。图1中的T2为整流变压器，KP1和KP2为两组晶闸管整流电路，可以是三相桥式，也可以是六相带平衡电抗器式。MB1和MB2为两组脉冲变压器，用以传送晶闸管的触发脉冲。T1是同步变压器，它提供两组相角互差三十度的三相交流电源的电压，用以向控制电路提供与整流变压器完全同相的同步电压信号。
本实用新型采用MAX186芯片作为模数转换器，其转换精度为二进制十二位，对应于十进制分辨率为1/4096，优于千分之一。
为说明原理，图2只给出一个模拟通道“AN0”，模拟量经电位器W0分压后接IC11的“CH0”通道，IC11采用MAX186，IC11和CPU之间的信息交换采用SPI方式，CPU采用AT89S8252，它本身就具有SPI功能，因此只要将CPU的P1.4接高电平、P1.5接MAX186的指令输入端、P1.6接MAX186的数据输出端、P1.7接MAX186的时钟输入就可以将对MAX186的各通道进行采样，由MAX186进行模数转换。
定时器IC16采用8254定时器，它的内部包含三个完全相同的定时器，其输入为十六位二进制码，完全能满足控制精度为千分之一的要求，为了令其产生脉冲，CPU不但用P2.0提供8254的片选地址“CS”，而且通过IC9(采用75HC373)锁存低位地址，用以分辨当前使用的是定时器IC16内部的哪一个定时器，再通过读写信号将需要延时的数值，以双字节方式，分两次写入定时器IC16。此外，定时器的工作还需要一个时钟和一个方波，时钟脉冲可以直接引用CPU的ALE信号，而送入“GATE”的方波，其正电平区间应该复盖定时器IC16输出方波的整个移相范围，而且，方波的起始点，应该就是该相控制角为零度的时刻，这应该与硬件系统向CPU申请中断的时刻完全一致，只有这样才能保证硬件和软件的同步，保证触发脉冲移相角的准确性。
定时器IC16的三个“OUT”口输出的是三个方波，它的上升沿对应于三相触发脉冲的前沿。对于电阻性负载的整流电路，可以采用双窄脉冲触发，因此定时器IC16的方波输出还应该通过微分电路，将方波转变为窄脉冲。图2中只画出定时器IC16中GATE0输出的一路方波，经过C19和R36组成的微分电路，送入IC20的GAL器件组合成双窄脉冲，(也可以使用二极管或门组成双脉冲)。IC20输出的才是真正的晶闸管所需的触发脉冲。该信号通过光电隔离器IC22和三极管T1推动脉冲变压器MB1，将放大了的脉冲送到晶闸管KP1的控制极。光电隔离器IC22可采用ILISO；IC20可采用GAL16V8。光电隔离器件用以进一步削弱外界电力系统串入的各种电气干扰，发光二极管L1作为脉冲指示，可以直观地看到是否有脉冲传送到功放三极管。电阻RP6为偏置电阻。
图3表达了各相方波和中断信号的产生，图中电位器WA1、R1和C1组成一个T型滤波器，可以滤掉窜入的各种电气干扰。更为重要的是，电位器WA1和电容C1组成一个移相电路。在晶闸管整流电路中，晶闸管自然换流点迟后于电力系统正弦波过零点30°，调整WA1的阻值，可以使C1上的正弦波过零点正好迟后于TA1电压过零点30°相角，这样IC1A输入过零的时刻刚正好是该相触发脉冲控制角零度。IC1A为电压比较器，(也可以用任何型号的运算放大器代替)，将正弦波转换为方波，因此IC1A的输出为+A相方波，而经过IC4A反相后，输出的就是-A相方波。该两相方波提供8254定时器的GATE信号，用作定时的时间起点，其他各相也如此。+A1相方波的上升沿经过微分后，得到正的微分脉冲，再通过二极管推动反相器IC3D，因此IC3D输出的是负脉冲，这就是硬件电路向CPU发出的中断“0”请求，告诉CPU现在是电源的一个新的电源周期的开始。
至于中断“1”的产生，其原理与中断“0”是完全相同的，所不同的是有十一个微分脉冲经过二极管D-A1、D+C2、D-C2等并联后送到反相器IC3E，IC3E的输出就是中断“1”信号。所以在十二脉波整流电路中，就应该有相应于十二相交流电源的十二个方波信号送到8254定时器的GATE端，此外还有十一个中断“1”和一个中断“0”也送给CPU。
图3中只画出同步变压器第一组的TA1相和第二组的TC2相，其它四相从略。图中IC1A、IC2C可采用电压比较器或运算放大器，图中采用LM339；反相器IC4A、IC3D、IC3E、IC4C可采用74HC04。
本实用新型中闭环反馈的高精度是由各有关环节决定的，必须确保给定量、反馈量和调节器的高精度与稳定度。为保证精度，给定量采用双字节(16位)，理论分辨率为1/65536，远大于1/1000精度的要求；反馈回路的数字采样，采用12位A/D转换器，理论分辨率为1/4096；传感器必须选用高稳定度和分辨率优于1/5000的品种，例如可采用ZBB-21型传感器在软件方面，高精度稳压或稳流是依靠闭环控制系统中采用双字节比例积分调节运算的结果。以电压(电流与此相同)闭环为例，首先是电压的给定量为数字量，电压反馈量就是相应模数转换器输出的数字量，给定量和反馈量的差值为调节器(软件)的输入，调节器的输出为晶闸管的控制角，以定时器所需延时数表示为THL＝THLmax-[Kp×e(t)+Ki×∑e(t)]式中THL为经过比例积分计算后应送到定时器的双字节延时数；THLmax为整流电路晶闸管最大控制角时定时器的双字节延时数；Kp为比例系数；Ki为积分系数；e(t)为给定值与反馈值之差的瞬时值，∑e(t)为给定值与反馈值之差的累积值。
调节器采用比例积分调节器，由于调节器存在积分环节，从调节原理可知，总的系统为无差系统，即通过自动调节后，输出量和输入量的最终完全一致，使误差为零。
权利要求1.一种用于晶闸管高精度高可靠性整流稳压电路，它包括整流变压器T2、晶闸管KP1、KP2和晶闸管的触发控制电路，由它们组成一个晶闸管的整流电源，其中，触发控制电路由同步信号电路、触发脉冲形成电路及功放电路组成，其中，同步信号电路输出与主电路同步的触发同步信号，定时器产生一方波信号，经微分电路后形成触发脉冲，再经功放电路放大后送脉冲变压器，后者输出接晶闸管的控制端，其特征在于，触发控制电路组成如下a.触发脉冲形成电路触发脉冲形成电路由CPU、模数转换电路、锁存器IC9、定时器IC16、GAL器件IC20组成，其中，电位器W0上的电压反馈模拟量信号AN0取自直流电源输出端上的电压传感器G，其滑臂端接模数转换电路的一个通道CH0，模数转换电路为12位的AD转换芯片IC11，IC11采用MAX186，它的串行数据输出端接CPU的PI口P1.6，其指令输入端接CPU的P1口P1.5，时钟信号端CLK接P1口的P1.7，CPU的并行P0口接定时器IC16的数据口，同时，CPU的P0口还连接锁存器IC9的数据口，后者的输出端Q0、Q1接定时器IC16的A0、A1端，它们构成定时器三个口地址的选通信号，定时器的OUT0端输出方波信号，再经由电容C19和电阻R36组成的微分电路，送入IC20的GAL器件组合成双窄脉冲信号，双窄脉冲信号送入三极管T1，推动脉冲变压器MB1，后者将触发脉冲送至晶闸管KP1的控制极；b.同步方波和中断信号发生电路同步方波和中断信号发生电路由移相电路、电压比较器和反相器组成，其中，移相电路由电位器WA1和电容C1组成，电位器WA1的输入信号端接至同步变压器T1的TA1相，移相后的信号经电阻R1接至电压比较器IC1A的正相端，电压比较器采用运放器LM339，后者输出为一方波信号+A1，另经反相器IC4A反相后，输出-A1方波，该方波信号接至定时器IC16的GATE端；+A1相方波的上升沿经过由电阻RP0、电容C+A1组成的微分电路微分后，经二极管D+A1后送至反相器IC3D，后者输出为中断“0”请求信号；-A1方波信号经由电阻RP0、电容C-A1组成的微分电路微分后，经二极管D-A1后送至反相器IC3E，后者输出为中断“1”请求信号；中断“0”请求信号和中断“1”请求信号都接至CPU。
2.根据权利要求1所述的用于晶闸管高精度高可靠性整流稳压电路，其特征在于，在GAL器件和三极管T1之间增设光电隔离器IC22，光电隔离器IC22的输入端连接GAL器件的双窄脉冲输出端，其输出端经二极管L1接三极管T1的基极。
3.根据权利要求1或2所述的用于晶闸管高精度高可靠性整流稳压电路，其特征在于，所述电压传感器G的分辨率大于1/5000。
专利摘要一种用于晶闸管高精度高可靠性整流稳压电路，属电源技术领域，用于解决整流电路的高精度和高稳定性的问题。其技术方案是，它包括同步信号产生电路、触发脉冲形成电路、功放电路及晶闸管，其中，同步信号产生电路输出与主电路相同步的触发信号，触发脉冲方波在定时器中形成，其输出信号送入触发脉冲形成电路，后者输出为触发脉冲，经功放电路放大后送脉冲变压器，后者输出接晶闸管的控制端，改进后的控制电路通过硬件电路的设计，确保给定量、反馈量和调节器的高精度与高稳定度，从而使稳压稳流精度可靠地控制到千分之一以上。
文档编号H02M3/04GK2676487SQ20042001567
公开日2005年2月2日 申请日期2004年1月18日 优先权日2004年1月18日
发明者朱世良, 马永斌 申请人:保定莱特整流器制造有限公司