三相單控整流電路的設(shè)計(jì)及MBR30200PT在整流電路中的應(yīng)用

　　二極管MBR30200PT在整流電路中的應(yīng)用和計(jì)算方法：

　　橋式整流電路該如何選用的電路參數(shù)計(jì)算及二極管呢？下列為大家提供電路參數(shù)計(jì)算公式，橋式整流電路的優(yōu)勢(shì)，同樣適用于ASEMI肖特基二極管MBR30200PT。

　　橋式整流電路參數(shù)極端公式

　　正極性橋式整流電路參數(shù)考慮因素有：負(fù)載電壓的平均值UL、負(fù)載電流的平均值IL、二極管的平均電流Iv、二極管承受反向峰值電壓Urm。

　?。?）負(fù)載電壓的平均值UL=0.9U2;

　　（2）負(fù)載電流的平均值IL=UL/RL=0.9U2/RL;

　?。?）二極管的平均電流Iv=1/2*IL；

　　（4）二極管承受反向峰值電壓Urm=根號(hào)2U2.

　　下圖是ASEMI肖特基二極管MBR30200PT的參數(shù)及橋式整流電路圖：

　　橋式整流電路的具有輸出電壓高，紋波小，Urm較低，應(yīng)用范圍廣的優(yōu)勢(shì)。

　　二極管選用小提示

　　肖特基二極管在電路中被廣泛采用適用，它是一種功耗非常低、超高速效率的半導(dǎo)體高頻器件。那么要論它的特點(diǎn)，最顯著的就是超高頻運(yùn)轉(zhuǎn)，反向恢復(fù)時(shí)間極短，一般小于8NS以內(nèi)。正向?qū)▔航祪H在0.4V左右，是壓降比較小的整流元器件之一。當(dāng)然它也會(huì)有小缺點(diǎn)：就是在反向耐壓方面是比較低的，漏電流也是稍大一些。因此在選用肖特基二極管時(shí)，工程師們都要權(quán)衡利弊。

　　基于TC787芯片的三相半控整流電路設(shè)計(jì)：

　　整流電路廣泛應(yīng)用在直流電機(jī)調(diào)速，直流穩(wěn)壓電壓等場(chǎng)合。而三相半控整流橋電路結(jié)構(gòu)是一種常見(jiàn)的整流電路，其容易控制，成本較低。本文中介紹了一種基于 PIC690單片機(jī)與專(zhuān)用集成觸發(fā)芯片TC787的三相半控整流電路，它結(jié)合專(zhuān)用集成觸發(fā)芯片和數(shù)字觸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn) ，獲得了高性能和高度對(duì)稱的觸發(fā)脈沖。它充分利用單片機(jī)內(nèi)部資源 ，集相序自適應(yīng)、系統(tǒng)參數(shù)在線調(diào)節(jié)和各種保護(hù)功能于一體，可用于對(duì)負(fù)載的恒電壓控制。主電路采用了三相半控橋結(jié)構(gòu)，直流側(cè)采用LC濾波結(jié)構(gòu)來(lái)提高輸出的電壓質(zhì)量。

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)通過(guò)PIC690單片機(jī)作為主控制芯片，用晶閘管作為主要開(kāi)關(guān)器件。設(shè)計(jì)的目標(biāo)是保持輸出的直流電壓穩(wěn)定，輸出電壓紋波小，交流輸出測(cè)電流THD較低，性能可靠。

　　系統(tǒng)主要電路包括：三相橋式半控整流電路、同步信號(hào)取樣電路、單片機(jī)控制電路、晶閘管觸發(fā)電路。首先，由同步信號(hào)取樣電路得到同步信號(hào)并送集成觸發(fā)芯片TC787，經(jīng)過(guò)零檢測(cè)，再進(jìn)行相應(yīng)的延時(shí)以實(shí)現(xiàn)移相。單片機(jī)中的ADC負(fù)責(zé)采集直流母線電壓，根據(jù)電壓的設(shè)定值與實(shí)際值的偏差經(jīng)過(guò)PI運(yùn)算來(lái)調(diào)節(jié)給定輸出。PIC單片機(jī)將電壓的參考值輸出到TC787，由TC787實(shí)現(xiàn)對(duì)晶閘管的移相觸發(fā)，以實(shí)現(xiàn)整流調(diào)壓。硬件電路的整體框圖如圖1所示。

　　主電路設(shè)計(jì)

　　主電路采用三相橋式半控整流電路，直流測(cè)采用LC濾波電流結(jié)構(gòu)，主電流原理圖如圖2所示。半控橋選擇SEMIKRON公司的SKDH146/120-L100模塊，該模塊額定電流140A，額定電壓1200V。直流側(cè)采用LC濾波電路結(jié)構(gòu)，比單獨(dú)電容濾波效果好。此外，還可以提高交流輸入側(cè)的電流THD。直流側(cè)主要的諧波含量為工頻的6倍及6的整數(shù)倍，設(shè)計(jì)LC低通濾波時(shí)要避免含量較高的諧波引起的諧振。在本設(shè)計(jì)中選取電感5mH，濾波電容480μF。

　　從電網(wǎng)獲得的三相電壓經(jīng)同步電路整形后，送給集成觸發(fā)芯片TC787引腳18AT、引腳2 BT和引腳1CT。TC787內(nèi)部集成有3個(gè)過(guò)零和極性檢測(cè)單元、3個(gè)鋸齒波形成單元、3個(gè)比較器、1個(gè)脈沖發(fā)生器、1個(gè)抗干擾鎖定電路和1個(gè)脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路數(shù)字給定移相控制電壓，能進(jìn)行相序自動(dòng)識(shí)別。

　　控制電路設(shè)計(jì)

　　采用PIC16F690作為控制芯片。PIC16F690單片機(jī)內(nèi)部自帶10位AD；寬工作電壓（2.0～5.5V）；低功耗；帶有PWM輸出功能；內(nèi)部自帶晶振。用芯片內(nèi)部自帶10位AD，對(duì)采集到的直流側(cè)電壓進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。為了降低硬件成本，直接采分壓電阻代替電壓傳感器來(lái)采集直流側(cè)電壓，分壓電阻上的電壓經(jīng)過(guò)兩個(gè)反向比例電路到單片機(jī)。單片機(jī)的模擬地和信號(hào)地直接相連（也可以通過(guò)磁珠相連，以減小干擾）。PIC16F690單片機(jī)通過(guò)一個(gè)IO口使能或禁止芯片TC787的輸出，如圖3所示。當(dāng)PIC單片機(jī)的I/O口RC3輸出高電平（+5V）時(shí)，Lock口為低電平；當(dāng)單片機(jī)I/O口RC3輸出低電平時(shí)，Lock為高電平（+15V）。選用一個(gè)IO口作為T(mén)C787參考電壓的給定信號(hào)，采用PWM脈沖方式，調(diào)節(jié)占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓， PWM波經(jīng)過(guò)一個(gè)RC低通濾波器后為一個(gè)近似直流信號(hào)，用這個(gè)信號(hào)作為參考電壓給定Uref，其范圍為0～5V。由于芯片TC787所需的給定輸入范圍為0-15V，所以PWM波要經(jīng)過(guò)一個(gè)光耦進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，如圖3所示。

　　電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)同步變壓器輸入到TC787，TC787的6腳輸出高時(shí)雙脈沖或低時(shí)單寬脈沖。12、11、10引腳分別為A、B、C的觸發(fā)輸出端，經(jīng)過(guò)脈沖變壓器輸出到晶閘管。

　　觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

　　觸發(fā)芯片選擇高性能晶閘管三相移相觸發(fā)集成電路TC787。TC787可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發(fā)和三相功率晶體管脈寬調(diào)制電路，以構(gòu)成多種交流調(diào)速和變流裝置。TC787的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　在本設(shè)計(jì)中，TC787采用15V供電，引腳4（Vr）：移相控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低直接決定著TC787/TC788輸出脈沖的移相范圍，應(yīng)用中接給定環(huán)節(jié)輸出。引腳5（Pi）：輸出脈沖禁止端。該端用來(lái)進(jìn)行故障狀態(tài)下封鎖TC787/TC788的輸出，高電平有效，應(yīng)用中，接保護(hù)電路的輸出。同步電壓輸入端：引腳1（Vc）、引腳2（Vb）及引腳18（Va）為三相同步輸入電壓連接端。應(yīng)用中，分別接輸入濾波后的同步電壓，同步電壓的峰值應(yīng)不超過(guò)TC787/TC788的工作電源電壓VDD。

　　觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路主要由電網(wǎng)電壓同步電路、TC787集成觸發(fā)電路和脈沖放大隔離驅(qū)動(dòng)電路組成。圖5中給出了同步電路和TC787的外圍電路。其前半部分為電壓同步電路，采用這種設(shè)計(jì)方法需要加較多輔助元件。而對(duì)RP1～RP3三個(gè)電位器進(jìn)行不同調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)0～ 60°的移相，從而適應(yīng)不同主變壓器連接的需要。圖5中，直接將同步變壓器的中點(diǎn)接到（1/2）電源電壓上，使所用元件得以簡(jiǎn)化。TC787的引腳4輸出單片機(jī)的給定電壓（0～+15V），引腳6為觸發(fā)脈沖封鎖引腳。引腳10～12為觸發(fā)脈沖輸出引腳，分別接到C、B、A相的隔離放到電路。

　　電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

　　為了降低硬件成本，設(shè)計(jì)直流母線電壓檢測(cè)電路時(shí)采用了分壓電阻的方法，而沒(méi)有采用電壓傳感器。采用這種分壓電阻的方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)試。電路如圖6所示。通過(guò)分壓電阻得到的電壓為直流母線電壓的1/31，該電壓通過(guò)兩個(gè)反向比例放大電路輸入到PIC單片機(jī)的AD1輸入口中，再通過(guò)PIC單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換處理為數(shù)字量。