一種數(shù)字控制的三相移相觸發(fā)電路

1、一種數(shù)字控制的三相移相觸發(fā)電路口寸間：2009-02-0309:47:45來源：國外電子元器件作者：馮暉，吳杰，韓志岡IJ1概述S前，我國的可控硅觸發(fā)電路分為三類：第-?類足模擬型。該類型足8o年代初出現(xiàn)的專用集成觸發(fā)電路產(chǎn)品，此類可控硅觸發(fā)電路易受元件參數(shù)分散性、同步電壓波形畸變、溫度變化等因數(shù)影響，電路較為復(fù)雜，可靠性低，抗干擾性差，而且輸出不穩(wěn)定，裝置功率人等缺點：第二類是可編程數(shù)字型。此類型采用單片機、CPLD等設(shè)計，采用編程設(shè)置同步和移相.似該類型觸發(fā)電路具宥電路規(guī)欖較人，技術(shù)要求島，軟件抗干擾能力差等缺點，而且不易實現(xiàn)小型化、小堂產(chǎn)，限制了其廣泛應(yīng)用；第三類是采用數(shù)字移相的集成電路

2、。該類觸發(fā)電路克服了以上兩類的一些缺點，人人提高了移相精度和對稱度，且易于控制，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。這里給出一款用于可控硅的集成電路數(shù)字控制的三相移相觸發(fā)電路。針對點電網(wǎng)及現(xiàn)場出現(xiàn)的噪聲T擾問題，提出一種去抖動電路設(shè)計方案.闡述了移相電路的基本設(shè)計思路。2電路設(shè)計2.1電路框架三相正弦輸入（AC1?AC3）經(jīng)比較器，轉(zhuǎn)換成與輸入同步的方波信號，再經(jīng)去抖動電路消除輸入信號噪聲，生成??？凈的同步方波信號，進入移相電路。移相控制信號由外部電壓輸入提供，移相控制電壓經(jīng)9bitA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，作為移相電路中計數(shù)器的初始值，當計數(shù)器計數(shù)滿口寸，產(chǎn)牛一個移相脈沖，該移相脈沖再次觸發(fā)脈寬發(fā)牛.電路，產(chǎn)

3、爾所需的脈寬信號，經(jīng)凋制后輸出。該電路桅閣如閣1所示。表1給出了各引腳功能說明。J1J2SfNPRT1-PRT3WSRESAC1缺相保護AC2OUT1*-LEDILED3OUT2?-OUT3+-VCON圖1電路框圖2.2噪聲消除電路閣2是去抖動電路。三相交流電同步信號經(jīng)比較器后，通過觸發(fā)器使其與內(nèi)部時鐘同步，同步信號a.b和c分別對應(yīng)圖3中的/net63./net58和/net43）可見這3個信號的上升沿和卜降沿都具有毛刺抖動倍號。閹2中的電路A部分是邊沿檢測電路，其功能足利用a,b和c所有上升沿和下降沿產(chǎn)生小脈沖。電路A部分的輸出作為時鐘信號進入電路B,實現(xiàn)去抖動電路。當?shù)谝粋€脈沖到來時，觸

4、發(fā)器輸出高電平，同口寸啟動電肌電容的充電電路，電容充屯，當充電達到使其后Ifif的反相器翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器fi位，觸發(fā)器輸出低電平。電容充電波形如閣3中的/net90,觸發(fā)器輸出信號波形為/net52o再利用該輸出信號作為時鐘信號對同步信號a,b和c采樣，濾除信號中的所有毛刺抖動成分，戰(zhàn)終輸出信號為/out3,/0Ut2和/OUtlo表1引腳功能說明引腳名稱功能說明AC1AC3交流同步信號，頻韋為50Hz,彼此相差120°0UT1+0UT3+-脈7風輸出？三組6路.與AC1?AC3相對應(yīng)，兩種脈7性或:雙窄脈7忡或,脈寬為1.5ms和1.53ms脈沖間隔為L82ms;爭寬脈沖模式，脈寬為4

5、.84msPRT1-PRT3保護輸入瑙，工作狀態(tài)全部輸入低，只要一路為商.電路就進人保護狀態(tài)，所有OUT袖都輸出島。LED1LED3保護指tk輸出湖？與PRT1-PRT3相對應(yīng)，PRT為低時對應(yīng)的LED為商，反之則為低q若處于缺相保護狀態(tài).則LED1-LED3全為彳氐RES手動a位，在工作狀態(tài)時接低.若處于缺相保護狀態(tài)，盡管后續(xù)排除缺相故障，電路也不能自動恢復(fù)工作，若要電路恢復(fù)工作必須在RES瑙施加正向脈沖C外接電容端，接收0.1jtF的電容，用于去抖動電路COM輸入公共蝴CON移相控制靖，其范圍為0.25-4.75V,與相位0-180?對應(yīng)lout1>2.3移相電路移相電路是數(shù)字三相移

6、相觸發(fā)電路的主要部分。M:原理如圖4所示，同步信號、正弦信號通過過零比較器變?yōu)楹臀慌c周期一致的同步方波，上升沿和K降沿檢驗電路檢驗出同步方波的上升沿和下降沿，產(chǎn)生的兩個尖脈沖分別對同步信號正負半周的的觸發(fā)信號。采用該觸發(fā)信號啟動計數(shù)器進行減法計數(shù)，A/D轉(zhuǎn)換器輸出置為計數(shù)器的初值，當減法計數(shù)器為零時則產(chǎn)生移相U的尖脈沖，減法計數(shù)器的啟動和停止脈沖之間的相位差，即對成于脈沖群與正弦波之間的相位差A(yù)(p。0.6f/out31.>。-6f叫.oLA=/out20.6r/b”1.00.6f/net63JleSKSSRStnz/net58z0.6/net430.6Aet521.0r>，撕A4

7、lOj1門門.直一*?i圖3去抖動電路波形同步信號邊沿極看電路尖脈沖形成啟動計數(shù)計數(shù)；時鐘CLK成法計數(shù)器，輸出全通忒號移M狀蘇尊圣控制計數(shù)減至零.輸出脈沖直流控制電平Vconf短其初值A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換I圖4移相電路原理圖2.3.1移相范圍計數(shù)器的時鐘CLK(晶體振蕩器)足由晶體振蕩器提供的恨定值。假設(shè)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)2,、'奴振"時可以選擇適當為N,分辨率即為2N。滯P時間放大值為：雙怵口以衣件原三的N和晶振，晶體振蕩器，使2N/f品振工頻/2(ioms)。因此，當直流控制電平Vcon從50V調(diào)節(jié)時，脈沖群與正弦波之間的相位差A(yù)(p對應(yīng)于0?(T工頻/2)。因此，一般情況下，觸

8、發(fā)電路的相移范圍為：(peo,(T工頻/2)。似由于集成電路的制作工藝的差異、電網(wǎng)的頻率波動和比較器檢測過零點的精確度不高.實際移相范圍耍比以上的范圍窄一些，只要移相范圍不小于178°即可滿足較高的要求。2.3.2控制精度控制粕度是指A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字邕變化一位口寸。輸出角度的變化值，設(shè)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為N位，那么A/D轉(zhuǎn)換器輸出最大的數(shù)字量為2N,故觸發(fā)器的控制精度。若A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為9位(N=9),那么控制精度為i8o°/2=o.35l6/bito2.4A/D轉(zhuǎn)換電路考慮到設(shè)計要求，山于處理時鐘頻率不高，因此采川中速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，其模擬量輸入N5部分

9、工作原理如閣5所示，包含比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、寄存器、口寸鐘信號源和控制邏輯等數(shù)字量輸出圖5逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理圖轉(zhuǎn)換周期從采樣所常轉(zhuǎn)換的輸入模擬信號開始。數(shù)字控制邏輯電路假沒MSB為1,其他所有碼元為0。將此數(shù)字字作為分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入，產(chǎn)生o.5UREF的模擬信兮，如圖6所示。比較該模擬信號和采樣模擬信號。如果比較器輸出商電乎，數(shù)字控制邏輯電路則令MSB為1:如果輸出低電平，則MSB為0。這樣實現(xiàn)逐次遙近的第一步.并確定MSB值。然后猜想次高位為1,其余位為。，井和己知數(shù)值的MSB位饑成數(shù)字量，輸入分壓電阻網(wǎng)絡(luò)。冉比較分壓電阻網(wǎng)絡(luò)輸出和采樣輸入信兮，如果比較器輸出高電平，則次高位

10、為1；反之則為0O直到所奮數(shù)字量的位在逐次逼近中確定為止。SFBSBBSGBsubSDBC716圖69位逐次比較A/D轉(zhuǎn)換器的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)2.5電路布局移相觸發(fā)集成電路采用1.2PmN阱雙層多品單層金域CMOS集成電路設(shè)計規(guī)則設(shè)計電路布采用企定制的布局設(shè)計方法.其特點是針對每個品體管優(yōu)化電路參數(shù)和布W以獲得最佳性能以及最小而積。介局設(shè)汁需解決的關(guān)鍵問題是減少襯底耦合噪聲的影響，可通過以下途徑解決：(1)阱隔離環(huán)低摻雜的襯底巾，物理隔離通過增加注入孔和感應(yīng)孔間的距離來增加兩者間的電阻，增強隔離效果。(2)川P+擴散層形成隔離P+擴散層通過吸收數(shù)字器件注入襯底的噪聲電流達到隔離效果，隔離環(huán)用于包圍

11、數(shù)字電路或者是模擬電路。從另一個角度看，引入了P+隔離環(huán)后，減少環(huán)內(nèi)的那部分襯底區(qū)域到地的電阻，也相應(yīng)減小該區(qū)域受到的耦合噪聲干擾。(3)數(shù)字電路地與襯欣分離將數(shù)字電路的N管的源極通過Metal接地，而不與襯底相連。襯底為模擬地，閃此通過這種措施將梭擬電路和數(shù)字電路地分開,模擬和數(shù)字電路通過地線耦合抑制噪聲。2.6仿真結(jié)果仿真結(jié)果如閣7所示，輸入為三相正弦信號，輸出為6路移相觸發(fā)脈沖賺I*11m?",I?I?111?.'?i?太田+圃醐88耍面?鹿？國,if2-醐醐，廛？I.?.?I.?，瞳.?暹.I.暹.*.?./0UT2*UwUwWWHWUIuggPgglMiIBiIi?

12、iiiiiiiIIiiiIiiIiiIiiiIii?IBiIiiiiiiiiiIiiiiI卜醐陽醐醐醐，暹?II?：,?,畫，暹？?？1八1上皿耳心醐酮醐HffiW+l"朋昌削彳.通,?I,?,?,：.I.I閏7仿真結(jié)果I?2?I3測試結(jié)果圖8給出該系統(tǒng)測試結(jié)果。其中，其基本電參數(shù)測試結(jié)果如卜靜態(tài)電源電流ID0<8mA,輸入端漏電流IIL<lgA,輸入端漏電流IIH<lgA,輸出吸收電0流IOLl(VOL=O.8V)>25mA,輸出驅(qū)動電流I0Hi(V0H=4V)-25mA,輸出吸收電流IOL2(VOL=o.5V)>3mA,高附態(tài)漏電流IOZ<lpA。其功能測試結(jié)果為：移相范圍為0?178%移相精度為0.35"mVo圖8