基于单片机芯片的三相半控整流电路设计

　　系统总体设计

　　本系统通过PIC690单片机作为主控制芯片，用晶闸管作为主要开关器件。设计的目标是保持输出的直流电压稳定，输出电压纹波小，交流输出测电流THD较低，性能可靠。

　　系统主要电路包括：三相桥式半控整流电路、同步信号取样电路、单片机控制电路、晶闸管触发电路。首先，由同步信号取样电路得到同步信号并送集成触发芯片TC787，经过零检测，再进行相应的延时以实现移相。单片机中的ADC负责采集直流母线电压，根据电压的设定值与实际值的偏差经过PI运算来调节给定输出。PIC单片机将电压的参考值输出到TC787，由TC787实现对晶闸管的移相触发，以实现整流调压。硬件电路的整体框图如图1所示。

图1 系统硬件整体框图

　　主电路设计

　　主电路采用三相桥式半控整流电路，直流测采用LC滤波电流结构，主电流原理图如图2所示。半控桥选择SEMIKRON公司的SKDH146/120-L100模块，该模块额定电流140A，额定电压1200V。直流侧采用LC滤波电路结构，比单独电容滤波效果好。此外，还可以提高交流输入侧的电流THD。直流侧主要的谐波含量为工频的6倍及6的整数倍，设计LC低通滤波时要避免含量较高的谐波引起的谐振。在本设计中选取电感5mH，滤波电容480μF。

图2 主电路结构

　　从电网获得的三相电压经同步电路整形后，送给集成触发芯片TC787引脚18AT、引脚2 BT和引脚1CT。TC787内部集成有3个过零和极性检测单元、3个锯齿波形成单元、3个比较器、1个脉冲发生器、1个抗干扰锁定电路和1个脉冲分配及驱动电路数字给定移相控制电压，能进行相序自动识别。

　　控制电路设计

　　采用PIC16F690作为控制芯片。PIC16F690单片机内部自带10位AD；宽工作电压（2.0～5.5V）；低功耗；带有PWM输出功能；内部自带晶振。用芯片内部自带10位AD，对采集到的直流侧电压进行AD转换。为了降低硬件成本，直接采分压电阻代替电压传感器来采集直流侧电压，分压电阻上的电压经过两个反向比例电路到单片机。单片机的模拟地和信号地直接相连（也可以通过磁珠相连，以减小干扰）。PIC16F690单片机通过一个IO口使能或禁止芯片TC787的输出，如图3所示。当PIC单片机的I/O口RC3输出高电平（+5V）时，Lock口为低电平；当单片机I/O口RC3输出低电平时，Lock为高电平（+15V）。选用一个IO口作为TC787参考电压的给定信号，采用PWM脉冲方式，调节占空比来调节输出电压， PWM波经过一个RC低通滤波器后为一个近似直流信号，用这个信号作为参考电压给定Uref，其范围为0～5V。由于芯片TC787所需的给定输入范围为0-15V，所以PWM波要经过一个光耦进行电平转换，如图3所示。