基于DSPIC30F3010的晶闸管双触发脉冲的实现方法

洪玉梅,杨涛

(福建水口发电集团有限公司，福建 福州 350000)

基于DSPIC30F3010的晶闸管双触发脉冲的实现方法

洪玉梅,杨涛

(福建水口发电集团有限公司，福建 福州 350000)

为提高可控硅励磁系统触发脉冲的可靠性，提出了一种数字式晶闸管双触发脉冲的实现方法。首先介绍晶闸管全控整流桥双触发脉冲产生原理及脉冲回读检测方法，然后给出了基于DSPIC30F3010的详细编程实现过程，最后通过一台柴油发电机组的可控硅励磁装置进行实验验证，试验结果表明：可控硅触可靠，脉冲回读与检测功能正常，在各种工况下均未发生漏发脉冲、错发脉冲等现象。

晶闸管；双脉冲；DSPIC30F3010

1 引言

目前市场有许多晶闸管触发脉冲专用芯片，这类芯片价格较高，且一般都没有判断脉冲是否丢失的回读检测功能，需要配以单片机等MCU芯片才能实现智能控制功能，使得控制系统结构变得繁琐，大大增加励磁系统的故障率。基于以上原因，本文提出一种基于DSPIC30F3010的晶闸管双触发脉冲的实现方法，该方法具有精度高、实时性好、易实现的优点；在不增加外围芯片情况下，可以利用DSPIC30F3010的片上外设实现AD采样、闭环控制、通讯、脉冲检测等。而且，DSPIC30F3010的价格仅为触发脉冲专用芯片的1/5左右，具有明显的价格优势。本文详细阐述了基于DSP的晶闸管全控整流桥双触发脉冲产生的原理与回检的方法，并通过实例进一步验证了该方法的正确性与实用性。

2 晶闸管全控整流桥双触发脉冲工作原理

图1为晶闸管全控桥整流主回路示意图[1]。图中，6个晶闸管的触发顺序V1→V2→V3→V4→V5→V6→V1，触发相位角依次相差60°。正常工作时，在某一时刻，上桥V1、V3、V5与下桥V2、V4、V6，分别仅有一个晶闸管导通，同一桥臂上晶闸管不能同时导通。在某一触发时刻，同时向上桥、下桥时序上的晶闸管门极各发出一个脉冲。

图1 晶闸管全控整流桥

例如，当到达V2触发时刻时，DSP向上桥V1、下桥V2各发出一个脉冲；当到达V3导通时刻，向上桥V3，下桥V2，各发出一个脉冲。依次循环导通，在每个整流周期内，每个晶闸管的门极都接收到两个触发脉冲。图2从上至下分别为三相交流整流电源波形、晶闸管触发脉冲时序图、整流电压波形，其中此时控制角为30°，脉冲的宽度为30°。

图2 双脉冲时序示意图

3 DSP双触发脉冲法的实现

DSPIC30F3010是Microchip公司开发的16位数字信号处理器芯片[3]，主要适用于电机控制，数字信号处理等。芯片的主要配置如下：24KB程序存储器、1KB的数据RAM、1KB的EEPROM、5个16位定时器、4个输入捕捉通道、4个输出比较通道、6个电机控制PWM通道、9个10位A/D转换器通道等[4]。该芯片既具备了数字信号处理(DSP)的能力、拥有丰富的外设，又与单片机的体积和价格相当，其极易在脉冲触发的基础上实现其他的功能。因此，本方法选用此芯片。

3.1 双触发脉冲的实现

实现DSP双触发脉冲需要使用DSPIC30F3010芯片上资源有：定时器T2、T3、输入捕捉通道IC1。采取硬件中断方式实现，并将IC1，T3，T2的中断优先级分别设为1，2，3。脉冲宽度设定为30°，DSP中断时序如图4所示，该方法的具体工作过程如下：输入捕捉通道用于捕捉同步信号的上升沿，以及计算整流电源周期。

图3 中断时序

同步信号是由整流电源正弦信号整形来的方波信号。当检测到同步信号上升沿时，进入捕捉中断函数，依次执行，触发角Angle_T写入T3的PR3，启动T3中断，读取捕捉时间IC1Result1，计算同步周期:TB_T = IC1Result1+Angle_T1，脉冲宽度:MC_T = TB_T/12。其中，TB_T是同步周期、IC1Result1为上一周期非触发角时间、Angle_T1上一个周期的触发角时间、MC_T为30°触发脉宽时间。捕捉中断程序流程图如图4所示。

T3用于脉冲触发角控制，以及非触发角时间的计数。T3中断到，即晶闸管触发时间到，关闭T3中断，T3继续计数为非触发角时间，将脉冲宽度MC_T写入T2的PR2，启动T2及其中断，发出第一次脉冲。程序流程如图5所示。

图4 捕捉中断程序流程图

T2每隔MC_T时间中断一次，循环11次结束中断。中断循环按照晶闸管触发顺序，依次复位或置位相应触发脉冲，程序流程如图6所示。即实现了图2所示双触发脉冲。

图5 T3中断程序流程图

图6 T2中断程序流程图

这里DSP系统应用8MHz晶振，设置8倍频，系统频率达64MHz，T2、T3定时器选择8分频。定时器T2脉冲计数频率2MHz，即脉冲分辨率为0.5μs。按50Hz计算，触发角的移相精度可达0.009°。频率小于40Hz以下软件更改T3定时器为64分频，计数频率为0.25MHz，此时脉冲分辨率为4μs，按40Hz计算，触发角的移相精度可达0.0576°。

3.2 脉冲回检的实现

DSP双触发脉冲法的脉冲回检的实现涉及到DSP片上的输入捕捉通道IC3、IC4。其中IC3用于捕捉整流桥上桥脉冲，IC4用于捕捉整流桥下桥脉冲。将上、下桥分开检测，既可保证脉冲均被检测，又不至于使外围电路繁琐。上桥脉冲回检外围电路如图7所示，将上桥V1、V3、V5脉冲从脉冲功率放大环节引入V1′、V3′、V5′；正常工作时，IC3的波形如图8所示。利用IC3的捕捉功能，容易测出上桥脉冲频率，判断脉冲是否故障。下桥脉冲回检同理。

图7 上桥脉冲回检电路

图8 上桥脉冲回检波形

4 实验分析

4.1 脉宽分析

在不同频率的整流电源下，脉宽计算值与示波器测量值的对比如表1。

表1 脉冲宽度误差

表1中，受示波器测量精度的影响，测量值与计算值有一定误差，但误差值较小，说明本文方法能依据电源频率的变化准确地控制脉冲宽度。

4.2 整流电压波形分析

电阻性负载下，整流电源电压实际值为85V，触发脉冲的触发角分别为0°、30°、60°、90°的情况下，整流电压波形如图10所示。图中正弦波均为A相电压波形，脉冲均为V1触发脉冲。

图9 阻性负载整流电压、触发角波形

从图9可见，本方法能准确调节触发角，可靠触发晶闸管，精确控制整流电压。

5 应用实例

将所提方法应用于柴油发电机组[2]的电压控制，以进一步验证其正确性和实用性。

由DSP构成发电机励磁控制系统如图10所示，DSP采集机端电压，并形成同步电压，发出触发脉冲，触发晶闸管，从而控制励磁电流。在DSP内嵌入了PID电压闭环控制算法，对柴油发电机组进行了起励、扰动、阶跃试验。得到如图11所示的电压控制波形。

图10 柴油机组励磁控制系统图

图11 电压控制波形

调节时间超调振荡起励2.528%1标准10s15%3

表3 扰动参数对比

注：空载扰动试验时，其超调量为扰动量的百分比。

表4 阶跃参数对比

注：阶跃试验时，其超调量为阶跃量的百分比。

表2～表4分别将起励、扰动、阶跃性能与国家标准GB/T7409.3-2007[5]对比，均能达到要求，部分性优于国家标准。本实例也充分验证该方法的正确性、实用性。

6 结论

基于本文提出的数字式晶闸管双触发脉冲的生成及触发脉冲回读检测方法，在同步发电机励磁装置上进行了现场运行实验。试验结果表明：触发脉冲准确、可靠、三相对称度高；脉冲回读检测功能可以死别各种原因引起的脉冲丢失现象；在各种工况下，均能保证发电机励磁控制系统整流回路的精准触发。

[1] 林忠岳.现代电力电子应用技术[M].北京:科学出版社,2007.

[2] 汪庆年,李斌,张广栋.基于DSP的新型柴油发电机励磁控制系统研究[J].电气传动,2010,40(5):63-66.

[3] 刘和平,郑群英,江渝.dsPIC通用数字信号控制器原理及应用:基于dsPIC30F系列[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[4] 石朝林.dsPIC数字信号控制器入门与实战:入门篇[M].北京:北京航空航天大学出版社，2009.

[5] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求[Z].2007-01-16.

Realizing Method of Thyristor Double Trigger Pulse Based on DSPI30F3010

HONG Yu-mei,YANG Tao

(Shuikou Generation Group Co.,Ltd.,Fujian 350000,China)

In order to improve the reliability of the trigger pulse of SCR excitation system,a new method for the realization of the dual trigger pulse of a digital thyristor is presented.First introduces the thyristor full controlled rectifier bridge double trigger pulse generating principle and pulse read back detection method,and then gives a detailed DSPIC30F3010 programming process based on experiments,finally through the controllable silicon excitation device of a diesel generator,test results show that the silicon controlled contact reliability,under various conditions,there is not appear the phenomenon such as leakage pulse and wrong pulse.

thyristor;double pulse;DSPIC30F3010

1004-289X(2017)01-0045-05

TN34

B

2016-11-01