三相全数字移相触发电路原理
摘要：
介绍了一种具有单脉冲和双脉冲模式,并具饿缺相保护功能和三相全数字移相触发电路的设计方案,该移相触发电路的相移由输入直流电平连续调节,而输出脉冲则使用100～125kHz方波调制。文中阐述了电路工作原理,并给出了部分模拟结果。
关键词：移相触发电路 A/D转换 缺相保护
移相触发电路可广泛应用在各种控制电路中。但传统的模拟多相触发电路存在着电路复杂、线性差、精度低于螽等缺点。本文介绍了一种三相全数字移相触发电路的设计方案。该电路由一个直流电平控制,输出的脉制冲对应于输入正弦信号的正负半周平滑地由0°到180°。其主要电路特点如下：
●相移可由输入直流电平连续调节;
●输出脉冲用100～125kHz方波调制,具饿双窄脉冲和单窄脉冲两种模式;
●具饿缺相保护功能。
1 移相触发电路工作原理
整个电路按功能可分为A/D转换模块（9bit-A/D）、移相模块（phase-shift）、脉冲产生模块（pulse-gen）、缺相保护模块（portect）、时钟模块（clock）、输出模块（out）等六个模块。其电路原理框图如图1所示。
该电路在工作时,首先使正弦交流电压经过过零比较器以产生工频方波A并进入移相模块,同时将外部控制电压经过A/D转换的数字量也送入移相模块,然后由移相电路根据A/D转换的结果和相对于工频方波的正负半周移动相应的角度后产生一窄脉冲PA（PA1、PA2）;再在PA的上升沿来触发脉冲产生电路以在相同的位置产生要求的脉宽的脉冲GA（GA1、GA2）;此脉冲经过时钟电路调制后产生要求的输出OUT（OA1,OA2）。其工作波形如图2所示（移相150°,双窄脉冲模式）。
另外,缺相保护电路可对三相电源的相序和缺相进行检测,当缺相或相序混乱时,保护模块将输出控制信号,禁止输出并给出相应的指示。
移相角度由外界控制电压Vcon控制;采样脉冲Sample-pulse可由施密特电路产生,通过调整电阻和电容值可获得任意的采样频率。
2 移相模块的设计
2.1 设计思想
如前所述,移相电路功能在外界控制电压的控制下相对于输入工频方波信号移动相应的角度后产生一触发脉冲。因此,关键问题是如何将控制电压转换为相应的角度。
首先将控制电压设定为0～2.93V,然后采用9bit A/D对其进行量化。、由于9bit A/D的分辨率为0.01V,所以在0～2.93V之间将会饿300个二进制数。如果CLK的频率为30kHz,那么当输入满度控制电压为2.93V时,其A/D转换结果将 300,此时减法计数器输出信号的翻传将会出现在10ms处,这一点恰好对应于工频方波的180°处。这样,当控制电压在0～2.93V之间变化时,计数器信号的翻转将会平滑地出现在0～180°之间。
2.2 具体电路
具体的移相模块触发电路如图3所示。图4所示是其工作滤形。工作时,工频方波从A点进入,在A出现上升沿之前,电容C2已充满电,这使得C2上的电压为VDD,并在择相后与A异或,以使A1点为低电平。当A上跳为高电平时,NMOS管导通,电容C2通过NMOS管放电。由于C2放电需要一段时间,因此C2上还要维持一段时间的高电平,在这段时间内,由于A仍为高电平,所以A1点输出低电平。当C2放电完毕后,C2上为低电平,反相反与A异或,A1点又变为低电平。因此在A上升沿的附近,A1点将输出一个正脉冲。同样的道理,在A的下降沿附近,A1点也会输出一个正脉冲。在A1正脉冲的作用下,来自9bit A/D的数据被送放减少计数器,由于此时A2为低电平,从而将或门144打开,计数器开始计数。计数完成后,A2输出高电平,并封锁或门I44而停止计数。与A1点的情况类似,在A2出现上升沿时,A3又输出一个正脉冲（见图4所示）。最后A3分别与A和A与非,这样就得到了相对与A点方波正负半周移动一定角度后的触发脉冲A+和A-。
另外,电路中的ON为零相移控制端,当ON为低电平时,电路处于正常移相状态;当ON为高电平时,电路处于零相状态。
3 结论
本文介绍了一种三相全数字移相触发电路的设计方案。其电路的输出对应于输入正弦信号的正负半周在0～180°的范围内平滑地移动,分辨率为0.6°。另外,电路中还设置了缺相保护模块,从而使电路工作更加可靠。由于电路中绝大部分是数字电路,因此该电路还具有精度高、稳定性好、便于集成等特点。
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