參賽類別:數字電源
PTC7876是一種可控硅移相觸發專用模塊,該模塊采用先進的數字波形合成技術,移相精度高外圍電路簡單,圖(1)是采用PTC7876(下文簡稱模塊)設計的三相移相觸發器電路圖,可用于電壓調節、電機控制、電鍍電源、電加熱等工業設備中。
電路分析
參照圖(1)電路圖,三相380v電壓從A、B、C端輸入,經電阻R8、R9、R10限流后送到光耦IC4、IC5、IC6,經光耦隔離后輸出3路與市電同步的三相脈沖信號,A相信號經IC6光耦隔離轉換成50Hz方波同步信號送PTC7876的1腳,該信號是模塊的唯一同步信號,其它兩路脈沖信號送到模塊的2、3腳,這兩路脈沖為模塊提供相序識別信號,當模塊用于單相觸發電路時這兩路信號可以省略,直接將模塊的2、3腳接地。
模塊4腳是故障輸出信號,當模塊發現同步異常時輸出低電平,并且自動關閉6路移相觸發脈沖,剛接通電源時模塊內部鎖相環還未進入同步狀態,模塊4腳輸出低電平保護信號,0.5-1.5秒后模塊進入同步狀態,4腳輸出高電平,再延時1秒左右模塊輸出6路移相觸發脈沖。
模塊5腳為關閉控制端。低電平時允許輸出,高電平時關閉6路移相觸發脈沖,并且模塊4腳輸出低電平故障保護信號,5腳恢復為低電平后再延時1秒左右輸出觸發脈沖。模塊5腳一般外接一只常閉型急停開關,用于緊急情況下迅速關閉觸發脈沖。
模塊6、7腳是內部數字電路接地端,9腳是模擬電路接地端,8腳是移相控制電壓輸入端,電容C5和R2組成軟啟動和軟關閉延時電路,加大R2阻值和C5容量可以增加延時時間。R3是輸入阻抗調整電阻,由于模塊的輸入阻抗很高,通過R3把輸入阻抗降低到47KΩ,低輸入阻抗有利于減小外圍干擾的引入。當外接控制信號是4-20mA電流信號時,R3取值為250Ω,4-20mA電流信號通過R3時產生1-5v的電壓信號,經過運放等輔助電路把1-5v轉換成0-5v送模塊控制端(有些型號的PTC7876-**模塊直接支持4-20Ma輸入信號),0-5v電壓對應的移相范圍為180°~ -10°,移相控制電壓與移相角不構成線性關系,模塊內含256段線性校正功能,經校正后控制電壓與輸出電壓的有效值成線性關系,更符合操作習慣。當采用外接電位器進行移相調節時,電位器的阻值選擇為1.0K-10K比較合適。
模塊10---15腳為6路移相脈沖輸出端,移相范圍180°~ -10°,脈沖頻率25KHZ,占空比50%,輸出電流±20mA,脈沖串長度90°~270°隨負載特性動態改變,這種動態改變脈沖串長度的觸發方式對感性負載非常有意義,可以大幅降低輸出電壓中的尖刺脈沖,減少可控硅反向擊穿現象。-10°移相觸發是專門為可控硅全開通而設計的,可控硅在≤0°觸發時為全開通狀態,可在實際應用中(如:模擬移相電路)很難達到0°,PTC7876采用數字移相技術,可以實現<0°的移相,-10°移相使可控硅在交流電壓過零之前就打開,完美實現可控硅的軟開通和全開通,降低可控硅的開通損耗,減小發熱溫度。
模塊16、17腳是擴展功能預留端,模塊18腳是+5v電源端,模塊正常工作時消耗電流約60mA,在移相控制電壓接近0v時(移相角接近180°)模塊自動關閉觸發脈沖,使可控硅關閉更可靠。
電路調試:
圖(2)是可控硅的幾種常見應用電路:三相交流調壓電路、三相全橋整流電路、三相半橋整流電路,根據工作需要選擇相應的應用電路。參照圖(2)中的“三相交流調壓電路”把觸發器與6只單向可控硅按圖紙標識連接好,負載采用3只200W白熾燈接成“Y”接法,可控硅的電源輸入端必須與觸發器的A、B、C端保持一致,對輸入電源無相序要求。調節移相控制電壓,白熾燈亮度隨控制電壓的高低產生變化,三只白熾燈亮度一致,變化平滑無閃爍,說明觸發器已基本工作正常,下面對觸發器的一些技術參數作進一步測試。
1. 三相平衡度測試方法:調節電位器,在整個移相范圍內,分別測量三相輸出電壓,比較三個電壓是否一致。差值越小表示三相平衡度越好,由于PTC7876采用單相數字同步技術,省略了三相平衡調整電位器,三相平衡度誤差很小,要求小于0.5%。
2. 交流對稱度測試方法:用普通指針萬用表(部分數字表測量不準確)交流檔測量各相電壓,然后交換紅、黑表筆后再次測量,比較兩次測量值,調節移相電位器,在整個移相范圍內,兩次測量的差值越小表示交流對稱度越高,要求小于0.5%。
3. 感性負載波形測試:在原白熾燈電路中串聯一只40W日光燈整流器,可控硅的A極和K極之間可以暫時不接RC吸收電路,用示波器測量輸出電壓波形,模塊采用動態改變脈沖串長度的觸發方式,大幅降低了輸出電壓中的尖刺脈沖,調節移相控制電位器,波形變化非常復雜,這是感性負載電流滯后引起的,但是無論如何變化,波形應該光滑無尖刺,任何大于電源電壓的脈沖均視為異常波形,如圖(3)。品質優秀的移相觸發器輸出的電壓波形非常干凈,這種無尖刺的光滑波形降低了可控硅上的電壓應力,大幅減少可控硅的故障率,提高整體設備的可靠性。