TCF792器件的原理、特點及實現(xiàn)三相全波半控整流電路的設計

1 、引言

TCF792A、CF792B是單相、三相通用數字相位控制觸發(fā)電路。該系列器件具有單相同步輸入信號和數字分頻移相120°，可適應單相、三相觸發(fā)電路。TCF792A主要適用于10～500 Hz寬范圍的頻率調節(jié)（需外接20 MHz晶體振蕩器，超出500 Hz需特殊訂貨）；而TCF792B主要適用于50 Hz工頻范圍的頻率調節(jié)（無需外接晶體振蕩器）。兩者均可選擇矩形波或調制波輸出，且脈寬可調。在電路功能上，該系列觸發(fā)電路全面兼容于TC787，TC788，TC790A，TC790B，TCA785和KJ004，KJ04l，KJ04等單相、三相移相觸發(fā)電路，且價格低廉。由于采用電壓控制脈寬，無需移相電容，因此可方便構成幅度可變、脈寬調制（PWM）的逆變電源觸發(fā)電路。

此外，由于它增加了同步信號滯后補償功能，其補償范圍為0°~60°，因此可通過深度濾波去除強干擾信號，還可通過調整補償角度，精確判別同步信號的零點。該功能的增加不僅能使其用作精確的過零開關，還能簡化整流變壓器的接線組別，用于任意相的整流電路等。另外，通過選擇傳統(tǒng)的鋸齒波線性輸出或余弦函數輸出兩種方式可控制該系列器件的觸發(fā)角度。當采用余弦函數輸出時，其整流輸出電壓與控制電壓呈線形關系。該系列器件既可用于單相、三相半控和全控橋晶閘管整流觸發(fā)和單、三相交流調壓反并聯(lián)和雙向晶閘管觸發(fā)，也可用于晶體管類變頻變壓逆變等控制電路。由于其采用的角度為控制單位，因此可有效防止由頻率變化而引起的失控和顛覆現(xiàn)象。

2、 TCF792原理

圖1給出TCF792的原理結構簡圖。該器件的供電電壓為5 V，其輸入輸出端口兼容于TTL電平，因此能簡單方便地與其他數字電路連接。TCF792的同步信號采用方波，由引腳7輸入，其下降沿應為A相相電壓由負變正的過零同步點。

該周期信號經180倍頻后，形成2°周期寬度的脈沖信號，然后進入數字運算控制單元形成2°，4°，60°，120°，180°等控制信號。由此產生調制波脈沖、相位分配等信號。移相角控制電壓、脈寬控制電壓、滯后相位補償電壓分別由多路開關切換后進人10位A/D轉換電路．其分辨率達0．05％，可以滿足工業(yè)控制需要。轉換后的數值送入運算控制單元，其運算節(jié)拍由振蕩器產生。振蕩器分內部振蕩器和外部振蕩電路。TCF792A選用外部晶體振蕩電路；TCF792B采用內部振蕩電路，并由生產商在制造時固定。全控雙脈沖或半控單脈沖、矩形波或調制波、鋸齒波形或余弦函數波形（指移相角度與控制電壓關系曲線）、正相序輸出或反相序輸出分別由引腳15，17，18，19控制。若引腳16接地，將閉鎖所有輸出，一般用于過載或短路保護。器件內既含自動上電復位電路，也設置有硬件看門狗電路。當電路干擾打亂數字電路運行節(jié)拍時，起糾正作用，使輸出電路迅速恢復正常工作。

TCF792采用標淮的DIP20和SOP20封裝。其功能及使用方法如下：引腳1為RST，用于復位，且通過1 kΩ電阻接地。引腳2為+A，引腳3為一A，分別用于脈沖輸出（低電平有效，灌電流最大20 mA，內含弱上拉電阻）。引腳4為XTL2，其中TCF792B不接晶體振蕩器；TCF792A接20 MHz晶體振蕩器。引腳5為XTLl，用作晶體振蕩器的輸入端。引腳6為+B，脈沖輸出（低電平有效，灌電流最大20 mA，內含上拉電阻）。引腳7為Tb，用于同步信號輸入端（方波輸入，下降沿有效，以Va正半波起始點為下降沿的基準）。引腳8為一B，引腳9為+C，引腳11為一C，分別用于脈沖輸出（低電平有效，灌電流最大20 mA，內含弱上拉電阻）。引腳10為GND。引腳12為Vk，用作控制電壓電位輸入端，其輸入范圍在0～Vcc，線性對應的控制移相角為2°～178°。引腳13為Mk，脈寬電壓電位輸入端，當選擇矩形波脈沖時，輸入范圍為0~Vcc，線性對應的脈寬相角為2°～178°；當選擇調制脈沖時，輸入范圍為0~Vcc，線性對應的脈寬相角為0°~60°。引腳14為Xb，用作相位補償電位輸入端，輸入范圍為0～Vcc，線性對應的前移控制脈沖角度為0°~60°，該端口接地時無補償。引腳15為Bk，該端口懸空或接10 kΩ上拉電阻時為三相全控雙脈沖輸出，即觸發(fā)該相時，可同時向上一次觸發(fā)端口補發(fā)一個脈沖；該端口接地時為三相半控單脈沖輸出。引腳16為Jz，該端口懸空或10 kΩ接上拉電阻時為正常輸出；該端口接地時為禁止輸出，所有輸出脈沖端口均為高電平，響應時間小于60°。引腳17為Tz，該端口懸空或接10 kΩ上拉電阻時為矩形波輸出；該端口接地時為調制脈沖輸出，調制波周期為4°，占空比為500%。引腳18為Cos，該端口懸空或接10 kΩ上拉電阻時，輸出和輸入為鋸齒波關系；該端口接地時選擇余弦函數，輸出移相角α與控制電壓Vk的關系為α=argcos［（Vcc一2Vk）/Vcc］，整流輸出電壓與控制電壓呈線性關系。引腳19為Fx，該端口懸空或接10 kΩ上拉電阻時為正序輸出，即+A，一C，+B，一A，+C，一B；該端口接地時，為反序輸出，即+A，一B，+C，一A，+B，一C。引腳20為Vcc，Vcc為5．5～3．8 V；功耗為4～7 mA；極限電壓為5．5 V。值得說明的是：①任何端口電壓的極限范圍為一0.3V~Vcc，兼容TTL電平；工業(yè)級溫度范圍為-40℃～+85℃；高抗靜電（ESD）保護；抗4 kV快速脈沖干擾測試；抗干擾能力極強；三相不對稱度小于0．5°。②數字電路應注意抗干擾設計，盡可能采用光耦隔離設計。

3 、三相全波半控整流電路

圖2給出工頻三相晶閘管全波半控整流電路原理接線圖。其中，電網電壓Uac經R1，R2，R3與VD1，VD2削波后，進入R4輸入電壓比較器的負輸入端，當Uac為正半波時，比較器輸出零電平；當Uac為負半波時，比較器輸出高電平，從而將正弦波輸出變換為方波輸出，Uac的輸入范圍為5～400 V。光電耦合器U2用作電路隔離，起抗干擾作用。電容器C1起濾除Uac信號中過零點附近的毛刺，其數值可依實際波形中毛刺的大小而定。由于濾波產生的相位滯后，可調整RW2的輸出至引腳14進行電位補償。TCF7928的引腳2為+A輸出信號，低電平有效。光電耦合器U3用作電路隔離，其意義同U2。U2的右邊為脈沖放大電路，其參數可依晶閘管型號進行調整。脈寬可由RW1調整，其調整范圍為0°～180°，實際約調至200Us即可。觸發(fā)角控制電壓輸入端Vk（引腳12）上的電位通過R20上的壓降取得，其值取決于光電耦合器U4的輸出電流。光電耦合器采用線形PC817一A，其輸出電流與輸入電流成正比。晶體管VT2與R21構成恒流源電路，其大小受基極電位控制。圖2中的Uac經整流、阻容分壓濾波，加在RW3兩端，用以調節(jié)RW3，可改變輸入至VT2的基極電位，進而改變移相觸發(fā)角，調節(jié)晶閘管整流輸出電壓。利用5 V和18 V電源對電路隔離，有利于對器件的抗干擾能力。其引腳15接地，選擇半控單脈沖；引腳18接地，選擇余弦函數輸出。輸出移相角α與控制電壓Vk的關系式為：

由式（3）可見，Ud與Vk成線性函數關系。值得注意的是：舉例中，RW3兩端的電壓并未采用穩(wěn)壓電源，而是取Uac經整流降壓后的電壓。由上述公式可知，當Uac下降時，Ud下降，此時Vk也成比例下降，而Vk下降將使控制角減小，從而補償了因Uac下降引起的整流電壓下降。假設正常運行時觸發(fā)角為90°，當電網電壓下降10％，則經計算，其Ud僅下降l％。可見它具有一定的恒壓整流作用，且電路原理簡單。

4、 結語

通過上例可見，TCF792數字相位控制電路具有高精、易用、可靠、無需調試的優(yōu)點，外圍元件少且性能優(yōu)良。同時由于采用單相同步信號，使其應用與單相觸發(fā)電路一樣方便，便于觸發(fā)板設計。因此它將成為新一代的數字移相電路。

責任編輯：gt