基于TCF792的晶闸管交流调压电路的设计

2011年5月第5期（总第150期）

广西轻工业

GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY

机械与电气

基于ＴＣＦ７９２的晶闸管交流调压电路的设计

陆丽妍

（广东省华侨职业技术学校，广东广州510520）

【摘

要】重点介绍由ＴＣＦ７９２数字相位控制触发电路触发的晶闸管三相交流调压电路的构成及工作原理。该电路具有

高精、简单易用、可靠、无需调试等优点，可广泛应用于调光、控温、照明及三相交流电动机调压调速等领域。

ＴＣＦ７９２；交流调压【关键词】晶闸管；

【中图分类号】TM461【文献标识码】A

【文章编号】1003-2673(2011)05－40－

02

随着电力电子技术的发展，交流调压技术大都采用工作在交流开关状态下的晶闸管，其实质是在恒定交流电源与负载之间接入晶闸管作为交流电压控制器。晶闸管的控制方式有两种：一种是相位控制，即通过控制晶闸管的导通角来调压。二是周波调制，在一定的时间内控制通过晶闸管的工频周期数来达到调压的目的，这种调压方式难以实现连续调压，在实际应用该中受到一定限制。所以交流调压大多以相位控制方式为主，方式是通过触发电路使作为开关的晶闸管在每个电源电压波形周期的选定时刻将负载与电源接通，在负载端得到不同的输出电压，从而起到调压作用。在调压系统中晶闸管的触发是系统中最要的组成部分，其性能直接影响系统的指标，为了提高触发电路的移相精度，增加电路稳定性和可靠性，采用由TCF792芯片组成数字相位控制触发电路的调压电路性能较好。芯片TCF792有TCF792A 和TCF792B 。是单相、三相通用数字相位触发电路，具有单相同步输入信号和数字分频移相120°。其中TCF792A 主要适用于10～500HZ 宽范围的频率调节，而TCF792B 主要适用于50HZ 工频范围的频率调节。两者均可选择矩形波和调制波输出，且脉宽可调。由于采用电压控制脉宽，无需移相电容。它增加了同步信号滞后补偿功能，其补偿范围为0°～60°，因此可通过深度滤波去除强干扰信号，还可通过调整补偿角度，精确判别同步信号的零点。另外，通过选择传统的锯齿波线性输出或余弦函数输出两种方式可其调压控制该系列器件的触发角度。当采用余弦函数输出时，输出电压与控制电压呈线形关系。该系列器件既可用于单相、三相半控和全控桥晶闸管整流触发和单、三相交流调压反并联和双向晶闸管触发，也可用于晶闸管类变频变压逆变等控制电因此可有效防止由频率变路。由于其采用的角度为控制单位，化而引起的失控和颠覆现象。

脉宽控制电压、滞后相位补偿电压分别由多路开关切换后进人10位A/D转换电路．其分辨率达0．05％，可以满足工业控制需要。转换后的数值送入运算控制单元，其运算节拍由振荡器产生。振荡器分内部振荡器和外部振荡电路。TCF792A 选用TCF792B 采用内部振荡电路，并由生产商外部晶体振荡电路；

在制造时固定。全控双脉冲或半控单脉冲、矩形波或调制波、锯齿波形或余弦函数波形(指移相角度与控制电压关系曲线) 、正相序输出或反相序输出分别由引脚15，17，18，19控制。若引脚16接地，将闭锁所有输出，一般用于过载或短路保护。器件内既含自动上电复位电路，也设置有硬件看门狗电路。当电路干扰打乱数字电路运行节拍时，起纠正作用，使输出电路迅速恢复正常工作。TCF792管脚功能如表1所示。

图１ＴＣＦ７９２的原理结构简图

说明：①以上各相脉冲输出端口均是低电平有效。灌电流最大20mA ，含弱上拉电阻。②任何端口电压的极限范围为-0.3V ～-Vcc+0.5V，兼容TTL 电平；工业级温度范围为-40℃～+85℃；高抗静电(ESD)保护；抗4kV 快速脉冲干扰测试；抗干扰能力极强；三相不对称度小于0.5°。③数字电路应注意抗干扰设计，尽可能采用光耦隔离设计。

１ＴＣＦ７９２工作原理及结构简图

图1给出TCF792的原理结构简图。该器件的供电电压为

２晶闸管三相交流调压电路设计

2.1三相交流调压电路工作原理

5V ，其输入输出端口兼容于TTL 电平，因此能简单方便地与其他数字电路连接。TCF792的同步信号采用方波，由引脚7输入，其下降沿应为A 相相电压由负变正的过零同步点，该周期信号经180倍频后，形成2°周期宽度的脉冲信号，然后进入数字运算控制单元形成2°，4°，60°，120°，180°等控制信号。由此产生调制波脉冲、相位分配等信号。移相角控制电压、

【作者简介】陆丽妍（１９６３－），女，广东佛山人，实验师，研究方向：机电专业教学与实训指导。

图２三相交流调压电

三相交流调压电路有各种形式，图2是性能较好，用得最多的三相三线Y 形连接的调压电路，下面以电阻负载为例说图2中由于没有中线，若要负载上流过电流，至少明工作原理。

要有两相构成回路，即三相电路中，至少要有一相正向晶闸管与另一相反向晶闸管同时导通。为了保证在电路工作时能使两个晶闸管同时导通，要求采用大于60°的宽脉冲或双窄脉冲的触发电路；为了保证输出电压三相对称并有一定的调节范围，要求晶闸管的触发信号除了必须与相应的交流电源有一致的相序外，各触发信号之间还必须严格地保持一定的相位关系。对图2的调压电路，要求A 、B 、C 三相电路中正向晶闸管T1、T3、T5的触发信号互差120°；反向晶闸管T4、T6、T2的触发信号相位也互差120°，而同一相中反并联的两个正、反即各晶闸管触发脉冲的晶闸管的触发脉冲相位应互差180°，

序列应按T1、T2…T6的次序，相邻两个晶闸管的触发信号差为60°。为使负载上能得到全电压，晶闸管应能全导通，因此，应选用电源相应波形起点作为控制角α=0°的时刻，该点作为触发角α的基准点。交流调压后的输出电压与触发脉冲的波形如图3所示。随着α角的增大，负载电压会相应变小，改变触发角α的大小能使输出电压值连续可调。

表１ＴＣＦ７９２各管脚功能

管脚

符号

功能

管脚符号

功能

控制电压输入端，输入范围

１

ＲＳＴ

复位，通过１Ｋ电阻接地

１２

Ｖｋ

０～Ｖｃｃ线性对立移相角２°～１７８°

２３４６

＋Ａ－ＡＸＴＬ１＋Ｂ

＋Ａ脉冲输出－Ａ脉冲输出Ｂ型不接晶振，Ａ型接

２０ＭＨｚ晶振＋Ｂ脉冲输出用于同步信号输入端（方

７

Ｔｂ

波输入，下降沿有效，以Ｖａ正半波起始点为下降

沿的基准）

脉宽电压电位输入端，输入范围０～Ｖｃｃ。（选择矩

１３

Ｍｋ

形波脉冲时，线性对应脉宽角２～１７８度；当选择调制波脉冲时，线性对应脉

宽角０～６０度）

１７

Ｔｚ１６

Ｊｚ９１１５８

＋Ｃ－ＣＸＴＬ２－Ｂ

＋Ｃ脉冲输出－Ｃ脉冲输出晶振输入端－Ｂ脉冲输出

该端口悬空或接１０ｋΩ上拉电阻时为正常输出；该端口接地时为禁止输出，所有该端口悬空或接１０ｋΩ上拉电阻时为矩形波输出；该端口接地时为调制脉冲输占出，调制波周期为４°，空比为５０％。

该端口悬空或接１０ｋΩ上

相位补偿电位输入端（输入范围为０～Ｖｃｃ，线性对

１４

Ｘｂ

应的前移控制脉冲角度为０～６０度，该端口接地

时无补偿）

１８

Ｃｏｓ

拉电阻时，输出和输入为锯齿波关系；该端口接地时选择余弦函数，输出移相角α与控制电压Ｖｋ的关系为α＝ａｒｇｃｏｓ［（Ｖｃｃ一２Ｖｋ）／Ｖｃｃ］，整流输出电压与控制电压呈线性关系。

该端口悬空或接１０ｋΩ上拉电阻时为三相全控双脉冲输出，即触发该相

１５

Ｂｋ

时，可同时向上一次触发端口补发一个脉冲；该端口接地时为三相半控单

１９

Ｆｘ

该端口悬空或接１０ｋΩ上拉电阻时为正序输出，即＋Ａ，一Ｃ，＋Ｂ，一Ａ，＋Ｃ，一Ｂ；该端口接地时，为反序输出，即＋Ａ，一Ｂ，＋Ｃ，一Ａ＋Ｂ，一Ｃ。

Ｖｃｃ为５．５～３．８Ｖ；功耗

１０

ＧＮＤ

地

２０

Ｖｃｃ为４～７ｍＡ；极限电压为

５．５Ｖ。

图３三相交流调压电路在电阻负载下的波形

2.2基于数字式触发器触发的工频三相交流调压电路

图４数字式触发器触发的工频三相交流调压电路

为了更进一步提高晶闸管触发电路的可靠性，防止触发脉冲的不对称而引起主电路一次电流不平衡而出现谐波电流，电网中性点偏移等。采用TCF792数字相位控制触发电路的三相交流调压电路如图4所示。图中给出的是工频三相晶闸管交流调压原理接线图。其中，电网电压Uac 经R1，R2，R3VD1，VD2削波后，进入R4输入电压比较器的负输入端，当Uac 为正半波时，比较器输出零电平；当Uac 为负半波时，比较器输出高电平，Uac 的输入范围为5～400从而将正弦波输出变换为方波输出，

V 。光电耦合器U2用作电路隔离，起抗干扰作用。电容器C1起滤除Uac 信号中过零点附近的毛刺，其数值可依实际波形中毛刺的大小而定。由于滤波产生的相位滞后，可调整RW2的输出至引脚14进行电位补偿。TCF792B 的引脚2为+A输出信号，低电平有效。光电耦合器U3用作电路隔离，其意义同U2。U3的右边为脉冲放大的典型电路，其参数可依晶闸管型号进行调其调整范围为0°～180°。触发角控整。脉宽可由RW1调整，

制电压输入端Vk （引脚12）上的电位通过R20上的压降取得，其值取决于光电耦合器U4的输出电流。光电耦合器采用线性PC817，其输出电流与输入电流成正比。晶体管VT2与R21构成恒流源电路，其大小受基极电位控制。图4中的Uac 经整流、阻容分压滤波，加在RW3两端，用以调节RW3，可改变输入至VT2的基极电位，进而改变移相触发角，调节晶闸管输出电压。利用5V 和18V 电源对电路隔离，有利于对器件的抗干扰能力。其引脚15接地，选择半控单脉冲；引脚18接地，选择余弦函α=argcos[数输出。输出移相角α与控制电压Vk 的关系式为：

（下转第55页）

3.2AT89C52存储模块程序设计

程序流程如图6。

图８ＨＳ１６０２液晶驱动程序流程图

４测试结果

DS18B20在12位转化时每一位的精度为0.0625度，我

们取小数点后两位进行显示，即两位整数温度和两位小数温度在测试过程中，将家庭用的数据，这样已经达到了很高的精度。体温计和本文设计的体温计进行比较，本体温计反应速度快，

图６ＡＴ８９Ｃ５２存储模块程序流程图

15秒就可以测得体温值，测温的精度高，达到小数后两位。

3.3DS18B20模块程序设计

DS18B20模块程序设计如图7。

５结论

本文设计的简易人体体温度快速测量仪，可以实时测量温

度，测量速度快，精度高，且当温度超过预设报警温度值时，能发出声音报警，并通过LED 发出闪烁的灯光提示，直观明了，操作方便。参考文献

［１］张洪润．电子线路与电子技术［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００５．［２］王松武．电子创新设计与实践［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００５．［３］李建忠．单片机原理及应用［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，２００２．

［４］黄智伟．全国大学生电子设计竞赛训练教程［Ｍ］．北京：电子工业出版

图７ＤＳ１８Ｂ２０模块程序流程图

社，２００４．

［５］何希才．新型集成电路及应用实例［Ｍ］．北京：科学出版社，

２００２．

3.4HS1602驱动程序设计

HS1602驱动程序设如图8。

（上接第41页）

(Vcc-2Vk)/Vcc].值得注意的是：采用Uac 同步电压应往前补偿30°角差（通过调节RW2）。若采用Ua 作同步电压则只需补偿滤波产生的滞后角。

路在实际应用中已成功触发过100A ～400A 的晶闸管组成的控温、照明及三相交三相交流调压电路。可广泛应用于调光、流电动机调压调速等领域。参考文献

［１］李宏．常用晶闸管触发器集成电路及应用［Ｍ］．北京：科学出版社，２０１１．

［２］莫正康．半导体变流技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３．

３系统的应用

采用数字式触发电路来控制晶闸管的触发，是晶闸管应用

的发展趋势。现场应用证明，本系统在实际应用中也已显示出可靠性高、易于调试、操作方便等优点。该触发电触发精度高、