三相全數字移相觸發電路原理
摘要：
介紹了一種具有單脈沖和雙脈沖模式,并具餓缺相保護功能和三相全數字移相觸發電路的設計方案,該移相觸發電路的相移由輸入直流電平連續調節,而輸出脈沖則使用100～125kHz方波調制。文中闡述了電路工作原理,并給出了部分模擬結果。
關鍵詞：移相觸發電路 A/D轉換 缺相保護
移相觸發電路可廣泛應用在各種控制電路中。但傳統的模擬多相觸發電路存在著電路復雜、線性差、精度低于螽等缺點。本文介紹了一種三相全數字移相觸發電路的設計方案。該電路由一個直流電平控制,輸出的脈制沖對應于輸入正弦信號的正負半周平滑地由0°到180°。其主要電路特點如下：
●相移可由輸入直流電平連續調節;
●輸出脈沖用100～125kHz方波調制,具餓雙窄脈沖和單窄脈沖兩種模式;
●具餓缺相保護功能。
1 移相觸發電路工作原理
整個電路按功能可分為A/D轉換模塊（9bit-A/D）、移相模塊（phase-shift）、脈沖產生模塊（pulse-gen）、缺相保護模塊（portect）、時鐘模塊（clock）、輸出模塊（out）等六個模塊。其電路原理框圖如圖1所示。
該電路在工作時,首先使正弦交流電壓經過過零比較器以產生工頻方波A并進入移相模塊,同時將外部控制電壓經過A/D轉換的數字量也送入移相模塊,然后由移相電路根據A/D轉換的結果和相對于工頻方波的正負半周移動相應的角度后產生一窄脈沖PA（PA1、PA2）;再在PA的上升沿來觸發脈沖產生電路以在相同的位置產生要求的脈寬的脈沖GA（GA1、GA2）;此脈沖經過時鐘電路調制后產生要求的輸出OUT（OA1,OA2）。其工作波形如圖2所示（移相150°,雙窄脈沖模式）。
另外,缺相保護電路可對三相電源的相序和缺相進行檢測,當缺相或相序混亂時,保護模塊將輸出控制信號,禁止輸出并給出相應的指示。
移相角度由外界控制電壓Vcon控制;采樣脈沖Sample-pulse可由施密特電路產生,通過調整電阻和電容值可獲得任意的采樣頻率。
2 移相模塊的設計
2.1 設計思想
如前所述,移相電路功能在外界控制電壓的控制下相對于輸入工頻方波信號移動相應的角度后產生一觸發脈沖。因此,關鍵問題是如何將控制電壓轉換為相應的角度。
首先將控制電壓設定為0～2.93V,然后采用9bit A/D對其進行量化。、由于9bit A/D的分辨率為0.01V,所以在0～2.93V之間將會餓300個二進制數。如果CLK的頻率為30kHz,那么當輸入滿度控制電壓為2.93V時,其A/D轉換結果將 300,此時減法計數器輸出信號的翻傳將會出現在10ms處,這一點恰好對應于工頻方波的180°處。這樣,當控制電壓在0～2.93V之間變化時,計數器信號的翻轉將會平滑地出現在0～180°之間。
2.2 具體電路
具體的移相模塊觸發電路如圖3所示。圖4所示是其工作濾形。工作時,工頻方波從A點進入,在A出現上升沿之前,電容C2已充滿電,這使得C2上的電壓為VDD,并在擇相后與A異或,以使A1點為低電平。當A上跳為高電平時,NMOS管導通,電容C2通過NMOS管放電。由于C2放電需要一段時間,因此C2上還要維持一段時間的高電平,在這段時間內,由于A仍為高電平,所以A1點輸出低電平。當C2放電完畢后,C2上為低電平,反相反與A異或,A1點又變為低電平。因此在A上升沿的附近,A1點將輸出一個正脈沖。同樣的道理,在A的下降沿附近,A1點也會輸出一個正脈沖。在A1正脈沖的作用下,來自9bit A/D的數據被送放減少計數器,由于此時A2為低電平,從而將或門144打開,計數器開始計數。計數完成后,A2輸出高電平,并或門I44而停止計數。與A1點的情況類似,在A2出現上升沿時,A3又輸出一個正脈沖（見圖4所示）。最后A3分別與A和A與非,這樣就得到了相對與A點方波正負半周移動一定角度后的觸發脈沖A+和A-。
另外,電路中的ON為零相移控制端,當ON為低電平時,電路處于正常移相狀態;當ON為高電平時,電路處于零相狀態。
3 結論
本文介紹了一種三相全數字移相觸發電路的設計方案。其電路的輸出對應于輸入正弦信號的正負半周在0～180°的范圍內平滑地移動,分辨率為0.6°。另外,電路中還設置了缺相保護模塊,從而使電路工作更加可靠。由于電路中絕大部分是數字電路,因此該電路還具有精度高、穩定性好、便于集成等特點。
