基于TC787芯片三相六脉冲晶闸管控制触发板的设计

【摘要】晶闸管直流电动机自动调速系统是电力电子技术与自动控制技术中的典型系统，为了提高自动化调速设备的稳定性.调试和维修，通过专用TC787芯片三相六脉冲触发板训练可进一步理解相关理论知识，提高自己实际操作能力，故障判断能力和设备检修能力。这次制作采用专用集成触发器（TC787芯片）为核心的三相六脉冲调速控制系统，适用于5kW以下的直流电动机的无级调速。系统采用转速负反馈，并具有电流截止负反馈环节和集成比较环节，还具备缺相、过压和禁止输出有发光二极管指示。

【关键词】保护电路;移相;振荡电路;比例积分电路

TC787是参照国外最新集成移相触发集成电路而设计的单片专用集成电路。它可 单电源工作，亦可双电源工作，适用于三相晶闸管移相触发，它是目前国内外市场上广泛使用的TCA785及KJ（或KC）系列移相触发集成电路的换代产品，与TCA785及KJ（或KC）系列移相触发集成电路相比，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相范围宽、外接元件少等优点。只需要一块这样的集成电路，就可以完成三块TCA785与一块KJ041、一块KJ042或五块KJ（三块KJ004、一块KJ042、一块KJ041、或KC）系列器件组合才能具有的三相移相功能。因此TC787可广泛应用于三相全控、三相半控、三相过零等电力电子、机电一体化产品的移相触发系统，从而取代TCA785、KJ009、KJ004、KJ041、KJ042等同类电路，可提高触发板的可靠性、缩小体积和降低成本。

一、TC787芯片技术指标

技术指标：

1.同步信号要求三个分立电源变压器采样输入，以便在缺相时能正确判断。

2.同步滤波网络可消除同步信号的干扰，有30度相移调节，能对三相同步均衡进行微调，使控制板与系统有良好配合。

3.触发电路采用TC787DS，电路设计集中式恒流源，三相锯齿波线性好，一致性好。

4.电路对同步信号的正反序有识别能力，并改变相应的补脉冲。在缺相时电路禁止脉冲输出。

5.电路有软起功能，加电和复位电路都将软起动。

6.设计有比例积分电路，输入输出从板上引出，可以手动开环控制，也可以闭环自动控制。

7.有过流或过压的锁定保护控制，域值可调，故障排除后有复位键复位。

8.缺相、过压和禁止输出有发光二极管指示。

9.输出为双调制脉冲列，适配脉冲变压器触发，宽度可调。

10.板上有整流稳压电路，用户只需外接双16-18V的电源即可工作;15V的双路稳压电源和+24V电源从板上引出。

二、TC787芯片结构框图

（一）基本构成

图1 TC787结构框图

（二）电路原理

三相同步电压经整形进入电路，同步电压的零点设计为1/2电源电压（电路输入端同步电压峰值不宜大于电源电压），通过过零检测和极性判别电路后，在Ca、Cb、Cc三个电容上积分形成锯齿波。由于采用集中式恒流源，相对误差小，锯齿波有良好的线性;要求电容选取应相对误差小，容值大小决定锯齿波幅度（TC787DS的积分电容约为0.033μ）。移相电压由4脚通过电位器或外电路产生，和锯齿波在比较器中比较取得交相点，抗干扰电路保证交相唯一和稳定。

脉冲形成电路是由脉冲发生器对输出脉冲进行调制，调制脉冲的宽度可通过改变Cx电窬的值来确定，Cx大则宽。（Cx的值为0.01μ）

三相同步的过零脉冲通过缺相检测电路和相序检测电路对相序和缺相进行判别，相序判别后对脉冲分配电路进行不同的控制;而如有缺相产生，电路5脚（为一双向口）将输出高电平，同时禁止输出脉冲。同时5脚为保护端，5脚置高电平时，输出脉冲即被禁止。

脉冲分配及驱动电路根据电路内部相序判别的结果和6脚控制脉冲分配的输出方式，正序时6脚接低电平，输出为半控方式，12、11、10、9、8、7分别输出A、-C、B、-A、C、-B的单调制脉冲，6脚接高电平，输出为全控方式，12、11、10、9、8、7分别输出A-C、-CB、B-A、-AC、C-B、-BA的双调制脉冲;反序时6脚接低电平，输出为半控方式，12、11、10、9、8、7分别输出A、-B、C、-A、B、-C的单调制脉冲，6脚接高电平，输出为全控方式，12、11、10、9、8、7分别输出A-B、-BC、C-A、-AB、B-C、-CA的双调制脉冲。输出端可驱动功率管，经脉冲变压器触发可控硅。

三、管脚图和管脚功能表

图2 787管脚图

图3 TC787管脚功能图

图4 三相同步变压器采样输入电路

四、TC787触发板的电路设计

（一）三相同步变压器采样输入电路

三相同步信号从三个分立变压器上采样，输入板上A，B，C和地线，经RC移相滤波，调整WA、WB、WC三只电位器可产生0-30的滞后相移，微调各同步电压相位，以保证同步的均衡性（见图4）。

（二）移相电路

同步电压整形后输入电路TC787DS的18、2、1脚，在电路16、15、14脚上的Ca、Cb、Cc上形成锯齿波，并与电路4脚上的移相电压进行比较确定导通角。移相电压通过运放转换极性输入电路4脚，W2用于调整电压转折点，W1用于调整运放增益（板子测试时巳调好），运放输出设计有负电压限幅电路以保证电路的工作区间。输入端IN由板上引出，通过外接正电压的电位器调整移相电压。可从此端进行手动控制，移相电压增加，输出导通角增大。

图5 移相电路

（三）比例积分放大电路

比例积分放大器有2个输入端，分别从板上I1和I2引出。I1为给定输入端，输入电压为负电压0-8V;I2为反馈电压输入端，输入电压为正电压0-8V。O1为放大器的输出端。在闭环控制使用时，将O1与IN端连接，反馈输入端I2根据要求采电压样输入和I1的给定电压进行比较，以达到稳压或稳流的目的。

图6 比例积分放大电路

（四）功放放大电路

功放电路通过中功率晶体三极管C2073进行放大，使得后续高低压隔离电路不需要再进行放大，电路更加简单化。

图7 功放放大电路

（五）电源电路

电源电路是实训设备上的电源，用分立元件组成的最基本的并联稳压电源，虽然适应性较广，但其输出电流小只有稳压管工作电流的二分之一，并且采用降压电阻降压，降压电阻压降高、功耗大。本电路采用三端集成稳压器。集成稳压器又叫集成稳压电路，将不稳定的直流电压转换成稳定的直流（下转第155页）（上接第153页）电压的集成电路，近年来，集成稳压电源已得到广泛应用，其中小功率的稳压电源以三端式串联型稳压器应用最为普遍。其具有输出电流大，输出电压高， 体积小，可靠性高等优点。

图8 电源电路

五、调试

本电路还设计有电压超限锁定保护电路，可以用采样电压从板上PE端输入，W3为门限调节电位器，调节范围0-10V，当外电压采样值超过设定值时，电路将禁止TC787DS的输出脉冲。板上的轻触开关为复位键，同时由0C引出，与地相触则可复位。

同时板上PI端为禁止脉冲输出控制，高电平禁止。在缺相、锁定保护和禁止输出时，板上发光二极管亮。

电路板加电和复位时，输出脉冲将从最小导通角移向给定导通角，进行软起动。

正序时触发脉冲输出由板上A，-C，B，-A，C，-B端分别输出。按正序接好线，外电反序时电路能自动识别。输出脉冲宽度的调节由电路13脚的Cx调节，Cx大则调制脉冲宽。+24V从+V脚引出提供脉冲变压器电源。

双～18脚为电源输入端，中间抽头接地。

1.手动移相控制电压：0-8V;闭环移相控制电压0-8V。

2.移相范围：0-180。

3.触发脉冲形式：调制脉冲5-10K。

4.输出级负载电流<800mA。

5.输入交流电源：双～16-18V。

6.波形图（图9）。

图9

六、总结

直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在 电气传动中获得了广泛应用。在调试过程中，故障是不可避免的，产生故障的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的上多种原因相互作用引起的复杂故障，因此需要掌握故障的一般诊断方法，故障诊断过程就是以故障现象出发，通过反复测试，做出分析判断，逐步找出故障的过程。要通过对原理图的分析，把系统分成不同功能的电路模块，通过逐一测量找出故障模块，然后再对故障模块内部加以测量找出故障，查找故障，分析故障和排除故障，这样可以提高分析问题和解决问题的能力。

参考文献

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作者简介：王亚平（1964—），男，浙江衢州人，工程硕士，浙江衢州学院（筹）信电系高级实验师，从事机电产品研究。