基于AT89C2051的晶闸管触发电路设计

　　本设计详细介绍了一种基于AT89C2051单片机的晶闸管触发电路，具有高集成度、智能化、体积小、安全、迅速、可靠稳定等优点，今后必将被广泛应用。文中以晶闸管投切电容器为例来详细说明触发电路的工作原理。

　　1 触发电路的硬件设计

　　硬件电路以ATMEL公司的AT89C2051单片机为核心，包括晶闸管过零检测电路、控制器投切命令电路、脉冲隔离放大电路等几部分组成，硬件框图如图1所示。

　　

　　1.1 AT89C2051简介

　　AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2 k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机数据存储器(RAM)，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，内置一个精密比较器，片内振荡器及时钟电路，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，这使得其开发调试都十分方便。

　　功能强大的AT89C2051单片机提供了高度灵活和低成本的解决办法，完全可以满足对晶闸管触发电路快速、准确的要求。AT89C2051硬件结构如图2所示。

　　

　　1)端口P1 P1口是一个8位双向I/O口。引脚P1.2至P1.7提供内部上拉电阻，P1.0和P1.1则需外加上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(ANI0)和反相输入(AIN1)。

　　2)端口P3 P3口的P3.0至P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O口。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。

　　1.2 辅助电路的设计

　　1.2.1 晶闸管过零检测电路

　　晶闸管投入电容器的时刻，也就是晶闸管开通的时刻，必须是电源电压与电容器残压的幅值和相位相同的时刻。因为根据电容器的特性，当加在电容上的电压有阶跃变化时，将产生冲击电流，会损坏晶闸管且给所在电力系统带来高频振荡等不利影响。所以设计了晶闸管过零检测电路来解决残压测量的难题。晶闸管过零检测电路如图3所示。

　　

　　当电源电压与电容器的残压相等时，晶闸管上电压为零，光电耦合器就会输出下降沿负脉冲至单片机INT0、INT1管脚，如果此时控制器投入指令存在，此脉冲就会经过一系列环节，产生脉冲串去触发晶闸管，保证晶闸管的导通，平稳投入电容器;当电源电压与电容器的残压不相等时，晶闸管上电压不为零，光耦导通，接到单片机的INT0、INT1呈高电平，在软件中设置此种情况不产生触发脉冲，晶闸管呈关断状态。

　　1.2.2 控制器投切命令电路

　　控制器投切命令电路如图4所示。

　　

　　控制器是工作人员用来向触发电路下达电容器投切命令的电路。当工作中需要电容器投入时，控制器在J3处给晶闸管触发电路+4V信号，光耦U3导通，使单片机P1.0(控制器投切ORDER命令管脚)呈高电平，通过逻辑判断电路使得触发脉冲得以驱动脉冲变压器，使晶闸管导通，电容器投入;同理，当需要切除电容器时，取消控制器+4 V信号，光耦关断，ORDER管脚呈低电平，通过逻辑判断电路屏蔽了管脚的触发脉冲，此时无论触发脉冲管脚输出的何种脉冲，都不能驱动脉冲变压器，管脚晶闸管在电流过零时自然关断。这种设计的优点就是可靠性高，抗干扰能力强，避免了因外部干扰或程序问题而使得晶闸管误导通。