摘要由MCS-51系列单片机组成的数字触发脉冲输出电路，可以方便地做到多种触发脉冲信号的输出，容易扩展不同功能，易于调节移相控制角，能够满足电力电子技术实验的不同要求，系统制作和程序的编写难度也不大，能够较好地解决模拟触发脉冲电路的不稳定性。
关键词 触发脉冲；移相控制角；A/D转换；同步
中图分类号：O46 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2007）09－0060-03
1 引言
电力电子技术在实际应用中得到广泛的应用，许多专业都开设了电力电子技术课程，在教学中要常常使用电力电子教学设备。电力电子技术实验课程经常使用到触发脉冲，但大多数电力电子实验设备中的触发脉冲电路存在一些问题：采用模拟电子电路，其输出不太稳定；在调节触发脉冲时，经常会出现移相控制角的非线性变化；电路的抗干扰能力较差，不利于用示波器观察输入输出波形。利用单片机电路可以方便地输出数字触发脉冲信号，本文介绍基于MCS-51系列单片机的数字触发脉冲电路的设计。
2 电力电子实验设备常见的触发脉冲类型
在电力电子技术中常用的触发脉冲包含3种类型：单脉冲、单宽脉冲和双窄脉冲。触发脉冲在单相半波整流、单相全波整流、三相半波整流、三相半控桥整流和三相全控桥整流等电路中对晶闸管进行触发，不同的电路对触发脉冲有不同的要求，触发脉冲的输出组别数量也不同（表1）。
为了保证晶闸管的可靠触发，要求触发电路满足以下要求：
2.1 触发电路输出的触发脉冲应有足够的电压和功率
电子市场中常见的晶闸管型号较多，从常见晶闸管系列参数中我们可以查出门极触发电压UG≤4.0 V和触发电流IG≤450 mA，因此输出触发脉冲要满足此条件，以适应不同实验的要求。
2.2 触发脉冲的前沿要陡，触发脉冲宽度应满足要求
2.3 满足主电路移相范围要求
单相可控整流电路电阻负载与大电感负载接有续流二极管的电路其移相范围均为180°，全控大电感负载不接续流管的移相范围为90°。
2.4 触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压取得同步
3基于单片机的触发脉冲输出系统结构
3.1系统组成
系统电路组成包含有：单片机芯片、移相控制角调节电路、同步脉冲整形、触发脉冲类型选择电路和触发脉冲输出及整形电路等。系统组成如图1所示：电压调节采用分压电路经A/D转换后产生的数据，来控制输出触发信号的移相角度；触发脉冲输出的类型由一组转换开关输入的二进制编码来控制，通过以上对常用的触发脉冲的统计，采用四组开关可以满足。
3.2单片机芯片选择
系统单片机芯片选择采用89C51。89C51芯片内部有4 KB可编程Flash存储器，芯片的使用资料多，价格便宜，易于购买。片内的存储器对于编程完全够用；它具有4个I/O口，可以非常方便的利用I/O口完成触发脉冲的输出和脉冲转换控制开关的设置，可以大大减少系统的扩展，降低电路的复杂程度。
3.3同步信号的获得
由于触发脉冲的自然换相点要与三相电源的线电压的过零点同步，所以要由同步脉冲形成电路产生同步脉冲，输入的交流信号为U相线电压。
电路如图2所示：交流电经过降压后，由比较器进行过零检测，然后经过光电隔离经微分电路输出脉冲信号，加到单片机外部中断引脚去作为同步信号。
3.4 触发脉冲的输出
驱动电路主要由光电隔离和脉冲变压器等电路组成，电路如图3所示：不同的触发脉冲由P2口输出，输出脉冲的类型受转换开关控制，输出的脉冲组数由脉冲类型需要决定。光耦合对于单片机系统与整流主电路起到很好的隔离作用，输出脉冲变压器可以满足触发脉冲与主电路中晶闸管触发匹配。
3.5 移相控制角调节的设计
通过一个可变电位器对5 V进行分压来实现移相控制角调节，0-5 V的模拟电压输入到ADC0804的VIN（+）脚，由ADC0804转换为数字信号输入到单片机中，经过软件编程由P2口输出不同移相控制角的脉冲。
ADC0804是8位CMOS逐次逼近型A/D转换器，转换的时间为100μs，存取时间为135μs，对应输入电压0-5.1 V转换为256级8位二进制数值，移相控制角移相范围可以由表1查得最大为0-180°，可以设定输入电压在0-3.6 V之间，ADC0804输出的数值则为0-180之间，对应移相控制角的是0-180°。
4 程序设计
程序主要由主程序、同步中断控制和各类型触发脉冲输出等程序组成，结构见图4。
在编程中可以参考表1来确定触发脉冲的脉冲宽度，同时还要考虑到移相控制角的控制要
转换为脉冲的延时时间。例如：设系统的晶振为12 MHz，要获得30°的移相控制角，则ADC0804模拟电压输入为0.60 V，ADC0804的数字输出值为00011110，对应同步脉冲输出的触发脉冲就须延时1 667μs。
5 结束语
采用单片机控制触发电路在实验室环境下可以做到稳定运行，可以方便地进行功能的扩展，若扩展一些键盘显示或通过串口通信与PC机相联，能够非常直观的控制输出触发脉冲。虽然在环境恶劣的地方，单片机控制触发电路安全性不高，在许多应用中成本控制没有优势，但在实验室却是一种非常好的手段。
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