異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器晶閘管門(mén)級(jí)雙窄觸發(fā)脈沖生成電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是基于FPGA的異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器晶閘管門(mén)級(jí)雙窄觸發(fā)脈沖生成電路，其結(jié)構(gòu)包括鎖相環(huán)模塊1，相控角給定端口2，脈沖輸出使能端口3，A相同步信號(hào)4，A相窄脈沖生成模塊5，B相同步信號(hào)6，B相窄脈沖生成模塊7，C相同步信號(hào)8，C相窄脈沖生成模塊9，雙窄脈沖合成模塊10，雙窄脈沖輸出模塊11。優(yōu)點(diǎn)：1）基于FPGA硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)，所有功能均由硬件電路實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定可靠。軟起動(dòng)器應(yīng)用在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境，穩(wěn)定性高，實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng)；2）基于可編程平臺(tái)設(shè)計(jì)，即可實(shí)現(xiàn)專用ASIC的功能。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，設(shè)計(jì)難度低，易于改進(jìn)；3）相控角給定為8位數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，為數(shù)字給定相控角，接口友好，易于設(shè)計(jì)。
【專利說(shuō)明】異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器晶閘管門(mén)級(jí)雙窄觸發(fā)脈沖生成電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種基于FPGA的異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器晶閘管門(mén)級(jí)雙窄觸發(fā)脈沖生成電路，屬于電機(jī)軟起動(dòng)器【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]三相交流異步電動(dòng)機(jī)因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。當(dāng)電動(dòng)機(jī)直接合閘時(shí)，起動(dòng)電流很大，降低使用壽命。晶閘管技術(shù)日趨成熟，微機(jī)控制技術(shù)飛速發(fā)展，一系列電子式軟起動(dòng)器隨之誕生。
[0003]軟起動(dòng)器主體為三組反并聯(lián)的晶閘管，在采用脈沖變壓器作為晶閘管驅(qū)動(dòng)時(shí)，如何產(chǎn)生正確可靠的觸發(fā)脈沖出路雙窄脈沖)，是軟起動(dòng)器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。脈沖寬度過(guò)大，容易使脈沖變壓器飽和，從而導(dǎo)致晶閘管不能正常工作。所以在觸發(fā)某個(gè)晶閘管的同時(shí)，需要給序號(hào)緊前的晶閘管補(bǔ)發(fā)脈沖，即用雙窄脈沖代替?zhèn)鹘y(tǒng)寬脈沖，從而保證了晶閘管可靠觸發(fā)。傳統(tǒng)產(chǎn)生雙窄脈沖技術(shù)為:軟件生成脈沖和專用ASIC生成脈沖。軟件實(shí)現(xiàn)一般是通過(guò)檢測(cè)三相同步信號(hào)跳變，結(jié)合定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)相控角的調(diào)整?？衫萌齻€(gè)外部中斷或捕獲中斷實(shí)現(xiàn)對(duì)三相同步信號(hào)的捕捉。軟件實(shí)現(xiàn)方法存在占用資源多，穩(wěn)定性不高，抗干擾能力弱等缺點(diǎn)。也可以利用三相六脈沖生成專用芯片如TC787實(shí)現(xiàn)雙窄脈沖輸出。TC787需要通過(guò)連接電容來(lái)控制脈沖寬度，并且需要配合較多的外圍電路，才能實(shí)現(xiàn)脈沖輸出。TC787需要一個(gè)獨(dú)立的電源，相控角通過(guò)一個(gè)模擬量輸入端口給定，數(shù)字控制芯片需要通過(guò)一個(gè)DAC才能實(shí)現(xiàn)對(duì)TC787的控制，這顯然增大了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程序，降低了系統(tǒng)穩(wěn)定性。另外，TC787價(jià)格較高，使得系統(tǒng)成本較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型提出的是一種基于FPGA的異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器晶閘管門(mén)級(jí)雙窄觸發(fā)脈沖生成電路。其目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷。通過(guò)8位觸發(fā)角給定端口給定相控角Alpha,通過(guò)A、B、C相同步信號(hào)端口給定各相同步信號(hào),使能脈沖輸出端口，各相窄脈沖生成后，經(jīng)過(guò)雙窄脈沖合成模塊合成后，即可實(shí)現(xiàn)雙窄脈沖輸出。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案:基于FPGA的異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器晶閘管門(mén)級(jí)雙窄觸發(fā)脈沖生成電路，其特征在于:包括鎖相環(huán)模塊，相控角給定端口，脈沖輸出使能端口，A相同步信號(hào)，A相窄脈沖生成模塊，B相同步信號(hào)，B相窄脈沖生成模塊，C相同步信號(hào)，C相窄脈沖生成模塊，雙窄脈沖合成模塊，雙窄脈沖輸出模塊。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0007]I)基于FPGA硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)，所有功能均由硬件電路實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定可靠。軟起動(dòng)器應(yīng)用在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境，本設(shè)計(jì)與軟件實(shí)現(xiàn)方法相比，具有穩(wěn)定性高，實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]2)基于可編程平臺(tái)設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)專用ASIC如TC787，需要電源和復(fù)雜外圍電路，本設(shè)計(jì)只需要外圍有源晶振、復(fù)位電路和配置芯片，即可實(shí)現(xiàn)專用ASIC的功能。因此本設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，設(shè)計(jì)難度低，易于改進(jìn)，易于量產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
[0009]3)相控角給定為8位數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)專用ASIC如TC787的相控角通過(guò)模擬量給定進(jìn)行調(diào)節(jié)，與數(shù)字控制器對(duì)接時(shí)，需要DAC電路。本設(shè)計(jì)為數(shù)字給定相控角，接口友好，易于設(shè)計(jì)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框圖。
[0011]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例輸出波形示意圖。
[0012]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例Quartus頂層原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，基于FPGA的異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器晶閘管門(mén)級(jí)雙窄觸發(fā)脈沖生成電路，其結(jié)構(gòu)包括鎖相環(huán)模塊1，相控角給定端口 2，脈沖輸出使能端口 3，A相同步信號(hào)4，A相窄脈沖生成模塊5，B相同步信號(hào)6，B相窄脈沖生成模塊7，C相同步信號(hào)8，C相窄脈沖生成模塊9，雙窄脈沖合成模塊10，雙窄脈沖輸出模塊11。
[0014]其中相環(huán)模塊I的第一信號(hào)輸出端連接A相窄脈沖生成模塊5的第一信號(hào)輸入端；相控角給定端口 2的第一信號(hào)輸出端連接A相窄脈沖生成模塊5的第二信號(hào)輸入端；脈沖輸出使能端口 3的第一信號(hào)輸出端連接A相窄脈沖生成模塊5的第三信號(hào)輸入端；相環(huán)模塊I的第二信號(hào)輸出端連接B相窄脈沖生成模塊7的第一信號(hào)輸入端；相控角給定端口 2的第二信號(hào)輸出端連接B相窄脈沖生成模塊7的第二信號(hào)輸入端；脈沖輸出使能端口 3的第二信號(hào)輸出端連接B相窄脈沖生成模塊7的第三信號(hào)輸入端；相環(huán)模塊I的第三信號(hào)輸出端連接C相窄脈沖生成模塊9的第一信號(hào)輸入端；相控角給定端口 2的第三信號(hào)輸出端連接C相窄脈沖生成模塊9的第二信號(hào)輸入端；脈沖輸出使能端口 3的第三信號(hào)輸出端連接C相窄脈沖生成模塊9的第三信號(hào)輸入端；A相同步信號(hào)4的信號(hào)輸出端連接A相窄脈沖生成模塊5的第四信號(hào)輸入端；B相同步信號(hào)6的信號(hào)輸出端連接B相窄脈沖生成模塊7的第四信號(hào)輸入端；C相同步信號(hào)8的信號(hào)輸出端連接C相窄脈沖生成模塊9的第四信號(hào)輸入端；A相窄脈沖生成模塊5的信號(hào)輸出端連接雙窄脈沖合成模塊10的第一信號(hào)輸入端；B相窄脈沖生成模塊7的信號(hào)輸出端雙窄脈沖合成模塊10的第二信號(hào)輸入端；C相窄脈沖生成模塊9的信號(hào)輸出端雙窄脈沖合成模塊10的第三信號(hào)輸入端；雙窄脈沖合成模塊10的信號(hào)輸出端連接雙窄脈沖輸出模塊11的信號(hào)輸入端。
[0015]正常使用時(shí)，將外部時(shí)鐘連接到鎖相環(huán)模塊I上，并配置鎖相環(huán)。將數(shù)字控制器的1 口連接到相控角給定端口 2，脈沖輸出使能端口 3。將A、B、C三相同步信號(hào)分別連接到A相同步信號(hào)4，B相同步信號(hào)6，C相同步信號(hào)8。系統(tǒng)上電后，首先失能脈沖輸出，然后通過(guò)相控角給定端口 2給定所需要的相控角，再使能脈沖輸出，即可實(shí)現(xiàn)6路雙窄脈沖輸出。
[0016]當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，比如電網(wǎng)電壓大幅波動(dòng)、系統(tǒng)過(guò)載，缺相故障等，可通過(guò)對(duì)脈沖輸出使能端口 3的控制，失能雙窄脈沖輸出，從而保護(hù)系統(tǒng)。
[0017]如圖2所示，按照既定功能完成設(shè)計(jì)后，通過(guò)AS下載接口下載到配置芯片，系統(tǒng)時(shí)鐘由40MHz有源晶振產(chǎn)生。利用三相同步變壓器和過(guò)零檢測(cè)電路，生成三相同步信號(hào)，分別接到A相同步信號(hào)4，B相同步信號(hào)6，C相脈沖生成模塊9。數(shù)字控制芯片選用DSP-TMS320F2812 JfDSP的GP10B7-GP10B0連接到相控角給定端口 2上。GP1AO連接到脈沖輸出使能端口 3上用于控制脈沖輸出。由于TMS320F2812與FGPA均使用3.3V電源，所以兩者可共用電源，端口可以直接連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。連接完成后，系統(tǒng)上電。三相電源接入系統(tǒng)后，即產(chǎn)生三相同步信號(hào)，DSP通過(guò)GP10B7-GP10B0給定相控角Alpha，GP1AO給定高電平時(shí)，使能脈沖輸出，即可實(shí)現(xiàn)雙窄脈沖輸出。
[0018]如圖3所示，分析可知，本設(shè)計(jì)方法可行。系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的6路雙窄脈沖(脈沖寬度為30度)。
【權(quán)利要求】
1.基于FPGA的異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器晶閘管門(mén)級(jí)雙窄觸發(fā)脈沖生成電路，其特征在于:包括鎖相環(huán)模塊，相控角給定端口，脈沖輸出使能端口，A相同步信號(hào)，A相窄脈沖生成模土夾，B相同步信號(hào)，B相窄脈沖生成模塊，C相同步信號(hào)，C相窄脈沖生成模塊，雙窄脈沖合成模塊，雙窄脈沖輸出模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器晶閘管門(mén)級(jí)雙窄觸發(fā)脈沖生成電路，其特征在于:所述相環(huán)模塊的第一信號(hào)輸出端連接A相窄脈沖生成模塊的第一信號(hào)輸入端；相控角給定端口的第一信號(hào)輸出端連接A相窄脈沖生成模塊的第二信號(hào)輸入端；脈沖輸出使能端口的第一信號(hào)輸出端連接A相窄脈沖生成模塊的第三信號(hào)輸入端；相環(huán)模塊的第二信號(hào)輸出端連接B相窄脈沖生成模塊的第一信號(hào)輸入端；相控角給定端口的第二信號(hào)輸出端連接B相窄脈沖生成模塊的第二信號(hào)輸入端；脈沖輸出使能端口的第二信號(hào)輸出端連接B相窄脈沖生成模塊的第三信號(hào)輸入端；相環(huán)模塊的第三信號(hào)輸出端連接C相窄脈沖生成模塊的第一信號(hào)輸入端；相控角給定端口的第三信號(hào)輸出端連接C相窄脈沖生成模塊的第二信號(hào)輸入端；脈沖輸出使能端口的第三信號(hào)輸出端連接C相窄脈沖生成模塊的第三信號(hào)輸入端；A相同步信號(hào)的信號(hào)輸出端連接A相窄脈沖生成模塊的第四信號(hào)輸入端出相同步信號(hào)的信號(hào)輸出端連接B相窄脈沖生成模塊的第四信號(hào)輸入端；(:相同步信號(hào)的信號(hào)輸出端連接C相窄脈沖生成模塊的第四信號(hào)輸入端；A相窄脈沖生成模塊的信號(hào)輸出端連接雙窄脈沖合成模塊的第一信號(hào)輸入端相窄脈沖生成模塊的信號(hào)輸出端雙窄脈沖合成模塊的第二信號(hào)輸入端；C相窄脈沖生成模塊的信號(hào)輸出端雙窄脈沖合成模塊的第三信號(hào)輸入端；雙窄脈沖合成模塊的信號(hào)輸出端連接雙窄脈沖輸出模塊的信號(hào)輸入端。
【文檔編號(hào)】H03K3/02GK204046548SQ201420493721
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】徐周, 王宏華, 王哲蓓, 郭鵬, 尹祥順, 李軍民 申請(qǐng)人:河海大學(xué), 揚(yáng)中市豐順電器有限公司