2024年3月23日发(作者：计浩初)
第３期
机 电 元 件
Ｖ０ｌ＿３１ Ｎｎ ３
２０１１年６月
ＥＬＥＣＴＲｏＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ Ｃ０ＭＰ０ＮＥＮＴＳ
Ｊｕｎ．２０１ｌ
基于ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２ 单片机的三相晶闸管
触发电路的设计
王殿俊阳建林
（中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州２２１００８）
摘要：本文提出了一种基于ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２单片机的三相桥式可控触发电路的设计方法，主要包括三相桥式
可控整流电路、同步信号的检测、脉冲的形成与放大以及软件实现等内容。这种方法利用了电压传感器来检测
同步信号，取代了以往利用同步变压器、锁相环等方法实现同步信号的检测的方法，所用的硬件电路较为简单，
精度较高。
关键词：ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２单片机；触发电路；同步信号检测；电压传感器
Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—６１３３．２０１ １．０３．００１
中图分类号：ＴＮ７８４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—６１３３（２０１１）０３—０００３～０４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｒｅｅ・－—ｐｈａｓｅ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ ｔｔｉｇｇｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂａｓｅｄ
ｏｎ ＡＴＭＥＬ８９ Ｓ５２ ＭＣＵ
ＷＡＮＧ Ｄｉａｎ——ｊｕｎ ＹＡＮＧ Ｊｉａｎ——ｌｉｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｊｉａｎｇｓｕ Ｘｕｚｈｏｕ ２２１００８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｒｅｅ——ｐｈａｓｅ ｆｕｌｌ—－ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｔｒｉｇｇｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ
ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２ ＭＣＵ，ｗｈｉｃｈ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｆｕｌｌ—ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ｓｉｇ—
ｎａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｐｕｌｓｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｅｔｃ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｅｓ ａ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ ｔｏ
ｄｅｔｅｃｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ｓｉｇｎａｌ，ｒｅｐｌａｃｅｓ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋ ｌｏｏｐ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｉｍ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａ－
ｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｉｔｓ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ，ａｎｄ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２ ＭＣＵ；ｔｒｉｇｇｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｖｏｈａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ
１ 引 言 量 军喜 。了 萎
晶闸管作为一种半控性功率半导体器件，其基 调速系统中。触发电路是晶闸管电力变流技术的一
本功能是对电压进行整流、调压和斩波等进行控 种核心技术，触发电路应具有可靠性高，对称性好
收藕日期：２０１１一ｏ４—０８
作者简介：王殿俊（１９８７一），男，硕士研究生，电力电子与电力传动．Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｄｊ１３５＠１２６．ｃｏｒｎ
４ 机电元件
等要求…。以分立元件及专用集成电路为主的触
发电路，其性能不尽如人意，其具有电路复杂、易
受电网电压影响、触发脉冲对称度不好等缺点。由
ｌ＼ ／Ｆ ３＼ ／ Ｔ ５＼ ７
单片机组成的控制，其触发电路具有性能良好、触
——
Ｚ
发电路结构简单、控制灵活、温漂影响小、控制精
度高、移相范围可任意调节等特点 ；因其移相
触发角通过软件计算完成，由于软件的可编程性，
４＼ ７ ６ ７ ＶＴ２ ７
使微机数字触发器的调速范围更加灵活，能满足更
多方面的需要。另外，本设计的原本目的就是利用
单片机非对称触发三相整流桥，以产生谐波，然后
用整理桥作为有源电力滤波器（ＡＰＦ）实验样机的
非线性负载使用。
本文以三相桥式全控整流电路为例，主要介绍
采用ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２单片机控制的三相桥式可控整
流电路触发电路的设计方法，包括三相桥式全控整
流电路、同步信号的检测、脉冲的形成与放大、键
盘电路、显示电路以及软件实现等内容。
２ 三相桥式全控整流电路
三相桥式全控整流电路 如图１所示。电路
图中有两组晶闸管，一组是共阴极（ＶＴ１、ＶＴ３和
ＶＴ５），一组是共阳极（ＶＴ４、ＶＴ６和ＶＴ２）。在任
何时候均需二个晶闸管同时导通，形成向负载供电
的回路，其中一个晶闸管是共阴极的，另一个是共
阳极的，并且不能为同一相的晶闸管。由于共阴极
的晶闸管是在正半周触发，共阳极组的晶闸管是在
负半周触发，因此，接在同一相的两个晶闸管的触
发脉冲相位应该相差１８０。。６个晶闸管的脉冲按
ＶＴ１一ＶＴ２一ＶＴ３一ＶＴ４一ＶＴ５一ＶＴ６的顺序依次导
通，相位相差６０。。为保证电路的正常工作，需确
保同时导通的晶闸管均匀脉冲。可采用两种方法：
一
种是宽脉冲触发，一般脉冲宽度位８０。～１２０。；
另一种是双窄脉冲触发，即在触发某一晶闸管的同
时给前一号晶闸管补发一个脉冲，使共阴极组和共
阳极组的两个应导通的晶闸管均有触发脉冲，脉冲
宽度一般为２Ｏ。～３０。，两个脉冲的前沿相差６０。。
采用前者效率较低，本文采用后者，脉冲宽度取为
２７。
图１ 三相桥式全控整流电路
３ 触发电路的硬件电路设计
硬件电路以Ａｔｍｅｌ８９ｓ５２单片机为控制器，其
结构框图如图２所示。它包括同步信号检测、ＡＤ
转换电路、脉冲的形成与放大、显示模块和键盘电
路等。
同步信号检测｝＝＝ Ａ。转换
复位电路｝＝ Ａｔｍ单片机 ＝ 显示模块 ｅ１８９ｓ５２
｝键盘电路｝＝＝ ＝ 脉冲形成放大
图２触发器的硬件结构框图
３．１同步信号的检测
采用北京森社公司生产的ＣＨＶ一１００／３００Ａ型
号的电压传感器，其额定电压为３００Ｖ（有效值），
额定输出电流２５ｍＡ。检测电路中，电压传感器接
人２２０Ｖ的Ａ相交流电，输出的电流信号经１００欧
姆的电阻后，转变为大小为０～２．５Ｖ的电压信号
（实际输出为一２．５Ｖ～２．５Ｖ），此电压信号接人
ＬＭ２５８构成的加法器转换成０～５Ｖ的直流信号，
此信号输入到飞利浦半导体公司生产的８位ＡＤ转
换器ＰＣＦ８５９１的模拟信号输入通道ＡＩＮ３，
ＰＣＦ８５９１的输出信号ＡＯＵＴ即可接入Ａｔｍａ１８９ｓ５２
单片机，利用Ｉ２Ｃ总线进行数据传输，单片机经过
软件检测，即可得知同步电压ｕｓ过零点信号。其
硬件电路 如图３所示。
第３期 王殿俊等：基于ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２单片机的三相晶闸管触发电路的设计 ５
Ⅳ０
ｍＮ ＡＯｌ瑾
３ Ｇ
脚
，
４０
．
蛆
．
图３ ｌ司步信号的检测电路
３．２触发脉冲的形成与放大
脉冲的形成与放大电路 如图４所示。来自
单片机Ｐ１．０ Ｐ１．５的六路较弱的脉冲信号输入到
反相器７４ＨＣ０４，经过光电隔离器４Ｎ２５隔离输出，
最后经过脉冲变压器ＴＢ１放大输出到相应晶闸管
的门极ｇ和阴极ｋ。
ｇ
４
ｋ
Ｐ
图４触发脉冲的形成与放大
如图５所示，六路触发脉冲形成过程如下。当
单片机检测到Ａ同步电压ｕａ从负到正的过零点信
号（实际上检测到的应该是２．５Ｖ）时，它会接
收到来自于ＩＮＴ１的中断请求信号，这时，单片机
会中断响应，服务子程序。这个子程序的功能是决
定如何产生第一个触发脉冲的上升沿。当单片机检
测到同步信号过零点时，单片机的ｌ６位计数器／定
时器１同时开始计时，它工作在工作方式１；由于
Ａｔｍｅ１８９ｓ５２单片机的晶振是１２ＭＨｚ，它的一个机
器周期是１／ｘｍ。定时的长度是由单片机的要产生的
触发延时角 决定的。由于一个正弦波的周期是
２０ｍｓ，定时的长度由下式决定：ｔ ： ×２０／３６０。
／ｎｓ。定时器的初始化值可以根据ｔ 来设定。为了
简单起见，本文定义了一个长度为１８０的数组，它
对应于触发延时角Ｏｔ从０到１８０度的变化。这个数
组保存在单片机的ＲＯＭ存储区。这样，定时器对
应于每个触发角的初始化设定值就可以直接赋值给
定时器１了。定时器初始化之后，就启动定时器工
作。当定时时间就一到，定时器的溢出标志位置
１，单片机开始执行定时器１的中断服务子程序。
这子函数将Ｐ１．０设置为高电平，用于触发ＶＴ１；
这里定义脉冲的宽度为２７。，即１．５ｍｓ，则定时器
１的ＴＨ１＝ＦＡＨ，ＴＬ１：２４Ｈ；于是开始启动定时器
第二次计数；当定时时间一到，定时器开始执行中
断服务子程序。在这个函数中，Ｐ１．０设置为低电
平，表示触发脉冲结束。由于第二个脉冲比一个脉
冲滞后６０。，也即是３．３３ｍｓ；那么，第一个脉冲
的下降沿到第二个脉冲的上升沿的时间间隔应为
１．８３ｍｓ。因此，定时器应设置为ＴＨ１＝Ｆ８Ｈ，ＴＬ１
＝
ＤＡＨ；这样就启动定时器第三次定时。当定时
时间一到，定时器开始执行中断服务子程序。在这
个子函数中，Ｐ１．１引脚被置为高电平来触发
Ｖ 。对于其他晶闸管的触发原理相同，这里不再
详述。
Ｕｓ
Ｐ１．０
Ｐ１．１
Ｕｇ２［ｑ ｆ；Ｉ Ｕｇ２
Ｐ１．２
Ｕｇ３
Ｐ１．３ Ｕ
Ｐ１．４
Ｕ
Ｐ１．５ ｇ６ ｕｇ６
图５六路触发脉冲的波形
双窄脉冲的输出如图５所示。Ｐ１．０引脚输出
一
个主脉冲给ＶＴ１的同时，Ｐ１．５引脚输出一个次
脉冲（补发脉冲）给ＶＴ６；延时６０。后，Ｐ１．１引
脚输出一个主脉冲给ＶＴ２，同时，Ｐ１．０引脚输出
一
个次脉冲给ＶＴ１；至于其它晶闸管的触发，其过
程亦是如此。
３．３显示电路
显示电路是为了更好的得知触发延时角 的
变化。根据触发角 的大小，触发电路需要四个
６ 机电元件 ２０１１焦
七段ＬＥＤ数码管，这可以显示到小数，这里数码
管是共阳极的，即当输人为低电平时，数码管点
亮。数码管采用动态显示，相对于静态显示具有使
４ 触发电路的软件设计
触发电路的软件设计是非常重要的一个部分。本
用元件少、引脚少、电路简单的优势。其中，段选
设计最重要的特点之一就是充分利用了单片机的软件
位接到单片机的Ｐ０口，位选位有单片机的Ｐ２．４
一
Ｐ２．７控制。其电路图如图６所示。
Ｐ２．４～Ｆ２．７
图６显示电路
３．４键盘电路
键盘电路如图７所示。其功能是设置触发角ａ
的大小。它由四个开关和电阻，外加一个＋５Ｖ电源
组成。开关Ｋ１、Ｉ＜２、Ｉ（３和Ｋ４分别接到单片机的
Ｐ２．０、Ｐ２．１、Ｐ２．２和Ｐ２．３。当Ｋ１按下一次，
触发角Ｏ／增加１；Ｋ２按下一次，Ｏ／减１；Ｋ３用于选
择位数，按下第一次，小数位被选择，并且相应的
数码管被点亮；按下第二次时，个位数字被选择，
并且相应数码管的被点亮；按下第三次时，十位数
被选择，并且相应数码管被点亮；按下第四次时，
百位数被选择，并且相应的数码管被点亮。当Ｋ４按
下时，输入的数据被送到单片机的存储区。
ｌ
尸２．Ｏ
尸２．１
尸２．２
１
Ｐ ２．３
图７键盘电路
编程能力。这里主要是用软件检测同步电压的过零
点，以控制脉冲信号的产生。软件部分包括主函数、
中断子函数、显示子函数和延时函数等。采用Ｃ语言
进行编程，它具有编程简单，一致性高等特点 。
程序流程图如图８所示。首先，将单片机初始
化，包括定时器１的初始化，封锁脉冲信号的输
出，以及外部中断１的初始化；然后调用数码管显
示子函数，以显示移相触发角 ；其次，单片机会
监视是否有按键按下，如果有，则调用键盘操作子
程序；然后，单片机检测同步信号，并据此确定是
否产生脉冲并将脉冲放大，最后去触发晶闸管。
图８程序流程图
５ 结 论
本文给出了一种采用ＡＴＮＥＬ８９Ｓ５２单片机的
三相桥式可控触发电路的设计方法。与以往利用同
步变压器，锁相环等方法实现同步信号的检测不
同，本文利用电压传感器来检测同步信号，是一种
新的尝试。相对来说，这种方法硬件电路较为简
单，成本较低，精度也较高。 （下转２４页）
２４ 机电元件 ２０１１年
（上接第６页）
充分利用了单片机软件资源实现对三相全控整
流桥触发电路的控制，对提高三相全控桥式整流装
置的可靠性具有一定的意义。
京：机械工业出版社，２００８
［４］ 何立民．单片机高级教程一一一应用与设计（第二
版）［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００８
［５］
华成英，童诗白．模拟电子技术基础（第四版）
参考文献
［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００６
［１］ 郝媚美，郑应文．基于锁相环的单片机控制可控硅
整流触发器［Ｊ］．东南大学学报，２００３，３３：１７７—
１８０．
［６］
ＸＵ Ｗｕｘｉｏｎｇ，Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｒｉｇｇｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｉｅｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｕｎｉｔ，Ｔｈｅ １ ｓｔ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎ－
ｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
［２］ 郝浩，李宏．基于单片机的晶闸管触发器的设计
（ＩＣＩＳＥ０￣），２００９，５３３７—５３４０
［Ｊ］．电子设计工程，２００９，１７（２）：６２—６６．
［３］
王兆安，黄俊．电力电子技术（第四版）［Ｍ］．北
［７］
兰吉昌等．单片机Ｃ５１完全学习手册［Ｍ］．北京：
化学工业出版社，２００９
（上接第ｌ４页Ｊ
仅仅几年的时间，我国就从半柔性电缆的主要进口
国转变为主要的出口国之一。
连接器与开关信息２０１０年第１期中国电科４ｏ所信
标中心
我们应借鉴这一成功案例，将我国电连接器创
新发展中具有优势的共性技术上升为国际标准。
参考文献
［Ｉ］ 杨奋为军用电连接器的应用及发展机电元件２００７
年第３期
连接器与开关信息２０１０年第５期中国电科４０所信
标中心
连接器与开关信息２０１０年第１期中国电科４ｏ所信
标中心
杨奋为宇航级电连接器的材料质量控制研究质量
与可靠性２０１０年第２期、第３期
［２］ 李纪珍产业共性技术发展的政府作用研究技术经
济２００５年第５期
连接器与开关信息２０１０年第５期中国电科４Ｏ所信
标中心
2024年3月23日发(作者：计浩初)
第３期
机 电 元 件
Ｖ０ｌ＿３１ Ｎｎ ３
２０１１年６月
ＥＬＥＣＴＲｏＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ Ｃ０ＭＰ０ＮＥＮＴＳ
Ｊｕｎ．２０１ｌ
基于ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２ 单片机的三相晶闸管
触发电路的设计
王殿俊阳建林
（中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州２２１００８）
摘要：本文提出了一种基于ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２单片机的三相桥式可控触发电路的设计方法，主要包括三相桥式
可控整流电路、同步信号的检测、脉冲的形成与放大以及软件实现等内容。这种方法利用了电压传感器来检测
同步信号，取代了以往利用同步变压器、锁相环等方法实现同步信号的检测的方法，所用的硬件电路较为简单，
精度较高。
关键词：ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２单片机；触发电路；同步信号检测；电压传感器
Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—６１３３．２０１ １．０３．００１
中图分类号：ＴＮ７８４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—６１３３（２０１１）０３—０００３～０４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｒｅｅ・－—ｐｈａｓｅ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ ｔｔｉｇｇｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂａｓｅｄ
ｏｎ ＡＴＭＥＬ８９ Ｓ５２ ＭＣＵ
ＷＡＮＧ Ｄｉａｎ——ｊｕｎ ＹＡＮＧ Ｊｉａｎ——ｌｉｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｊｉａｎｇｓｕ Ｘｕｚｈｏｕ ２２１００８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｒｅｅ——ｐｈａｓｅ ｆｕｌｌ—－ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｔｒｉｇｇｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ
ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２ ＭＣＵ，ｗｈｉｃｈ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｆｕｌｌ—ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ｓｉｇ—
ｎａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｐｕｌｓｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｅｔｃ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｅｓ ａ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ ｔｏ
ｄｅｔｅｃｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ｓｉｇｎａｌ，ｒｅｐｌａｃｅｓ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋ ｌｏｏｐ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｉｍ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａ－
ｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｉｔｓ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ，ａｎｄ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２ ＭＣＵ；ｔｒｉｇｇｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｖｏｈａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ
１ 引 言 量 军喜 。了 萎
晶闸管作为一种半控性功率半导体器件，其基 调速系统中。触发电路是晶闸管电力变流技术的一
本功能是对电压进行整流、调压和斩波等进行控 种核心技术，触发电路应具有可靠性高，对称性好
收藕日期：２０１１一ｏ４—０８
作者简介：王殿俊（１９８７一），男，硕士研究生，电力电子与电力传动．Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｄｊ１３５＠１２６．ｃｏｒｎ
４ 机电元件
等要求…。以分立元件及专用集成电路为主的触
发电路，其性能不尽如人意，其具有电路复杂、易
受电网电压影响、触发脉冲对称度不好等缺点。由
ｌ＼ ／Ｆ ３＼ ／ Ｔ ５＼ ７
单片机组成的控制，其触发电路具有性能良好、触
——
Ｚ
发电路结构简单、控制灵活、温漂影响小、控制精
度高、移相范围可任意调节等特点 ；因其移相
触发角通过软件计算完成，由于软件的可编程性，
４＼ ７ ６ ７ ＶＴ２ ７
使微机数字触发器的调速范围更加灵活，能满足更
多方面的需要。另外，本设计的原本目的就是利用
单片机非对称触发三相整流桥，以产生谐波，然后
用整理桥作为有源电力滤波器（ＡＰＦ）实验样机的
非线性负载使用。
本文以三相桥式全控整流电路为例，主要介绍
采用ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２单片机控制的三相桥式可控整
流电路触发电路的设计方法，包括三相桥式全控整
流电路、同步信号的检测、脉冲的形成与放大、键
盘电路、显示电路以及软件实现等内容。
２ 三相桥式全控整流电路
三相桥式全控整流电路 如图１所示。电路
图中有两组晶闸管，一组是共阴极（ＶＴ１、ＶＴ３和
ＶＴ５），一组是共阳极（ＶＴ４、ＶＴ６和ＶＴ２）。在任
何时候均需二个晶闸管同时导通，形成向负载供电
的回路，其中一个晶闸管是共阴极的，另一个是共
阳极的，并且不能为同一相的晶闸管。由于共阴极
的晶闸管是在正半周触发，共阳极组的晶闸管是在
负半周触发，因此，接在同一相的两个晶闸管的触
发脉冲相位应该相差１８０。。６个晶闸管的脉冲按
ＶＴ１一ＶＴ２一ＶＴ３一ＶＴ４一ＶＴ５一ＶＴ６的顺序依次导
通，相位相差６０。。为保证电路的正常工作，需确
保同时导通的晶闸管均匀脉冲。可采用两种方法：
一
种是宽脉冲触发，一般脉冲宽度位８０。～１２０。；
另一种是双窄脉冲触发，即在触发某一晶闸管的同
时给前一号晶闸管补发一个脉冲，使共阴极组和共
阳极组的两个应导通的晶闸管均有触发脉冲，脉冲
宽度一般为２Ｏ。～３０。，两个脉冲的前沿相差６０。。
采用前者效率较低，本文采用后者，脉冲宽度取为
２７。
图１ 三相桥式全控整流电路
３ 触发电路的硬件电路设计
硬件电路以Ａｔｍｅｌ８９ｓ５２单片机为控制器，其
结构框图如图２所示。它包括同步信号检测、ＡＤ
转换电路、脉冲的形成与放大、显示模块和键盘电
路等。
同步信号检测｝＝＝ Ａ。转换
复位电路｝＝ Ａｔｍ单片机 ＝ 显示模块 ｅ１８９ｓ５２
｝键盘电路｝＝＝ ＝ 脉冲形成放大
图２触发器的硬件结构框图
３．１同步信号的检测
采用北京森社公司生产的ＣＨＶ一１００／３００Ａ型
号的电压传感器，其额定电压为３００Ｖ（有效值），
额定输出电流２５ｍＡ。检测电路中，电压传感器接
人２２０Ｖ的Ａ相交流电，输出的电流信号经１００欧
姆的电阻后，转变为大小为０～２．５Ｖ的电压信号
（实际输出为一２．５Ｖ～２．５Ｖ），此电压信号接人
ＬＭ２５８构成的加法器转换成０～５Ｖ的直流信号，
此信号输入到飞利浦半导体公司生产的８位ＡＤ转
换器ＰＣＦ８５９１的模拟信号输入通道ＡＩＮ３，
ＰＣＦ８５９１的输出信号ＡＯＵＴ即可接入Ａｔｍａ１８９ｓ５２
单片机，利用Ｉ２Ｃ总线进行数据传输，单片机经过
软件检测，即可得知同步电压ｕｓ过零点信号。其
硬件电路 如图３所示。
第３期 王殿俊等：基于ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２单片机的三相晶闸管触发电路的设计 ５
Ⅳ０
ｍＮ ＡＯｌ瑾
３ Ｇ
脚
，
４０
．
蛆
．
图３ ｌ司步信号的检测电路
３．２触发脉冲的形成与放大
脉冲的形成与放大电路 如图４所示。来自
单片机Ｐ１．０ Ｐ１．５的六路较弱的脉冲信号输入到
反相器７４ＨＣ０４，经过光电隔离器４Ｎ２５隔离输出，
最后经过脉冲变压器ＴＢ１放大输出到相应晶闸管
的门极ｇ和阴极ｋ。
ｇ
４
ｋ
Ｐ
图４触发脉冲的形成与放大
如图５所示，六路触发脉冲形成过程如下。当
单片机检测到Ａ同步电压ｕａ从负到正的过零点信
号（实际上检测到的应该是２．５Ｖ）时，它会接
收到来自于ＩＮＴ１的中断请求信号，这时，单片机
会中断响应，服务子程序。这个子程序的功能是决
定如何产生第一个触发脉冲的上升沿。当单片机检
测到同步信号过零点时，单片机的ｌ６位计数器／定
时器１同时开始计时，它工作在工作方式１；由于
Ａｔｍｅ１８９ｓ５２单片机的晶振是１２ＭＨｚ，它的一个机
器周期是１／ｘｍ。定时的长度是由单片机的要产生的
触发延时角 决定的。由于一个正弦波的周期是
２０ｍｓ，定时的长度由下式决定：ｔ ： ×２０／３６０。
／ｎｓ。定时器的初始化值可以根据ｔ 来设定。为了
简单起见，本文定义了一个长度为１８０的数组，它
对应于触发延时角Ｏｔ从０到１８０度的变化。这个数
组保存在单片机的ＲＯＭ存储区。这样，定时器对
应于每个触发角的初始化设定值就可以直接赋值给
定时器１了。定时器初始化之后，就启动定时器工
作。当定时时间就一到，定时器的溢出标志位置
１，单片机开始执行定时器１的中断服务子程序。
这子函数将Ｐ１．０设置为高电平，用于触发ＶＴ１；
这里定义脉冲的宽度为２７。，即１．５ｍｓ，则定时器
１的ＴＨ１＝ＦＡＨ，ＴＬ１：２４Ｈ；于是开始启动定时器
第二次计数；当定时时间一到，定时器开始执行中
断服务子程序。在这个函数中，Ｐ１．０设置为低电
平，表示触发脉冲结束。由于第二个脉冲比一个脉
冲滞后６０。，也即是３．３３ｍｓ；那么，第一个脉冲
的下降沿到第二个脉冲的上升沿的时间间隔应为
１．８３ｍｓ。因此，定时器应设置为ＴＨ１＝Ｆ８Ｈ，ＴＬ１
＝
ＤＡＨ；这样就启动定时器第三次定时。当定时
时间一到，定时器开始执行中断服务子程序。在这
个子函数中，Ｐ１．１引脚被置为高电平来触发
Ｖ 。对于其他晶闸管的触发原理相同，这里不再
详述。
Ｕｓ
Ｐ１．０
Ｐ１．１
Ｕｇ２［ｑ ｆ；Ｉ Ｕｇ２
Ｐ１．２
Ｕｇ３
Ｐ１．３ Ｕ
Ｐ１．４
Ｕ
Ｐ１．５ ｇ６ ｕｇ６
图５六路触发脉冲的波形
双窄脉冲的输出如图５所示。Ｐ１．０引脚输出
一
个主脉冲给ＶＴ１的同时，Ｐ１．５引脚输出一个次
脉冲（补发脉冲）给ＶＴ６；延时６０。后，Ｐ１．１引
脚输出一个主脉冲给ＶＴ２，同时，Ｐ１．０引脚输出
一
个次脉冲给ＶＴ１；至于其它晶闸管的触发，其过
程亦是如此。
３．３显示电路
显示电路是为了更好的得知触发延时角 的
变化。根据触发角 的大小，触发电路需要四个
６ 机电元件 ２０１１焦
七段ＬＥＤ数码管，这可以显示到小数，这里数码
管是共阳极的，即当输人为低电平时，数码管点
亮。数码管采用动态显示，相对于静态显示具有使
４ 触发电路的软件设计
触发电路的软件设计是非常重要的一个部分。本
用元件少、引脚少、电路简单的优势。其中，段选
设计最重要的特点之一就是充分利用了单片机的软件
位接到单片机的Ｐ０口，位选位有单片机的Ｐ２．４
一
Ｐ２．７控制。其电路图如图６所示。
Ｐ２．４～Ｆ２．７
图６显示电路
３．４键盘电路
键盘电路如图７所示。其功能是设置触发角ａ
的大小。它由四个开关和电阻，外加一个＋５Ｖ电源
组成。开关Ｋ１、Ｉ＜２、Ｉ（３和Ｋ４分别接到单片机的
Ｐ２．０、Ｐ２．１、Ｐ２．２和Ｐ２．３。当Ｋ１按下一次，
触发角Ｏ／增加１；Ｋ２按下一次，Ｏ／减１；Ｋ３用于选
择位数，按下第一次，小数位被选择，并且相应的
数码管被点亮；按下第二次时，个位数字被选择，
并且相应数码管的被点亮；按下第三次时，十位数
被选择，并且相应数码管被点亮；按下第四次时，
百位数被选择，并且相应的数码管被点亮。当Ｋ４按
下时，输入的数据被送到单片机的存储区。
ｌ
尸２．Ｏ
尸２．１
尸２．２
１
Ｐ ２．３
图７键盘电路
编程能力。这里主要是用软件检测同步电压的过零
点，以控制脉冲信号的产生。软件部分包括主函数、
中断子函数、显示子函数和延时函数等。采用Ｃ语言
进行编程，它具有编程简单，一致性高等特点 。
程序流程图如图８所示。首先，将单片机初始
化，包括定时器１的初始化，封锁脉冲信号的输
出，以及外部中断１的初始化；然后调用数码管显
示子函数，以显示移相触发角 ；其次，单片机会
监视是否有按键按下，如果有，则调用键盘操作子
程序；然后，单片机检测同步信号，并据此确定是
否产生脉冲并将脉冲放大，最后去触发晶闸管。
图８程序流程图
５ 结 论
本文给出了一种采用ＡＴＮＥＬ８９Ｓ５２单片机的
三相桥式可控触发电路的设计方法。与以往利用同
步变压器，锁相环等方法实现同步信号的检测不
同，本文利用电压传感器来检测同步信号，是一种
新的尝试。相对来说，这种方法硬件电路较为简
单，成本较低，精度也较高。 （下转２４页）
２４ 机电元件 ２０１１年
（上接第６页）
充分利用了单片机软件资源实现对三相全控整
流桥触发电路的控制，对提高三相全控桥式整流装
置的可靠性具有一定的意义。
京：机械工业出版社，２００８
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ｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
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（上接第ｌ４页Ｊ
仅仅几年的时间，我国就从半柔性电缆的主要进口
国转变为主要的出口国之一。
连接器与开关信息２０１０年第１期中国电科４ｏ所信
标中心
我们应借鉴这一成功案例，将我国电连接器创
新发展中具有优势的共性技术上升为国际标准。
参考文献
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