一種帶計量功能的可控直流源設計

陳文威 岳旭豪

摘 要

全文以介紹可控直流源的應用開頭。設計了基于集成芯片的小型化可控直流源的實現方案。在電路設計方面，介紹了為滿足TC787可控穩定工作的輸入模塊;實現可控直流源輸出的TC787模塊;用于安全防護其具有電能計量的RN7302電壓檢測計量模塊。整個方案實現簡單，體積小，且只需要更改可控硅，即可實現不同功率要求的可控直流源。

關鍵詞

RN7302;TC787;可控直流源

中圖分類號： H02H9/04 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 27

Abstract

The full text begins with an introduction to the application of a controllable DC source. An implementation scheme of miniaturized controllable DC source based on integrated chip is designed. In the circuit design， the input module for controlling the stable operation of TC787 is introduced; the TC787 module for controlling the output of the DC source; and the RN7302 voltage detection module for safety protection are introduced. The whole solution is simple to implement， small in size， and only needs to change the thyristor to achieve a controllable DC source with different power requirements.

Key words

RN7302;TC787;SN75HVD3082E;Controllable DC Source

0 前言

電力系統中，可控直流源的應用場合十分廣泛，可控直流源可以供各種需求設備進行供電，以使對應設備可靠工作，是多數場合不可或缺的必備設備，十分重要。

然而雖然目前市場上可控直流源很多，且多數可控直流源均可穩定可靠的工作，但是市場上的可控直流源存在一定缺陷，通常體積小的可控直流源會伴隨功率小的缺陷;功率大的直流源會伴隨體積較大的缺陷;而體積小且功率大的直流源通常為不可控直流源。然后由于空間以及因出差條件的限制，工作中漸漸追求體積小、功率大且可自帶計量功能的智能可控直流源。

此處設計利用高速發展的集成芯片技術，利用集成芯片TC787實現一個體積小，功耗大且可根據實際需求設置各種上下限值的直流源，且整體電路方案固定，可根據實際需要，選擇并更換其中一個模塊即可實現不同的體積及功耗的直流源。電源使用的安全性極其重要，同時為了實現計量功能，本處同樣利用集成芯片RN7302進行電壓檢測及計量，并通過MCU控制可控直流源的通斷，起到保護作用的同時實現電能計量功能。

1 整體方案設計

本處需要設計的是一種基于集成芯片的自帶計量功能的可控直流源。該自帶計量功能的小型化直流源整個功能均以集成芯片來實現其的小型化、智能型、可靠性。

1.1 設計產品特點

◆各功能模塊均使用集成芯片;

◆小型化，智能型，可靠性;

◆更換不同可控硅即可實現不同規格功耗的直流源;

◆輸出電壓可智能調節。

1.2 系統框圖

全文設計的是一種集成化的小型可控直流源。按功能模塊劃分主要包含輸入模塊（電源輸入口）、TC787觸發模塊（實現可控直流輸出）、電壓檢測及計量模塊（以RN7302實現安全可靠功能）、MCU模塊以及輸出模塊（負載）。其中MCU模塊以及輸出模塊比較普遍且簡單，本文不詳細敘述。具體系統框圖如圖1所示。

2 硬件電路設計

硬件電路設計見圖2-2所示。本處只進行核心功能模塊的硬件電路設計，即只進行實現可控直流源輸出的TC787功能模塊設計、輸入模塊設計、電壓檢測模塊設計。

2.1 可控直流源輸出模塊

TC787是采用先進IC工藝設計制作的單片集成電路，可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發電路和三相三極管脈寬調制電路。與目前流行的KC系列電路相比，具有功耗小、功能強、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬，外接元件少等優點;而且裝調簡便，使用可靠。TC787的引腳4為移相控制電壓輸入端，該端電壓的高低直接決定著TC787輸出脈沖的移項角度。在應用中為使系統在不同的負載下輸出恒定的電壓，需要電路能夠自動調節輸出脈沖的移項角度。為了實現可控直流源的輸出，本處將TC787的4號引腳直接接MCU模塊。TC787的8號引腳、10號引腳以及12號引腳分別通過光耦隔離控制可控硅QD1、QD2以及QD3的分時輪流導通，進而獲得輸出直流電壓，且通過脈沖可控制輸出不同電壓值。TC787的管腳功能圖見圖2所示。

2.2 電壓檢測計量模塊

本電路模塊采用銳能微三相計量芯片RN7302應用電路，該電路能夠滿足大部分電參數的測量需求，適用三相四線/三相三線系統。相對于運放AD采樣電路來說，軟件實現簡單，對MCU的資源要求較低。RN7302的外圍電路簡單，輸入模塊的電壓采樣經過電阻分壓后直接輸入對應的電壓采樣口，既可實現電壓采樣，又具有內部電壓值的自動處理功能，最后利用SPI口直接將需求數據傳輸給MCU模塊既可實現電壓的實時檢測及計量。

2.3 輸入模塊

對于輸入模塊，因本設計的是帶計量功能的小型化可控直流源，其特點之一是大功率，故輸入模塊必不可少是三相交流電輸入，而本處設計的利用TC787集成芯片進行交直流轉換且獲得需求電壓，故需要輸入模塊的三相交流電與TC787進行信號同步檢測，而TC787各引腳承受的最大電壓為DC18V，故需要對輸入模塊的三相交流電進行變壓，此處設計的輸入模塊見圖3所示，三相交流電利用同步變壓器T1進行同步變壓，獲得同步電壓信號A12、B12以及C12。

3 測試

3.1 整流器選型

以上完成整流器的各個參數的計算。需求不同輸出電壓范圍，不同輸出電流范圍（不同功率）的可控直流源均可以套用公式直接算出滿足需求的整流器件。

3.2 波形測試

對于本處測試主要測試的整機可控電壓輸出測試，因篇幅有限，只介紹測試結果，并不對測試理論進行計算。測試主要位置點為輸出負載電流id、輸出電壓ud以及各相的電流信號波形ia、ib、ic等。因本處設計的是可控直流源輸出，而控制方式為TC787的4引腳移相控制，故此處我們通過設置不同移相值α（0度、30度、60度），得到不同情況下的波形，具體見圖4所示。

由上圖可知，本設計方案可行，能通過設置，獲得輸出可調直流源信號。

4 結論

全文以介紹可控直流源的應用開頭。設計了基于集成芯片自帶計量功能的小型化可控直流源的實現方案。整個可控直流源包含輸入模塊、TC787觸發模塊、電壓檢測計量模塊、MCU模塊以及輸出模塊（負載）。在電路設計介紹方面，因MCU模塊、輸出模塊（負載）比較簡單且普遍，故未進行。只單獨介紹了為滿足TC787可控穩定工作的輸入模塊;實現可控直流源輸出的TC787模塊;用于安全防護且兼容電能計量功能的RN7302電壓檢測計量模塊。整個方案實現簡單，體積小，且只需要更改可控硅，即可實現不同功率要求的可控直流源。

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