4 问题分析
又仔细查了一下文献,开眼了。ST的一篇应用笔记[5]中指出,对付阻性负载与对付感性负载的不同之处。原来,用一般的可控硅调节感性负载的电压时,不仅要给它安上缓冲网络,消除高电压、大电流冲击下可能产生的误触发情形,还得注意触发时机,因为,感性负载会使得通过的交流电压与电流不同步,电流相较电压会产生一个明显的滞后角,不恰当的触发时机会使电机处于不对称运行的状态(比如交流的正半周有电流,而负半周完全被关断),以致无法进行正常的调压。上面说的就是图3-4的这种情形。
图4-1 不同类型负载下双向可控硅的导通情形
图3-4中的上半部分是双向可控硅连接阻性(或较小的感性)负载时的电压与电流波形,而下半部分是其在连接感性负载时的电压与电流波形。可见,下半个图中,通过双向可控硅的电流波形正负半周明显不对称。
现在的问题就是:如何改进触发方式,以解决“不对称运行”的问题。
5.问题解决方案
此后的几天,自已一直在网上找相关的处理手段,但是没有找到能把原理讲透的文章(菜鸟需要对本质有更深入的了解才敢动手)。无意中又翻回去看看了以前找的资料,里面提到了采用Pulse train(脉冲串)的方法来触发可控硅(图5-1)。
图5-1 脉冲串驱动可控硅门极波形
可惜,那个是用模拟电路实现的,模电没有系统学过,看电路如看天书般,又不合我用单片机做数字触发的本意,故只好作罢。细看几篇老外的文献中,提到了处理感性负载时,几条需要注意的基本结论,里面有一条:Keep the triac in conduction: By selection of the type of control (avoid gate control by a single short pulse).意思是:保持双向可控硅导通:选择控制(触发)方式,避免使用单个的短脉冲触发门极。又想起前面看到的脉冲串触发,觉得可以人为地用单片机制造脉冲串的方法来试一试。就像这样,图5-2。
图5-2 使用单片机定时中断产生脉冲串示意波形
一开始并不顺利。因为我是用定时中断的方法来产生脉冲串的,运行这个程序,单片机负载很重(本来就100Hz过零中断一次,中间还夹杂了不少定时中断)。运行时,风机始终处于最高转速运转状态,根本调不了速。后来发现,原来,那些个“脉冲串”没有规矩,起始点是在开始触发的位置,可是终止位置不是很准确,这导致可控硅一直无法关断,怪不得风机全速运转呢。
学校的好处是可以搜学报文章(虽然里面垃圾也不少)。一开始没发现,这种早就被国内砖家们玩烂的东西还有不少人写。找到一篇有用的(可惜忘了是具体是哪篇文章了),介绍了下面这种方法(图5-3)。也就是使触发信号与过零信号同步。一旦触发,触发信号一直保持到交流电压过零前一刻为止。
图5-3 用D触发器实现触发信号与电源过零信号同步
这下好搞了,D触发器我手上可有一堆。直接搭电路。再触发,好了,波形变成这个样子了(图5-4)。
图5-4 延时8ms触发的实测波形
上图中,蓝色的是交流过零信号,黄色的是单片机发出的延迟8ms的触发信号(低有效),可以看到,在交流出现过零时(蓝色信号的上升沿),触发信号也同时被关断(黄色信号的上升沿处)。
为了试验这个板子是否真能移相调压(怕直接试验把风机折腾坏了),先用个阻性负载——白炽灯,接上试一下。效果就是这样的(图5-5),这是白炽灯调光过程。
图5-5 白炽灯的交流调压效果
再换上风机,终于实现调压调速了:从可控硅全开到接近135°的触发角均可以稳定地调速(角度再大些风机力量就不够了,会转不起来)。今天屋里人多,不便接风机,太吵了,就给自已山寨的电路还有风机上个图吧(图5-6)。
图5-6 交流调压板与离心风机
6.后记
看来,菜鸟做事情,细心是第一条;另外不能想当然地处理问题,否则就是在制造问题。
此事做完后,并非一帆风顺。老板又想在另一个机器上整出个交流调速来。这次的主角是个25W的单相交流电机,也是带电容运行的。我充满期待地把做好的调速板接上,发现,电机只有三种运行情况:全速运行——开始发抖——停着不转。怎么调都不行。为什么风机能调速,而一个普通的单相电机却不行呢?上网上一查,发现一行字:只有风机、泵机类电动机等软特性负载、或者力矩电机场合可通过调压来实现调速。好了,原来我这个电机的应用场合不太合乎要求。不过老板硬要我实现这个功能,怎么办呢?咱下回再来分解吧,我得吃饭去了。
哦,对了,还有参考文献,方便查找,下面列出来。还有其他没列出来的,是当时看过的一些可能有用的文档资料,我都把它打包传上来了。感兴趣的朋友可以下载来研究下,有什么好的建议也尽量提出来吧。
最后,欢迎拍砖!
7.参考文献
[1] 单相交流调压电路简介,www.hudong.com/wiki/单相交流调压电路
[2] Applications of Non Zero Crossing Triac Drivers- Featuring the MOC3011,仙童半导体,2003
[3] MOC3020 THRU MOC3023 元器件数据表,德州仪器,1995
[4] RC snubber circuit design for TRIACs,意法半导体,2007
[5] USE OF TRIACS ON INDUCTIVE LOADS,意法半导体,2004