[发明专利]船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置及方法

权利要求书

1.一种船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置，其特征是：

三相同步信号采集电路(1)采集电网侧的三相电源，产生与电源网侧三相电压同步的三个方波信号经第一光耦隔离电路(2)分别送给TMS320L2808的CAP捕获单元；

TMS320F2808事件管理模块EPWM产生的晶闸管触发脉冲信号PWM0-PWM11经过由第二光耦隔离电路(4)送给驱动放大与变压器隔离电路(5)，变压器二次侧的信号经过两个二极管整形，通过触发脉冲输出接口(6)输出；

直流侧电压、电流采集电路(7)采集直流母线的电压和电流值送入TMS320F2808的模数转换模块AD；

TMS320F2808根据采集到的反馈电压、电流值和系统的设定值产生误差值和误差值的变化值，然后将二者送给模糊调节器，模糊调节器根据设定好的规则，产生晶闸管触发控制角α；

交流侧电压、电流采集电路(8)采集主电源变压器二次侧的线电压和线电流送入TMS320F2808的模数转换模块AD；

故障信号采集电路(9)采集主电源变压器、熔断器、断路器、水冷等设备的故障信号，通过第三光耦隔离电路(12)后送入TMS320F2808的IO模块；开关电源电路10将输入的交流220V电压转换成触发装置所需要的+5V，+3.3V，+1.8V，+3.0V，-1.5V，+15V，-15V和0V电源；

RS485电路(11)完成TMS320F2808 SCI模块发送接收引脚的0V和3.3V电平与RS485总线的+2～+6V正电平和-2～-6V负电平之间的转换。

2.根据权利要求1所述的船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置，其特征是：第一、第二、第三光耦隔离电路由高速隔离运放HCPL-2630组成。

3.一种基于船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置的控制方法，其特征是：

打开触发装置的220V交流电源后，开关电源电路产生触发装置所需要的+5V，+3.3V，+1.8V，+3.0V，-1.5V，+15V，-15V和0V电源；

三相同步信号采集电路将三相电源信号变换成方波信号TA、TB和TC，通过第一光耦隔离后送入TMS320F2808的捕获单元；

故障信号采集电路采集主电源变压器、熔断器、断路器、水冷设备的故障信号，并通过第三光耦隔离电路送入TMS320F2808的IO模块；

交流侧电压、电流采集电路采集主电源变压器二次侧的相电压和线电流，经过电压互感器和电流互感器后分别通过低通滤波器送入有源放大电路，经过电压保护和电压偏置后送入TMS320F2808的模数转换模块；

直流侧电压、电流采集电路采集直流母线电压和电流值，经过电压传感器和电流传感器后分别通过低通滤波器送入有源放大电路，经过电压保护和电压偏置后送入TMS320F2808的模数转换模块；

TMS320F2808事件管理模块EPWM产生的晶闸管触发脉冲信号经过由HCPL-2630组成的光耦隔离电路送给由MOSFET和脉冲变压器组成的驱动放大与变压器隔离电路，脉冲变压器二次侧的信号经过两个二极管整形，通过触发脉冲输出接口输出；

RS485电路根据TMS320F2808的指令完成0V和3.3V电平与RS485总线的+2～+6V和-2～-6V之间的转换；

在开启触发装置电源后，主控制芯片TMS320F2808进行系统的初始化；首先，CPU关闭看门狗电路，然后初始化系统时钟和AD、CAP、EPWM、SCI功能模块时钟以及中断矢量表，接着配置AD、CAP、EPWM、SCI等功能模块和CpuTimer0定时器，使各个功能模块处于预定的工作状态；设置中断矢量并打开全局总中断，然后等待CpuTimer0定时器的0.1ms中断、CAP捕获中断和EPWM定时器中断；

当产生0.1ms CpuTimer0定时器中断时，按照以下步骤进行操作：

首先读AD转换寄存器，并判断读的次数是否大于10次，如果大于10，则计算直流侧和交流侧的电压电流平均值，以及电压、电流的误差值和误差的变化值，然后根据制定好的模糊规则表计算出晶闸管的控制角，如果误差值大于设定值时，转入恒流控制，以快速调节直流侧电压；如果误差值小于设定值，模糊调节器直接输出晶闸管触发控制角α；通过晶闸管触发控制角α的调整，维持整流电路输出直流电压的稳定；当负载发生变化较大时，触发装置根据设定的模糊规则自动切换控制参数

读取SCI接收寄存器数据，并根据MODBUS协议对接收到的数据进行处理，如果是读命令，则将直流电压电流值、交流电压电流值、晶闸管控制角值和故障信息状态写入到指定寄存器，根据MODBUS协议生成应答数据流，并将数据流写入到SCI发送寄存器；如果是写命令，则根据指定的地址和数据数量，对相应的寄存器进行赋值，根据MODBUS协议生成应答数据流，并将数据流写入到SCI发送寄存器；

如果接收到系统运行控制命令，则检查系统是否有故障，如果有故障，则系统停止运行、系统停止标志位置位；如果没有故障，则继续检查是否有脉冲封锁命令；如果有脉冲封锁命令，则封锁晶闸管触发脉冲、脉冲封锁标志位置位；如果没有脉冲封锁命令，则系统开始运行，并将系统运行标志位置位；然后打开中断，退出中断子程序；如果没有接收到系统运行控制命令，则检查是否有系统停止命令；

如果接收到系统停止命令，则系统停止运行、系统停止标志位置位，然后打开中断，退出中断子程序；如果没有接收到系统停止命令，则检查是否有脉冲封锁命令；

如果接收到脉冲封锁命令，则封锁晶闸管触发脉冲、脉冲封锁标志位置位，然后打开中断，退出中断子程序；

当产生捕获中断时，按照以下步骤进行操作：

如果是CAP1发生中断，则判断捕获边沿的极性，如果是上升沿则将CAP1Ed赋值Rising，如果是下降沿则将CAP1Ed赋值Falling，然后将EPWM1定时器和EPWM4定时器计数寄存器清零、比较寄存器赋值，并计算同步信号宽度；如果不是CAP1中断，则判断是否是CAP2发生中断；

如果是CAP2发生中断，则判断捕获边沿的极性，如果是上升沿则将CAP2Ed赋值Rising，如果是下降沿则将CAP2Ed赋值Falling，然后将EPWM2定时器和EPWM5定时器计数寄存器清零、比较寄存器赋值，并计算同步信号宽度；如果不是CAP2中断，则判断是否是CAP3发生中断；

如果是CAP3发生中断，则判断捕获边沿的极性，如果是上升沿则将CAP3Ed赋值Rising，如果是下降沿则将CAP3Ed赋值Falling，然后将EPWM3定时器和EPWM6定时器计数寄存器清零、比较寄存器赋值，并计算同步信号宽度；

如果同步信号宽度计算值与理论值之差大于设定值，则需要重新计算30°电角度和晶闸管触发脉冲的宽度；

最后，打开中断，并对状态位进行清除，退出中断程序；

当发生EPWM定时器中断时，按以下步骤进行操作：

如果是EPWM1定时器发生中断，则判别CAP1Ed的是否为Rising，如果是则输出第一晶闸管的触发脉冲，同时输出第十、十一、十二晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第一晶闸管的120°宽脉冲；如果不是，则输出第七晶闸管的触发脉冲，同时输出第四、第五、第六晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第七晶闸管的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM1中断，则判别是否是EPWM2定时器发生中断；

如果是EPWM2定时器发生中断，则判别CAP2Ed的是否为Rising，如果是则输出第五晶闸管的触发脉冲，同时输出第二、第三、第四晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第五晶闸管的120°宽脉冲；如果不是，则输出第十一晶闸管的触发脉冲，同时输出第八、第九、第十晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第十一晶闸管的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM2中断，则判别是否是EPWM3定时器发生中断；

如果是EPWM3定时器发生中断，则判别CAP3Ed的是否为Rising，如果是则输出第九晶闸管的触发脉冲，同时输出第六、第七、第八晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第九晶闸管的120°宽脉冲；如果不是，则输出第三晶闸管的触发脉冲，同时输出第十二、第一、第二晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第三晶闸管的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM3中断，则判别是否是EPWM4定时器发生中断；

如果是EPWM4定时器发生中断，则判别CAP1Ed的是否为Rising，如果是则输出晶闸管2的触发脉冲，同时输出第一、第十一、第十二晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第二晶闸管的120°宽脉冲；如果不是，则输出第八晶闸管的触发脉冲，同时输出第五、第六、第七晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第八晶闸管的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM4中断，则判别是否是EPWM5定时器发生中断；

如果是EPWM5定时器发生中断，则判别CAP2Ed的是否为Rising，如果是则输出第六晶闸管的触发脉冲，同时输出第三、第四、第五晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第六晶闸管的120°宽脉冲；如果不是，则输出第十二晶闸管的触发脉冲，同时输出第九、第十、第十一晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第十二晶闸管的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序；如果不是EPWM5中断，则判别是否是EPWM6定时器发生中断；

如果是EPWM6定时器发生中断，则判别CAP3Ed的是否为Rising，如果是则输出第十晶闸管的触发脉冲，同时输出第七、第八、第九晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第十晶闸管的120°宽脉冲；如果不是，则输出第四晶闸管的触发脉冲，同时输出第一、第二、第三晶闸管的触发脉冲，或者直接输出第四晶闸管的120°宽脉冲；然后打开中断，退出中断程序。