一种带计量功能的可控直流源设计
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摘 要
全文以介绍可控直流源的应用开头。设计了基于集成芯片的小型化可控直流源的实现方案。在电路设计方面，介绍了为满足TC787可控稳定工作的输入模块;实现可控直流源输出的TC787模块;用于安全防护其具有电能计量的RN7302电压检测计量模块。整个方案实现简单，体积小，且只需要更改可控硅，即可实现不同功率要求的可控直流源。
关键词
RN7302;TC787;可控直流源
中图分类号： H02H9/04 文献标识码： 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
电力系统中，可控直流源的应用场合十分广泛，可控直流源可以供各种需求设备进行供电，以使对应设备可靠工作，是多数场合不可或缺的必备设备，十分重要。
然而虽然目前市场上可控直流源很多，且多数可控直流源均可稳定可靠的工作，但是市场上的可控直流源存在一定缺陷，通常体积小的可控直流源会伴随功率小的缺陷;功率大的直流源会伴随体积较大的缺陷;而体积小且功率大的直流源通常为不可控直流源。然后由于空间以及因出差条件的限制，工作中渐渐追求体积小、功率大且可自带计量功能的智能可控直流源。
此处设计利用高速发展的集成芯片技术，利用集成芯片TC787实现一个体积小，功耗大且可根据实际需求设置各种上下限值的直流源，且整体电路方案固定，可根据实际需要，选择并更换其中一个模块即可实现不同的体积及功耗的直流源。电源使用的安全性极其重要，同时为了实现计量功能，本处同样利用集成芯片RN7302进行电压检测及计量，并通过MCU控制可控直流源的通断，起到保护作用的同时实现电能计量功能。
1 整体方案设计
本处需要设计的是一种基于集成芯片的自带计量功能的可控直流源。该自带计量功能的小型化直流源整个功能均以集成芯片来实现其的小型化、智能型、可靠性。
1.1 设计产品特点
◆各功能模块均使用集成芯片;
◆小型化，智能型，可靠性;
◆更换不同可控硅即可实现不同规格功耗的直流源;
◆输出电压可智能调节。
1.2 系统框图
全文设计的是一种集成化的小型可控直流源。按功能模块划分主要包含输入模块（电源输入口）、TC787觸发模块（实现可控直流输出）、电压检测及计量模块（以RN7302实现安全可靠功能）、MCU模块以及输出模块（负载）。其中MCU模块以及输出模块比较普遍且简单，本文不详细叙述。具体系统框图如图1所示。
2 硬件电路设计
硬件电路设计见图2-2所示。本处只进行核心功能模块的硬件电路设计，即只进行实现可控直流源输出的TC787功能模块设计、输入模块设计、电压检测模块设计。
2.1 可控直流源输出模块
TC787是采用先进IC工艺设计制作的单片集成电路，可单电源工作，亦可双电源工作，主要适用于三相晶闸管移相触发电路和三相三极管脉宽调制电路。与目前流行的KC系列电路相比，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相范围宽，外接元件少等优点;而且装调简便，使用可靠。TC787的引脚4为移相控制电压输入端，该端电压的高低直接决定着TC787输出脉冲的移项角度。在应用中为使系统在不同的负载下输出恒定的电压，需要电路能够自动调节输出脉冲的移项角度。为了实现可控直流源的输出，本处将TC787的4号引脚直接接MCU模块。TC787的8号引脚、10号引脚以及12号引脚分别通过光耦隔离控制可控硅QD1、QD2以及QD3的分时轮流导通，进而获得输出直流电压，且通过脉冲可控制输出不同电压值。TC787的管脚功能图见图2所示。
2.2 电压检测计量模块
本电路模块采用锐能微三相计量芯片RN7302应用电路，该电路能够满足大部分电参数的测量需求，适用三相四线/三相三线系统。相对于运放AD采样电路来说，软件实现简单，对MCU的资源要求较低。RN7302的外围电路简单，输入模块的电压采样经过电阻分压后直接输入对应的电压采样口，既可实现电压采样，又具有内部电压值的自动处理功能，最后利用SPI口直接将需求数据传输给MCU模块既可实现电压的实时检测及计量。 2.3 输入模块
对于输入模块，因本设计的是带计量功能的小型化可控直流源，其特点之一是大功率，故輸入模块必不可少是三相交流电输入，而本处设计的利用TC787集成芯片进行交直流转换且获得需求电压，故需要输入模块的三相交流电与TC787进行信号同步检测，而TC787各引脚承受的最大电压为DC18V，故需要对输入模块的三相交流电进行变压，此处设计的输入模块见图3所示，三相交流电利用同步变压器T1进行同步变压，获得同步电压信号A12、B12以及C12。
3 测试
3.1 整流器选型
以上完成整流器的各个参数的计算。需求不同输出电压范围，不同输出电流范围（不同功率）的可控直流源均可以套用公式直接算出满足需求的整流器件。
3.2 波形测试
对于本处测试主要测试的整机可控电压输出测试，因篇幅有限，只介绍测试结果，并不对测试理论进行计算。测试主要位置点为输出负载电流id、输出电压ud以及各相的电流信号波形ia、ib、ic等。因本处设计的是可控直流源输出，而控制方式为TC787的4引脚移相控制，故此处我们通过设置不同移相值α（0度、30度、60度），得到不同情况下的波形，具体见图4所示。
由上图可知，本设计方案可行，能通过设置，获得输出可调直流源信号。
4 结论
全文以介绍可控直流源的应用开头。设计了基于集成芯片自带计量功能的小型化可控直流源的实现方案。整个可控直流源包含输入模块、TC787触发模块、电压检测计量模块、MCU模块以及输出模块（负载）。在电路设计介绍方面，因MCU模块、输出模块（负载）比较简单且普遍，故未进行。只单独介绍了为满足TC787可控稳定工作的输入模块;实现可控直流源输出的TC787模块;用于安全防护且兼容电能计量功能的RN7302电压检测计量模块。整个方案实现简单，体积小，且只需要更改可控硅，即可实现不同功率要求的可控直流源。
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