1概述

pHILIpS51LpC系列單片機(jī)目前已包括p87LpC760/1/2/4/7/8/9共七個(gè)型號(hào)。51LpC供應(yīng)高速和低速的晶振和RC振蕩方式，可編程選擇;具有較寬的操作電壓范圍2.7～6.0V，可編程I/O口線輸出模式選擇，可選擇施密特觸發(fā)輸入，LED驅(qū)動(dòng)輸出;有內(nèi)部看門狗按時(shí)器及供應(yīng)掉電檢測(cè)模擬功能，最大限度地減少了外部元件的使用。這些特性和改進(jìn)的C51結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，使得在設(shè)計(jì)高集成度、低成本和低功耗控制電路時(shí)具有更多的選擇。該系列重要用于對(duì)系統(tǒng)成本有嚴(yán)格要求，且系統(tǒng)具有高抗干擾性能的低功耗應(yīng)用領(lǐng)域，已廣泛用于電子陽(yáng)性能表、IC卡水表、電子稱、消毒碗柜、LED顯示屏、煤氣表等工業(yè)控制領(lǐng)域。

本文介紹在市電情況下使用LpC系列微控制器p87LCp761與三象限雙向晶閘管(Triac)控制感性負(fù)載交流電機(jī)的方法。使用一種全新的電流過(guò)零檢測(cè)方法，不必在負(fù)載電流線路中加入旁路電阻，利用單相關(guān)波整供應(yīng)控制電路的電源。LpC的高抗干擾性能使得只用極少外部零件即能完成此系統(tǒng)。此解決方法可通過(guò)p87LpC761系列單片機(jī)的片內(nèi)RC振蕩器和比較來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者其它帶有片內(nèi)pWM、ADC和DAC等功能的LpC系列芯片。該系統(tǒng)可用于對(duì)電機(jī)(AC/DC)閥門、泵燈等的控制，廣泛用于照明、HVAC、電源工具、儀表及工業(yè)控制等領(lǐng)域。表1是p87LpC761的引腳功能。

表1p87LpC761引腳功能

2原理

2.1負(fù)載電壓的過(guò)零控制——單輸入檢測(cè)

方框圖1和2為該應(yīng)用的總體框圖。電路直接通過(guò)市電進(jìn)行供電，相位控制時(shí)序取決于市電電壓過(guò)零檢測(cè)(VoltageZeroCrossing)或負(fù)載電流過(guò)零檢測(cè)(CurrentZeroCrossing)。采用哪種檢測(cè)方式取決于實(shí)際應(yīng)用的情況?？刂颇K計(jì)算機(jī)發(fā)時(shí)刻，LpC可直接吸收多個(gè)Triac的門電流。為了降低EMI，保證安全操作并控制相位，有必要在電流過(guò)零或一個(gè)特定的相位角時(shí)觸發(fā)Triac。關(guān)于阻性負(fù)載，電流和電壓過(guò)零是一致的;關(guān)于感性負(fù)載，電流滯后于電壓。負(fù)載的狀態(tài)決定了Triac是根據(jù)電壓過(guò)零還是電流過(guò)零進(jìn)行可控硅的觸發(fā)。

檢測(cè)電壓過(guò)零最簡(jiǎn)單的方法就是測(cè)量市電電壓極性的變化。LpC的+5V端連接到電源線(或中性點(diǎn))，而中性點(diǎn)(或電源線)通過(guò)限流電阻連接到任意一個(gè)I/O口。I/O口的電壓被內(nèi)部鉗位二極管鉗制0V和+5V之間，如圖3所示。微控制器可讀入輸入口的輸入狀態(tài)，并且當(dāng)狀態(tài)從1變?yōu)?或從0變?yōu)?時(shí)，檢測(cè)到過(guò)電壓的過(guò)零點(diǎn)。電平跳變點(diǎn)取決于I/O口的模式(TTL或施密特觸發(fā))，過(guò)零點(diǎn)到檢測(cè)點(diǎn)的延遲時(shí)間取決于電源電壓的變化率(例如230V或110V系統(tǒng))，這些都必須納入考慮范圍。該電路的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單和成本低，因?yàn)閮H要一個(gè)額外的電阻(要求高耐壓值)并可使用LpC的任何一個(gè)I/O口。

2.2電流過(guò)零檢測(cè)——電流過(guò)零窗口比較器

電流過(guò)零(CZC)是Triac的換流點(diǎn)。在非線性負(fù)載時(shí)，由于電流過(guò)零點(diǎn)和電壓過(guò)零(VZC)點(diǎn)不一致，CZC檢測(cè)尤其重要;但是，監(jiān)控CZC并不像監(jiān)控VZC那么容易，因?yàn)?，通常檢測(cè)方式要在負(fù)載上串聯(lián)一個(gè)電阻，這就分離了負(fù)載電路且浪費(fèi)了電能。通常方法是通過(guò)放大和電平變換，然后和微控制器相連，這至少要一個(gè)額外的運(yùn)算放大器及其相關(guān)元件。LpC檢測(cè)電流過(guò)零采用了一種全新的方法：監(jiān)控Triac門極(VG)到陽(yáng)極(T1)的電壓。VG-T1給出了Triac即將換流的一個(gè)信號(hào)，因?yàn)閂G-T1在CZC時(shí)過(guò)零，根據(jù)負(fù)載電流和Triac的特性，VG-T1可低至0.1V或大于1.2V。如圖4所示電路，使用窗口比較器監(jiān)控該電壓即能完成CZC功能。圖4窗口比較器用于門電壓和電流過(guò)零檢測(cè)器，VG-T1相關(guān)于線電壓可正可負(fù)，取決于負(fù)載電流的方向。也就是說(shuō)VG-T1相關(guān)于VCC+5V而言可正可負(fù)。因此在LpC可監(jiān)控之前，必須通過(guò)R4和R5分壓，以使其低于VCC并處于比較器的操作電壓范圍，R1、R2和R3將電壓限制在過(guò)零點(diǎn)附近。

3完整的LpC+Triac+Motor(AC)電路實(shí)現(xiàn)

在p87LpC761和Triac的控制應(yīng)用中，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)電源消耗很低并具有高抗干擾性能，故可以通過(guò)阻容降壓和單相半波整流由市電直接供電，而不要昂貴且體積大的變壓器，外部零件極少。此方法成本低。一個(gè)感性負(fù)載的通用電路，同時(shí)適合阻性負(fù)載。Triac可使用BTA216600E。通過(guò)查詢p87LpC761的比較器來(lái)檢測(cè)負(fù)載電流過(guò)零，并重新觸發(fā)Triac。也可用中斷驅(qū)動(dòng)。啟動(dòng)電機(jī)時(shí)用電壓過(guò)零測(cè)量并觸發(fā)Triac的門級(jí)脈沖，以減少電磁干擾，并可從主循環(huán)的開始進(jìn)行控制和重含義在啟負(fù)載之間軟件等待整個(gè)半周期。本例在復(fù)位后通過(guò)用戶按鍵開啟負(fù)載，通過(guò)按鍵可進(jìn)行相角控制以控制電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速。如圖5所示，LED發(fā)光管閃爍的快慢能體現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，LED閃爍越快電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快，反之則越慢;電機(jī)停轉(zhuǎn)，LED熄滅。此電路稍經(jīng)修改就可以用于其它許多類似的場(chǎng)合。