可控硅触发控制系统核心SOC的设计

论文摘要

在电力系统中起着最基本的调控、变流及开关等作用的是SCR（即可控硅）、IGBT、MOSFET、IGCT等电力电子器件。针对这些电力电子器件的控制系统也是当前值得研究的一个课题。本论文设计了一款可控硅触发控制系统SOC（System On Chip），用于对以上器件的控制。在对已有同类型芯片的深入分析研究的基础上，本论文做出了若干有价值的改进，对部分核心模块进行了重新的设计。为了适应复杂工业应用环境下各种可能的强烈干扰噪声，本论文提出了一种全数字去抖动技术。它用于消除输入工频信号经过零比较器而得出的同步方波中因噪声而引入的多余小脉冲群，以避免触发误动作。由于电网不能保证输送到负载端的是绝对标准的50Hz电源，频率漂移难以避免，本论文设计了一种频漂自适应电路。它的基本原理是根据实际频率大小，调整数字移相模块中时钟脉冲的密度，使得移相时钟随工频变化而变化。这样就保证了移相的准确度，并且同时扩大了它的应用范围。在可控硅触发控制系统中，用于调节移相角度的控制端电压量需要作模数转换。本论文对SAR-ADC作了深入的分析研究，并给出了一个结构简单，性能优异的片上10-bitSAR-ADC的设计。最后论文给出了流片之后样品芯片的测试数据和一个简单应用系统，对设计作出了验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 集成电路技术的发展及其与控制技术的联系
• 1.1.2 可控硅触发控制系统的研究意义与研究现状
• 1.2 可控硅触发控制系统 SOC 的基本构架及本论文主要研究内容
• 1.2.1 可控硅触发控制系统 SOC 的基本构架
• 1.2.2 主要研究内容
• 1.3 论文结构
• 第二章 可控硅移相触发控制系统的输入噪声及其消除
• 2.1 噪声的来源及其影响
• 2.2 去抖动问题的解决方案
• 2.2.1 迟滞比较器的设计方案
• 2.2.2 模拟去抖动电路方案
• 2.3 数字去抖动电路方案
• 2.4 数字去抖动方案仿真验证与电路实现
• 2.4.1 方案验证
• 2.4.2 电路实现
• 第三章 触发误差分析与频漂自适应电路
• 3.1 可控硅触发控制芯片中触发误差的分析
• 3.2 通过预采样和时针频率补偿来实现频漂自适应的基本原理
• 3.3 频漂自适应模块的实现方案
• 3.3.1 频率检测单元
• 3.3.2 补偿控制逻辑单元
• 3.3.3 补偿电路单元
• 3.4 频漂自适应方案的仿真验证与电路实现
• 3.5 设计结果的误差分析
• 第四章 可控硅触发控制 SOC 的电路实现与仿真
• 4.1 数字电路部分
• 4.1.1 移相电路
• 4.1.2 输出脉冲形成电路
• 4.1.3 保护电路
• 4.2 模拟电路部分
• 4.2.1 比较器
• 4.2.2 电压基准源
• 4.3 片上 ADC 的设计
• 4.3.1 片上 ADC 的类型选择
• 4.3.2 DAC
• 4.3.3 比较器
• 4.3.4 SAR-ADC 的仿真
• 第五章 可控硅触发控制系统 SOC 的版图与芯片测试
• 5.1 可控硅触发控制系统 SOC 的版图
• 5.1.1 版图设计的一般流程
• 5.1.2 可控硅触发控制系统 SOC 的版图
• 5.2 芯片测试
• 5.2.1 基本功能测试（单宽模式）
• 5.2.2 双窄输出测试
• 5.2.3 保护电路测试
• 5.2.4 噪声适应能力测试
• 5.2.5 频漂适应能力测试
• 第六章 应用系统范例
• 6.1 典型应用电路
• 6.2 三相交流闭环恒流控制系统
• 6.2.1 系统方框图
• 6.2.2 开环控制端外部电路
• 6.2.3 芯片外部输入与输出电路
• 6.2.4 反馈回路
• 6.2.5 过流保护电路
• 6.2.6 可控硅模块电路
• 6.3 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录 A 数字去抖动模块 Verilog 代码
• 附录 B 频漂自适应模块 Verilog 代码及测试程序
• 作者简介