1前言
晶闸管在大功率应用场合具有比MOSFET、GTR更优越的性能价格比优势。因此以晶闸管为功率器件的中频电源广泛应用于冶金、化工、电机拖动和高能物理等领载。传统的晶闸管电源设备由于器件的集成度不高，造成设备的体积、重量过大，加上驱动、控制要求高，难以实现远程的遥测、遥控功能。随着电力电子技术和电路集成技术的发展，传统的晶闸管移相控制电路，由过去的分立元件方式转换为单个集成模块的方式，被集成的晶闸管移相模块，不仅体积大大减小，而且外围电路非常简单，功能易于实现，成本也大大减少，提高了电源的功率密度，同时不会产生类似开关电源引起的高频干扰等问题，有利于系统的稳定工作。
在充分发挥晶闸管处理大功率能量特点的基础上，结合微控技术，研制了用于高能物理设备中的高功率、电流值连续可调的高精度稳流电源。
2电路的组成及工作过程
图1是电源的电路组成框图。
集成晶闸管移相控制模块选用三相输入、整流输出的模块形式，其后接滤波电感和滤波电容；电流取样选用霍尔电路电流传感器，霍尔电路电流传感器串接在滤波电容输出的直流母线上，将电流取样值反馈给电源控制电路；电源控制电路一方面接收微机送来的控制信号，设定电源的开/关状态和电源输出的电流值，另一方面将电源的状态反馈给微机处理系统；电源控制电路把霍尔电流传感器反馈的电流取样值和微机系统送给的输出电流设定值，进行数学运算、比较放大、调整得到输出控制电压，送给集成晶闸管移相控制模块的控制输入端，从而得到稳定的直流输出。
晶闸管移相控制模块的控制输入端接收的控制电压是一直流加上微小波动的交流电压，此电压值的大小决定着晶闸管触发角α的大小。α小时，电源输出的功率大，α大时，电源输出的功率小。在一个周期内（T=20ms），晶闸管移相控制模块输出6个基本均匀和连续的电压波形，波峰的大小随着输出电流的设定值大小而变化。
采用新型的霍尔电流传感器取样，是实现电源的高精度稳流控制的很重要的一个元器件。霍尔电流传感器实现了电压隔离，取样精度高、动态响应快、受环境温度影响小、电流取样的范围大。对于连续可调的大电流输出取样，相对于电阻分压器取样，霍尔电流传感器消耗功率小，不存在取样精度随着输出电流大小而漂动的情况，且所占空间小。
3电路参数设计
选用的集成晶闸管移相控制模块实际上就是集成的三相桥式相控整流器。为了模块的集成化，模块采取了双窄脉冲触发可控硅的方式，这种触发方式比宽脉冲触发方式要缩小体积，但有可能会造成整流器的换相延迟现象，从而加大电源输出的纹波，影响电源的稳定度。
产生换相延迟的根本原因在于：换相延迟推迟了第三相参与换相的起始时间，对于双窄触发脉冲而言，当触发脉冲来到时，第三相晶闸管两端电压反向，不能开通，到第三相能够换相时刻其触发脉冲已经消失，不能参与换相，而单宽触发脉冲则不存在这个问题。
对于图1电路，产生换相推迟的外在原因有两个：交流进线的自感抗产生换相重叠和整流后的LC滤波器呈现容性阻抗。
一个电源周期内有6次换相，即每隔60°就有一次换相。在正常换相范围内，换相重叠角γ总是小于60°，这样能保证在两相间换相未结束时，第三相不参与换相。正常换相范围内的负载电流与触发角α和γ有关。当负载电流增大到γ正好为60°时，电路正常换相状态结束，此时的负载电流值就是临界电流Idm：

式中，XB——交流进线的自感抗，XB=ωLB
    u——线电压的有效值
若继续增加负载电流，就不能保证换相重叠角小于60°，电路进入非正常换相状态，于是在双窄脉冲触发的情况下会出现换相推迟现象。
参阅参考文献，图2列举了在双窄触发脉冲情况下，保持触发角α=0°，增加负载电流，使得换相重叠角分别为γ=60°和γ=90°时，三相桥式相控整流电路输出的电压波形。这里假设负载电流是恒定不变的，即负载为较大的感性负载的情况。从图中可以看出，在(b)图的情况，整流电路输出的电压波形是不均匀和不连续的。
第二种情况就是三相全桥相控整流电路输出端所接的LC滤波器要保证为感性阻抗，这是因为，当LC滤波器为容性阻抗时，由于电容上的电压不能突变，当第三相被脉冲触发而开始参与换相时，会因为晶闸管两端的电压反向而不能参与换相，同样会造成与图2(b)类似的现象发生。故对该电路的LC滤波器应满足如下的关系式：

式中ω为相控整流电路输出电压波动频率，在此电路中，频率应为300Hz的角频率。
在设计稳流电源时，应该注意到上述两种情况，否则，由于高精度稳流电源调节反馈的放大倍数很大，当产生换相延迟时，会在输出端产生很高的低频振荡。之所以有这种情况，是由于反馈放大失去平衡，使触发角从α＝0°至α＝60°之间来回振荡，从而电源输出不能够被稳定。
综上所述，对于该电路的参数设计，应有如下约束：
最大负载电流Iomax<Idm

4电路的控制设计
图3是控制电路反馈调节放大环节的电路。
微机遥控设定值的输入和霍尔电路电流取样值的输入都通过运放电路的跟随器，使得输入值不受后面电路的负载变动而发生微小的变化，影响电源输出的稳定度。
R3、R4、R5、R6和运放N6组成减法器，使电源控制电路内部的精密稳压器的值与微机遥控输入的设定值相减，作为运放电路N3、N4组成的负反馈电路“+”端的基准值，调节微机系统输入的设定值，改变“+”端的基准值，从而调节电源输出电流的大小。
R1、R2、C1、C2、N3、N4组成电源的反馈、放大调节器，它是复合了积分调节器和比例积分调节器。运算放大器N3、N4的接法消除了运算放大器的“+”端与“-”端之间的输入失调电压，提高了运算放大器的精度，从而也提高了电源的调节精度和电源的输出稳定度。
该调节器的静态放大倍数是开环放大倍数，放大倍数非常大，使得电源的输出稳定度能够很高。该调节器的动态响应主要是由时间常数τ=R2.C2确定，应保证时间常数τ=R2.C2<3ms，即可控硅一个脉冲波的工作时间；同时C1也影响着调节器的动态响应，C1愈大，调节器的动态响应愈差。由于晶闸管移相控制电路的调节速度在3ms以上，所以调节器的响应速度不能够太快，太快则电流出现过调现象，电源输出的纹波非常大，对反馈电路，适当增加CI值，使反馈调节滞后一些，可以更好地防止双窄脉冲触发造成的换相推迟现象，当然，这会牺牲电源的输出纹波，但比换相推迟要好得多。反复调节R1、R2、C1、C2的参数，直至电源的输出达到较为满意的状态。
5实际电路工作状态
参照上述的工作原理，我们设计了一个直流稳流电源。负载为电阻串联电感的恒定负载，电流输出从0～20A连续可调，输出功率最高4KW；微机系统通过工业控制PLC，将微机输出的数字信号转化为模拟信号，再传递给电源控制电路，利用微机直接控制电源输出电流的大小；同时电源的输出量及工作状态也通过PLC传递给微机，使得直流稳流电源可以在远处被遥控、遥测。
电源调试成功以后，对电源输出的电流值进行长时间的测试，测得电流输出的稳定度达到千分之一以上，表1为测试的数据。
该电源目前用在一高能物理设备上，已运行很长时间，工作稳定性与工作的技术指标都非常好。
6结束语
三相桥式相控整流器应用的范围很广，与开关电源在成本、体积、干扰、电源的稳定性各个方面相比较，尤其在大功率上，仍有一定的优势。近来，三相桥式相控整流器愈来愈高度集成化，无论外围电路的设计以及和智能化控制系统的连接愈来愈简捷、方便，这使得三相桥式相控整流器有着更广阔的市场。利用三相桥式相控整流器成熟的理论和成熟的经验技术，对三相桥式控整流器进行单闭环或者多闭环的精密控制，可以做出很多精密的电路。

参考文献
[1]雷惠，晶闸管整流电源负载特性的研究，电力电子技术，1999.1。
[2]黄俊，半导体变流技术，机械工业出版社