一种多开关结构的固态功控系统的设计开发

　　需要模数转换的模拟电压信号为直流电压信号,范围大概在0V-7V之间,由于SSPC在电路中是用来作为负载的一个开关保护措施, 因此,要求其动作时间尽可能的快,细化到电路的每一个环节,就要求A/D转换器的转换时间尽量小,在A/D的转换精度和转换时间之间权衡,得出一个折中的方案。经过对比,采用AD公司的12位的A/D转换器AD7874,这是一款4通道同时采样,12位快速低功耗的A/D转换器,内部包括一个12位高速模数转换器、片上时钟和四个采样/保持器。这样,避免了四个输入通道共享一个采样/保持器所带来的问题一通道间采样出现相位差。

　　2、开关量采集电路。开关量主要有两个:表示负载状态的STA_LOAD和表示电力MOSFET状态的STA_SSPC。规定:当负载的电流大于SSPC额定电流的15%时,表示负载状态的开关量STA_LOAD为低(0);当MOSFET处于导通状态时,表示MOSFET开通关断状态的开关量STA_SSPC=1。通过对CPLD采集到的A/D通道的数据进行判断:当i_load大于负载电流的15%时,表明负载导通,置 STA_LOAD0;当i_load小于负载电流的15%时,表明负载不工作,置STA_LOAD为1。STA_LOAD通过CPLD的I/O口输出。

　　3、I/O驱动与隔离电路设计。CPLD与外围器件接口时,应考虑驱动能力,在中间添加驱动器和隔离器件,以保护CPLD不受损害。因为比较器是12V供电,所以出来的状态量信号为12V信号,而逻辑判断模块的CPLD是3.3V I/O供电和2.5 V内核供电,因此对SSPC状态信号的采集和控制信号的输出都需要经过电平转换和电气隔离,具体采用光耦隔离的方式,既实现了电气隔离,又实现了电平转换。当控制信号从CPLD输出时,因光耦的驱动电流相对较大(20mA左右),如果直接从CPLD输出来驱动,就会使CPLD因电流太小而无法驱动,因此实际中采用六通道反相器74HC04来做光耦前一级的驱动。而对输入CPLD的信号,因为是从光耦输出来的,电流一般不大(Ic5mA ),所以可以不用反相器来驱动。

　　3.4电源电路

　　在目前的实验系统中,SSPC的供电由市电经变换得来。它所使用得电源种类较多,包括2.5V, 3.3V, +5V,-5V, 12V等。其中,2.5 V为CPLD核心所使用的电源,CPLD的I/O引脚需要使用3.3V的电源,+5 V电源用于一些外设器件和参考标准,12V电源主要用于运算放大器和比较器。3.3V和2.5V电源都是由5V电源变换得到的。5V和12V则采用了 ANSJ公司生产的AC/DC电源模快得到,这类电源使用简单,具备高功率、高效率、宽输入范围、低噪声、可靠及应用简易等优点,且结构紧密,具有优良的输出编程和低待机损耗等特性,具备输出过压保护及过温关机功能。图4是5V转2.5V和3.3V的电源电路,采用了输出电压连续可调的器件LM317。它可以提供高达1.5A电流,而且电压调整方便,非常适合CPLD的供电要求。如图4中的2图所示,输出电压 VCCINT=1.25(1+R1/R2)+IADJR2。

(1) (2)

图4 2.5V、3.3V电源电路

　　4 可编程逻辑区设计

　　1、A/D数据采集模块。利用状态机的概念,一个步骤对应一个状态,每个状态赋予CPLD特定的功能。将AD7874的工作大致分为10个步骤区间。AD7874转换的量化噪声与输出位数和量化步长有关,输出位数越多,量化步长越小,则量化噪声越小。实际A/D转换器多为定点制,动态范围为±1,输出最大值为1。如果只考虑量化噪声,则输入信号信噪比为

即 amp;nbsp; SNR= (6.02b-3.1876) (dB)