一種多開(kāi)關(guān)結構的固態(tài)功控系統的設計開(kāi)發(fā)

　　需要模數轉換的模擬電壓信號為直流電壓信號,范圍大概在0V-7V之間,由于SSPC在電路中是用來(lái)作為負載的一個(gè)開(kāi)關(guān)保護措施, 因此,要求其動(dòng)作時(shí)間盡可能的快,細化到電路的每一個(gè)環(huán)節,就要求A/D轉換器的轉換時(shí)間盡量小,在A(yíng)/D的轉換精度和轉換時(shí)間之間權衡,得出一個(gè)折中的方案。經(jīng)過(guò)對比,采用AD公司的12位的A/D轉換器AD7874,這是一款4通道同時(shí)采樣,12位快速低功耗的A/D轉換器,內部包括一個(gè)12位高速模數轉換器、片上時(shí)鐘和四個(gè)采樣/保持器。這樣,避免了四個(gè)輸入通道共享一個(gè)采樣/保持器所帶來(lái)的問(wèn)題一通道間采樣出現相位差。

　　2、開(kāi)關(guān)量采集電路。開(kāi)關(guān)量主要有兩個(gè):表示負載狀態(tài)的STA_LOAD和表示電力MOSFET狀態(tài)的STA_SSPC。規定:當負載的電流大于SSPC額定電流的15%時(shí),表示負載狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量STA_LOAD為低(0);當MOSFET處于導通狀態(tài)時(shí),表示MOSFET開(kāi)通關(guān)斷狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量STA_SSPC=1。通過(guò)對CPLD采集到的A/D通道的數據進(jìn)行判斷:當i_load大于負載電流的15%時(shí),表明負載導通,置 STA_LOAD0;當i_load小于負載電流的15%時(shí),表明負載不工作,置STA_LOAD為1。STA_LOAD通過(guò)CPLD的I/O口輸出。

　　3、I/O驅動(dòng)與隔離電路設計。CPLD與外圍器件接口時(shí),應考慮驅動(dòng)能力,在中間添加驅動(dòng)器和隔離器件,以保護CPLD不受損害。因為比較器是12V供電,所以出來(lái)的狀態(tài)量信號為12V信號,而邏輯判斷模塊的CPLD是3.3V I/O供電和2.5 V內核供電,因此對SSPC狀態(tài)信號的采集和控制信號的輸出都需要經(jīng)過(guò)電平轉換和電氣隔離,具體采用光耦隔離的方式,既實(shí)現了電氣隔離,又實(shí)現了電平轉換。當控制信號從CPLD輸出時(shí),因光耦的驅動(dòng)電流相對較大(20mA左右),如果直接從CPLD輸出來(lái)驅動(dòng),就會(huì )使CPLD因電流太小而無(wú)法驅動(dòng),因此實(shí)際中采用六通道反相器74HC04來(lái)做光耦前一級的驅動(dòng)。而對輸入CPLD的信號,因為是從光耦輸出來(lái)的,電流一般不大(Ic5mA ),所以可以不用反相器來(lái)驅動(dòng)。

　　3.4電源電路

　　在目前的實(shí)驗系統中,SSPC的供電由市電經(jīng)變換得來(lái)。它所使用得電源種類(lèi)較多,包括2.5V, 3.3V, +5V,-5V, 12V等。其中,2.5 V為CPLD核心所使用的電源,CPLD的I/O引腳需要使用3.3V的電源,+5 V電源用于一些外設器件和參考標準,12V電源主要用于運算放大器和比較器。3.3V和2.5V電源都是由5V電源變換得到的。5V和12V則采用了 ANSJ公司生產(chǎn)的AC/DC電源?？斓玫?這類(lèi)電源使用簡(jiǎn)單,具備高功率、高效率、寬輸入范圍、低噪聲、可靠及應用簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn),且結構緊密,具有優(yōu)良的輸出編程和低待機損耗等特性,具備輸出過(guò)壓保護及過(guò)溫關(guān)機功能。圖4是5V轉2.5V和3.3V的電源電路,采用了輸出電壓連續可調的器件LM317。它可以提供高達1.5A電流,而且電壓調整方便,非常適合CPLD的供電要求。如圖4中的2圖所示,輸出電壓 VCCINT=1.25(1+R1/R2)+IADJR2。

(1) (2)

圖4 2.5V、3.3V電源電路

　　4 可編程邏輯區設計

　　1、A/D數據采集模塊。利用狀態(tài)機的概念,一個(gè)步驟對應一個(gè)狀態(tài),每個(gè)狀態(tài)賦予CPLD特定的功能。將AD7874的工作大致分為10個(gè)步驟區間。AD7874轉換的量化噪聲與輸出位數和量化步長(cháng)有關(guān),輸出位數越多,量化步長(cháng)越小,則量化噪聲越小。實(shí)際A/D轉換器多為定點(diǎn)制,動(dòng)態(tài)范圍為±1,輸出最大值為1。如果只考慮量化噪聲,則輸入信號信噪比為

即 amp;nbsp; SNR= (6.02b-3.1876) (dB)