一種多開關(guān)結(jié)構(gòu)的固態(tài)功控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)

　　需要模數(shù)轉(zhuǎn)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在電路中是用來作為負(fù)載的一個(gè)開關(guān)保護(hù)措施, 因此,要求其動(dòng)作時(shí)間盡可能的快,細(xì)化到電路的每一個(gè)環(huán)節(jié),就要求A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間盡量小,在A/D的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時(shí)間之間權(quán)衡,得出一個(gè)折中的方案。經(jīng)過對比,采用AD公司的12位的A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器,內(nèi)部包括一個(gè)12位高速模數(shù)轉(zhuǎn)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/保持器所帶來的問題一通道間采樣出現(xiàn)相位差。

　　2、開關(guān)量采集電路。開關(guān)量主要有兩個(gè):表示負(fù)載狀態(tài)的STA_LOAD和表示電力MOSFET狀態(tài)的STA_SSPC。規(guī)定:當(dāng)負(fù)載的電流大于SSPC額定電流的15%時(shí),表示負(fù)載狀態(tài)的開關(guān)量STA_LOAD為低(0);當(dāng)MOSFET處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí),表示MOSFET開通關(guān)斷狀態(tài)的開關(guān)量STA_SSPC=1。通過對CPLD采集到的A/D通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷:當(dāng)i_load大于負(fù)載電流的15%時(shí),表明負(fù)載導(dǎo)通,置 STA_LOAD0;當(dāng)i_load小于負(fù)載電流的15%時(shí),表明負(fù)載不工作,置STA_LOAD為1。STA_LOAD通過CPLD的I/O口輸出。

　　3、I/O驅(qū)動(dòng)與隔離電路設(shè)計(jì)。CPLD與外圍器件接口時(shí),應(yīng)考慮驅(qū)動(dòng)能力,在中間添加驅(qū)動(dòng)器和隔離器件,以保護(hù)CPLD不受損害。因?yàn)楸容^器是12V供電,所以出來的狀態(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(nèi)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)過電平轉(zhuǎn)換和電氣隔離,具體采用光耦隔離的方式,既實(shí)現(xiàn)了電氣隔離,又實(shí)現(xiàn)了電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)控制信號從CPLD輸出時(shí),因光耦的驅(qū)動(dòng)電流相對較大(20mA左右),如果直接從CPLD輸出來驅(qū)動(dòng),就會使CPLD因電流太小而無法驅(qū)動(dòng),因此實(shí)際中采用六通道反相器74HC04來做光耦前一級的驅(qū)動(dòng)。而對輸入CPLD的信號,因?yàn)槭菑墓怦钶敵鰜淼?電流一般不大(Ic5mA ),所以可以不用反相器來驅(qū)動(dòng)。

　　3.4電源電路

　　在目前的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,SSPC的供電由市電經(jīng)變換得來。它所使用得電源種類較多,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(shè)器件和參考標(biāo)準(zhǔn),12V電源主要用于運(yùn)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?這類電源使用簡單,具備高功率、高效率、寬輸入范圍、低噪聲、可靠及應(yīng)用簡易等優(yōu)點(diǎn),且結(jié)構(gòu)緊密,具有優(yōu)良的輸出編程和低待機(jī)損耗等特性,具備輸出過壓保護(hù)及過溫關(guān)機(jī)功能。圖4是5V轉(zhuǎn)2.5V和3.3V的電源電路,采用了輸出電壓連續(xù)可調(diào)的器件LM317。它可以提供高達(dá)1.5A電流,而且電壓調(diào)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(qū)設(shè)計(jì)

　　1、A/D數(shù)據(jù)采集模塊。利用狀態(tài)機(jī)的概念,一個(gè)步驟對應(yīng)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(qū)間。AD7874轉(zhuǎn)換的量化噪聲與輸出位數(shù)和量化步長有關(guān),輸出位數(shù)越多,量化步長越小,則量化噪聲越小。實(shí)際A/D轉(zhuǎn)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)