基于DSP+CPLD的低壓斷路器群組控制器研究

摘要：介紹了一種基于DSP和CPLD的低壓斷路器智能控制器的設(shè)計(jì)，該控制器以模塊化的形式，能夠控制多個(gè)斷路器實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。重點(diǎn)敘述了控制器的硬件系統(tǒng)構(gòu)成，包括信號調(diào)理電路、脫扣控制電路和GPRS通信模塊電路。設(shè)計(jì)出的智能控制器具有結(jié)構(gòu)靈活、可靠性高、通信能力強(qiáng)、智能化程度高等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：群組控制器；GPRS；DSP；CPLD；低壓斷路器

0 引言
智能電網(wǎng)的發(fā)展，對低壓電器的智能化提出了較高的要求，目前國內(nèi)使用較多的小型斷路器的智能化穩(wěn)定性不夠，在于其體積較小，將信號采集電路、動作執(zhí)行和智能脫扣器都安裝在本體內(nèi)，開關(guān)內(nèi)的強(qiáng)電場產(chǎn)生的電磁干擾和高溫，使得斷路器可靠性降低。本文介紹的智能控制器脫離于斷路器本體，并且能夠連接多個(gè)斷路器，實(shí)現(xiàn)對多個(gè)斷路器的監(jiān)控。

1 控制器的總體結(jié)構(gòu)
群組智能控制器的核心采用DSP TMS320F2812芯片，輔以CPLD EPM3128芯片來實(shí)現(xiàn)鍵盤和液晶的時(shí)序邏輯，減少擴(kuò)展芯片帶來的體積問題，外圍電路主要包括信號調(diào)理電路和脫扣控制電路等。為適應(yīng)智能電網(wǎng)的無線通信，在智能控制器中添加GPRS模塊，使得斷路器能夠更好地融入到智能電網(wǎng)中。

2 控制器的硬件設(shè)計(jì)
所采集的多個(gè)斷路器的電壓、電流等信號，經(jīng)過信號調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理后送入DSP處理器，經(jīng)過信號的變換、運(yùn)算和判斷等處理，斷路器有故障時(shí)通過脫扣電路實(shí)現(xiàn)脫扣。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2．1 信號調(diào)理電路模塊設(shè)計(jì)
信號調(diào)理模塊的主要功能，一是低通濾波，濾除高頻噪聲；二是信號放大，由于檢測電流范圍較大，為適應(yīng)較大的動態(tài)范圍，提高A／D采樣分辨率，使變換后的數(shù)字信號盡可能準(zhǔn)確反映模擬信號的大小，設(shè)計(jì)了兩路放大環(huán)節(jié)。一路有較大的放大倍數(shù)，放大小電流時(shí)的信號；另一路放大倍數(shù)較小，進(jìn)行大電流時(shí)的信號放大。因?yàn)锳／D轉(zhuǎn)換器的信號輸入范圍有限，為防止大電流信號時(shí)產(chǎn)生過高的輸入電壓，對檢測電路和A／D轉(zhuǎn)換器造成損壞，設(shè)計(jì)了電平限幅保護(hù)電路。

圖2為每一相大電流信號濾波、平移、放大和限幅電路。由于A／D轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍為0～3 V；而輸入信號是直流偏移電平為0 V的交變正弦波，所以設(shè)計(jì)電平偏移電路抬高電流信號。低通濾波和信號放大由兩級運(yùn)放組成。