基于CPLD控制的直流固態(tài)功率控制器的設(shè)計
西北工業(yè)大學 自動化學院 陳再春,謝拴勤
SSPC(固態(tài)功率控制器)是由半導體器件構(gòu)成的智能開關(guān)裝置,用于接通／斷開電路,實現(xiàn)電路保護和接收上級計算機的控制信號并向上位機實時反饋其狀態(tài)信息。由于控制邏輯完全由CPLD內(nèi)部的硬件電路完成,因此與功率器件一起工作時,具有很好的電磁兼容性和抗干擾能力。研制多開關(guān)的SSPC組共享大規(guī)�？刂菩酒�,具有相當大的工程實用價值,尤其適用于空間有限的場合,如飛機上。
本文充分利用CPLD的特點,設(shè)計了具有集成度高、速度快、抗干擾能力強和可靠性高等優(yōu)點的28V直流SSPC。在一塊電路板上集成多個SSPC,各個功率開關(guān)問相互獨立工作,進一步提高了功率密度。
1 功能定義
28V直流SSPC應(yīng)該具有以下功能：
(1) 接收上位機的控制信號。該控制信號能夠兼容TTL／CMOS電平,且高電平表示導通,低電平表示關(guān)斷;
(2) 根據(jù)流過的SSPC的電流邏輯分析出自身的狀態(tài),并根據(jù)表1中的代碼表示上傳給上位機;
(3) SSPC能夠?qū)崟r診斷自身故障,并根據(jù)故障的嚴重程度不同,采取不同的保護措施。
2 總體方案設(shè)計
28V直流SSPC組的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
每路SSPC的取樣電阻上的電壓經(jīng)過調(diào)理電路和低通濾波以后,送到4通道的A／D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端,A／D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端、狀態(tài)信號和控制信號分別接到CPLD的I／O引腳,便于程序控制A／D轉(zhuǎn)換器的動作。CPLD另外的I／O口可以配置為MOSFET的動作命令輸出口線、SSPC的狀態(tài)輸出口線和與上位機相連的控制命令輸入口線;CPLD自身提供的JTAG BST電路,可以方便地測試系統(tǒng)內(nèi)部測試器件之間的連接和檢驗器件的操作。
由CPLD組成的邏輯判斷電路的主要功能有：
(1) 將A／D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)通過邏輯判斷,綜合出SSPC的工作狀態(tài)并向上位機輸出;
(2) 接收上位機的控制命令,結(jié)合自身的工作狀態(tài),綜合得出SSPC的通斷信號,控制MOSFET的開通和關(guān)斷。
3 硬件設(shè)計
(1) 關(guān)鍵器件選型
電力MOSFET選用IR公司的IRF540N,它的漏-源最大耐壓為IOOV,導通阻抗44mΩ,允許通過的最大電流33A。其最大優(yōu)點為納秒級的開通和關(guān)斷時間,能夠完全滿足設(shè)計需要。
邏輯控制芯片采用ALTERA公司的flex6000系列。該系列采用的OptiFLEX結(jié)構(gòu)增加了器件的有效面積,可用門的數(shù)目達8 000～
