一種基于dsp+cpld控制的峰值電流限流裝置的制造方法
【專利摘要】一種基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置。其包括DSP控制電路、CPLD可編程邏輯控制器、峰值限流比較電路和峰值電流采樣電路；DSP控制電路與CPLD可編程邏輯控制器連接，峰值電流采樣電路與峰值限流比較電路連接，峰值限流比較電路與CPLD可編程邏輯控制器連接。本實(shí)用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置能夠用于在為鐵路信號設(shè)備提供直流電源的電源模塊輸出出現(xiàn)短路情況下實(shí)現(xiàn)自動保護(hù)；當(dāng)短路解除后能夠快速恢復(fù)輸出供電，因此能夠大量減少電源模塊短路情況下造成的模塊損壞以及模塊故障率，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】
一種基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本實(shí)用新型屬于DSP+CPLD組合控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]電源模塊是鐵路信號電源屏的配套模快，該模塊為鐵路信號設(shè)備提供直流24V電源，以滿足鐵路信號電源系統(tǒng)對24V直流電源的相關(guān)技術(shù)要求。電源模塊是采用移相全橋軟開關(guān)技術(shù)的開關(guān)電源，主要由輸入防雷、輸入濾波、前級AC/DC變換電路、后級DC/DC隔離變壓器變換電路、輔助電源、顯示功能電路、風(fēng)扇控制電路和控制電路組成。為了提高電源模塊的可靠性，該模塊還設(shè)有完善的保護(hù)功能，對于關(guān)鍵保護(hù)功能采用軟硬件雙級保護(hù)措施。
[0003]現(xiàn)階段，直流電源主要采用傳統(tǒng)的模擬控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)，但存在控制參數(shù)一致性差、 故障定位不準(zhǔn)確、效率低等問題。隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，為了使鐵路領(lǐng)域的高頻開關(guān)電源能夠跟上開關(guān)電源的發(fā)展，提高開關(guān)電源的技術(shù)含量和智能水平，開發(fā)帶單片機(jī)采用軟開關(guān)技術(shù)的電源已經(jīng)迫在眉睫。實(shí)際工況中，由于各種原因而導(dǎo)致電源模塊輸出會出現(xiàn)短路情況，這時(shí)電源模塊短路對模塊內(nèi)部器件的破壞程度最大，如果電源模塊輸出能夠在瞬態(tài)出現(xiàn)短路情況下自動保護(hù)模塊內(nèi)部器件，當(dāng)短路解除后仍能繼續(xù)工作，那將會極大提尚電源t旲塊的使用壽命。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置包括:DSP控制電路、CPLD可編程邏輯控制器、峰值限流比較電路和峰值電流采樣電路;其中: DSP控制電路與CPLD可編程邏輯控制器連接，峰值電流采樣電路與峰值限流比較電路連接， 峰值限流比較電路與CPLD可編程邏輯控制器連接。
[0006]所述的DSP控制電路的輸出信號端和輸入信號端均與CPLD可編程邏輯控制器相連接。
[0007]所述的峰值電流采樣電路的輸入端通過電流互感器與變壓器原邊相連接，輸出端與峰值限流比較電路連接。
[0008]所述的CPLD可編程邏輯控制器為可編程邏輯器件，其輸入端包括:驅(qū)動A輸入端、 驅(qū)動B輸入端、驅(qū)動C輸入端、驅(qū)動D輸入端和峰值狀態(tài)輸入端，輸出端包括:驅(qū)動輸出A端、驅(qū)動輸出B端、驅(qū)動輸出C端、驅(qū)動輸出D端和峰值狀態(tài)輸出端;其中:驅(qū)動A輸入端、驅(qū)動B輸入端、驅(qū)動C輸入端和驅(qū)動D輸入端與DSP控制電路連接、峰值狀態(tài)輸入端與峰值限流比較電路連接，驅(qū)動輸出A端、驅(qū)動輸出B端、驅(qū)動輸出C端和驅(qū)動輸出D端與移相全橋開關(guān)管的控制端直接連接，峰值狀態(tài)輸出端與DSP控制電路連接。
[0009]所述的CPLD可編程邏輯控制器的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)組成包括:第一或門、第二或門、第三或門、延時(shí)器、第一觸發(fā)器、第二觸發(fā)器、第一與門、第二與門、第三與門、第四與門、第五與門、第六與門、第一非門和第二非門；
[0010]第一或門的兩個(gè)輸入端分別與驅(qū)動A輸入端和驅(qū)動B輸入端連接、其輸出端與延時(shí)器的輸入端連接，延時(shí)器輸出端與第一觸發(fā)器的第一輸入端連接，第一觸發(fā)器的第二輸入端與峰值狀態(tài)輸入端連接，第一觸發(fā)器輸出延時(shí)信號；
[0011]第二觸發(fā)器的第一輸入端與第一或門的輸出端連接、其第二輸入端與峰值狀態(tài)輸入端連接，第二觸發(fā)器輸出端同時(shí)與第一與門的輸入端和第二與門的第一輸入端連接，第一與門的輸出端與驅(qū)動輸出A端連接，第二與門的第二輸入端與驅(qū)動B輸入端連接，第二與門的輸出端與驅(qū)動輸出B端連接；
[0012]第一非門的輸入端接收延時(shí)信號、其輸出端與第三與門的第一輸入端連接，第三與門的第二輸入端與驅(qū)動A輸入端連接，第三與門的輸出端與第二或門的第一輸入端連接， 第四與門的第一輸入端與驅(qū)動C輸入端連接、其第二輸入端接收延時(shí)信號，第四與門的輸出端與第二或門的第二輸入端連接、第二或門的輸出端與驅(qū)動輸出C端連接；
[0013]第二非門的輸入端接收延時(shí)信號、其輸出端與第五與門的第一輸入端連接，第五與門的第二輸入端與驅(qū)動D輸入端連接，第五與門的輸出端與第三或門的第一輸入端連接， 第六與門的輸入端連接延時(shí)信號、其輸出端與第三或門的第二輸入端連接，第三或門的輸出端與驅(qū)動輸出D端連接。
[0014]所述的第一觸發(fā)器和第二觸發(fā)器為D觸發(fā)器，其第一輸入端為觸發(fā)器的時(shí)鐘端，第二輸入端為觸發(fā)器的置1端。
[0015]本實(shí)用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置能夠用于在為鐵路信號設(shè)備提供直流電源的電源模塊輸出出現(xiàn)短路情況下實(shí)現(xiàn)自動保護(hù)；當(dāng)短路解除后能夠快速恢復(fù)輸出供電，因此能夠大量減少電源模塊短路情況下造成的模塊損壞以及模塊故障率，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益?！靖綀D說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 [〇〇17]圖2為CPLD可編程邏輯控制器內(nèi)部所需硬件延時(shí)信號的原理框圖。[〇〇18]圖3為CPLD可編程邏輯控制器內(nèi)部所需硬件驅(qū)動A，B信號的原理框圖。[〇〇19]圖4為CPLD可編程邏輯控制器內(nèi)部所需硬件驅(qū)動C信號的原理框圖。[〇〇2〇]圖5為CPLD可編程邏輯控制器內(nèi)部所需硬件驅(qū)動D信號的原理框圖。
[0021]圖6為本實(shí)用新型提供的采用DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置的控制方法流程圖。【具體實(shí)施方式】[〇〇22]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。[〇〇23]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置包括:DSP 控制電路1、CPLD可編程邏輯控制器2、峰值限流比較電路3和峰值電流采樣電路4;其中:DSP 控制電路1與CPLD可編程邏輯控制器2連接，峰值電流采樣電路4與峰值限流比較電路3連接，峰值限流比較電路3與CPLD可編程邏輯控制器2連接。
[0024]DSP控制電路I為本裝置總的輸入輸出控制電路，輸入信號為峰值狀態(tài)信號，輸出信號包括驅(qū)動A、驅(qū)動B、驅(qū)動C和驅(qū)動D信號;DSP控制電路I的輸出信號端和輸入信號端均與CPLD可編程邏輯控制器2相連接；
[0025]CPLD可編程邏輯控制器2接收DSP控制電路I發(fā)出的驅(qū)動A、B和驅(qū)動C、D信號，同時(shí)接收峰值限流比較電路3輸出的峰值狀態(tài)信號;CPLD可編程邏輯控制器2產(chǎn)生驅(qū)動輸出A信號、驅(qū)動輸出B信號、驅(qū)動輸出C信號和驅(qū)動輸出D信號，并把峰值狀態(tài)信號經(jīng)過整理后反饋給DSP控制電路I;
[0026]峰值限流比較電路3為比較器電路，用于將峰值電流采樣電路4輸出的峰值電流信號與設(shè)定的峰值限流點(diǎn)進(jìn)行比較，輸出的峰值狀態(tài)信號傳送給CPLD可編程邏輯控制器2;峰值狀態(tài)信號為反應(yīng)峰值電流狀態(tài)的開關(guān)量信號。
[0027]峰值電流采樣電路4用于采集電源模塊中DC/DC隔離變壓器原邊電流的峰值，并將采集到的峰值電流信號傳送給峰值限流比較電路3;其輸入端通過電流互感器與變壓器原邊相連接，輸出端與峰值限流比較電路3連接。
[0028]所述的峰值電流采樣電路4的采樣信號取自變壓器原邊電流信號，經(jīng)過取樣變換變?yōu)殡妷盒盘?，峰值電流比較電路3采用比較器的方法輸出固定電平信號，提供給CPLD可編程邏輯控制器2和DSP控制電路I使用。
[0029]所述的峰值電流采樣電路4對應(yīng)的輸入電路所采集的信號為變壓器原邊電流信號。
[0030]所述的驅(qū)動A、驅(qū)動B、驅(qū)動C和驅(qū)動D信號為移相全橋開關(guān)管的驅(qū)動信號；其為DSP控制電路I發(fā)出的一連串固定頻率的占空比固定的脈沖信號。
[0031 ] 所述的CPLD可編程邏輯控制器2為可編程邏輯器件，其輸入端包括:驅(qū)動A輸入端、驅(qū)動B輸入端、驅(qū)動C輸入端、驅(qū)動D輸入端和峰值狀態(tài)輸入端，輸出端包括:驅(qū)動輸出A端、驅(qū)動輸出B端、驅(qū)動輸出C端、驅(qū)動輸出D端和峰值狀態(tài)輸出端;其中:驅(qū)動A輸入端、驅(qū)動B輸入端、驅(qū)動C輸入端和驅(qū)動D輸入端與DSP控制電路I連接、峰值狀態(tài)輸入端與峰值限流比較電路3連接，驅(qū)動輸出A端、驅(qū)動輸出B端、驅(qū)動輸出C端和驅(qū)動輸出D端與移相全橋開關(guān)管的控制端直接連接，峰值狀態(tài)輸出端與DSP控制電路I連接。
[0032]如圖2-圖4所示，所述的CPLD可編程邏輯控制器2的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)組成包括:第一或門5、第二或門14、第三或門18、延時(shí)器9、第一觸發(fā)器10、第二觸發(fā)器6、第一與門7、第二與門8、第三與門12、第四與門13、第五與門16、第六與門17、第一非門11和第二非門15;
[0033]如圖2所示，第一或門5的兩個(gè)輸入端分別與驅(qū)動A輸入端和驅(qū)動B輸入端連接、其輸出端與延時(shí)器9的輸入端連接，延時(shí)器9輸出端與第一觸發(fā)器1的第一輸入端連接，第一觸發(fā)器10的第二輸入端與峰值狀態(tài)輸入端連接，第一觸發(fā)器10輸出延時(shí)信號19;
[0034]如圖3所示，第二觸發(fā)器6的第一輸入端與第一或門5的輸出端連接、其第二輸入端與峰值狀態(tài)輸入端連接，第二觸發(fā)器6輸出端同時(shí)與第一與門7的輸入端和第二與門8的第一輸入端連接，第一與門7的輸出端與驅(qū)動輸出A端連接，第二與門8的第二輸入端與驅(qū)動B輸入端連接，第二與門8的輸出端與驅(qū)動輸出B端連接；
[0035]如圖4所示，第一非門11的輸入端接收延時(shí)信號19、其輸出端與第三與門12的第一輸入端連接，第三與門12的第二輸入端與驅(qū)動A輸入端連接，第三與門12的輸出端與第二或門14的第一輸入端連接，第四與門13的第一輸入端與驅(qū)動C輸入端連接、其第二輸入端接收延時(shí)信號19,第四與門13的輸出端與第二或門14的第二輸入端連接、第二或門14的輸出端與驅(qū)動輸出C端連接；
[0036]如圖5所示，第二非門15的輸入端接收延時(shí)信號19、其輸出端與第五與門16的第一輸入端連接，第五與門16的第二輸入端與驅(qū)動D輸入端連接，第五與門16的輸出端與第三或門18的第一輸入端連接，第六與門17的輸入端連接延時(shí)信號19、其輸出端與第三或門18的第二輸入端連接，第三或門18的輸出端與驅(qū)動輸出D端連接。
[0037]所述的第一觸發(fā)器10和第二觸發(fā)器6為D觸發(fā)器，其第一輸入端為觸發(fā)器的時(shí)鐘端，第二輸入端為觸發(fā)器的置1端。[〇〇38]如圖6所示，本實(shí)用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置所采用的控制方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟:[〇〇39]步驟1)正常階段:在裝置正?？刂七^程中，峰值限流比較電路(3)輸出高電平，即峰值狀態(tài)信號為“高電平”，此時(shí)，DSP控制電路(1)的輸出驅(qū)動信號為正常的移相全橋控制信號；
[0040]步驟2)峰值限流階段:當(dāng)電源模塊中的DC/DC隔離變壓器原邊電流信號過大，經(jīng)過峰值電流采樣電路4后，采樣電流信號送入峰值限流比較電路3后輸出低電平，即峰值狀態(tài)信號為“低電平”，此時(shí)在CPLD可編程邏輯控制器2內(nèi)部會瞬態(tài)封鎖輸入驅(qū)動，關(guān)閉移相全橋開關(guān)管;起到保護(hù)該開關(guān)管不受大電流沖擊的作用；[0041 ]步驟3)DSP控制階段:DSP控制電路1檢測到峰值限流比較電路3輸出低電平時(shí)，關(guān)閉所有移相全橋開關(guān)管的驅(qū)動，然后等待20個(gè)開關(guān)周期后，即延時(shí)400微秒，DSP控制電路1 將以一定的比例緩慢放開輸出驅(qū)動信號。
[0042]在步驟2)中，所述的瞬態(tài)封鎖輸入驅(qū)動，關(guān)閉移相全橋開關(guān)管的操作即為輸出控制操作，其方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟:
[0043]步驟2.1)峰值電流信號采樣階段:峰值電流采樣電路4采集變壓器原邊電流采樣信號后傳送給峰值限流比較電路3,當(dāng)出現(xiàn)峰值限流時(shí)峰值限流比較電路3會輸出低電平， 即峰值狀態(tài)信號為低電平；
[0044]步驟2.2)峰值限流硬件保護(hù)第一階段:峰值狀態(tài)信號(低電平信號)瞬態(tài)封鎖第二觸發(fā)器6，第二觸發(fā)器6輸出低電平經(jīng)過第一與門7后輸出給驅(qū)動輸出A端;第二觸發(fā)器6輸出低電平與驅(qū)動B信號一起經(jīng)過第二與門8后輸出給驅(qū)動輸出B端；
[0045]步驟2.3)峰值限流硬件保護(hù)第二階段:峰值限流硬件保護(hù)第一階段發(fā)生的同時(shí)， 峰值狀態(tài)信號(低電平信號)瞬態(tài)封鎖第一觸發(fā)器10,第一觸發(fā)器10的輸出經(jīng)過第一非門11 后與驅(qū)動A信號一起經(jīng)過第三與門12輸出；第一觸發(fā)器10的輸出與驅(qū)動C信號一起經(jīng)過第四與門13輸出；第三與門12輸出和第四與門13輸出一起經(jīng)過第二或門14后輸出到驅(qū)動輸出C 端；
[0046]步驟2.4)峰值限流硬件保護(hù)第三階段:峰值限流硬件保護(hù)第一階段發(fā)生的同時(shí)， 峰值狀態(tài)信號(低電平信號)瞬態(tài)封鎖第一觸發(fā)器10,第一觸發(fā)器10的輸出經(jīng)過第二非門15 后與驅(qū)動D信號一起經(jīng)過第五與門16輸出；第一觸發(fā)器10的輸出經(jīng)過第六與門17輸出；第五與門16的輸出和第六與門17的輸出一起經(jīng)過第三或門18后輸出到驅(qū)動輸出D端；
[0047]步驟2.5)峰值限流控制軟件保護(hù)階段:峰值限流硬件保護(hù)第一階段發(fā)生的同時(shí)，峰值狀態(tài)信號送給DSP控制電路I，DSP控制電路I檢測到該低電平脈沖后，關(guān)閉所有移相全橋開關(guān)管的驅(qū)動，并延時(shí)400微秒，后逐次放開控制占空比，直至達(dá)到正?？刂普伎毡取?br>[0048]本實(shí)用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置，其控制設(shè)備平臺采用全電子化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場控制信號全部來自于電源模塊內(nèi)部經(jīng)過隔離后的信號，由于采用了可編程器件所以該控制方法具有占用的硬件電路少，可靠性高等特點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置，其特征在于:所述的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置包括:DSP控制電路(1)、CPLD可編程邏輯控制器(2)、峰值限流比較電路(3)和峰值電流采樣電路(4);其中:DSP控制電路(I)與CPLD可編程邏輯控制器(2)連接，峰值電流采樣電路(4)與峰值限流比較電路(3)連接，峰值限流比較電路(3)與CPLD可編程邏輯控制器(2)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置，其特征在于:所述的DSP控制電路(I)的輸出信號端和輸入信號端均與CPLD可編程邏輯控制器(2)相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置，其特征在于:所述的峰值電流采樣電路(4)的輸入端通過電流互感器與變壓器原邊相連接，輸出端與峰值限流比較電路(3)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置，其特征在于:所述的CPLD可編程邏輯控制器(2)為可編程邏輯器件，其輸入端包括:驅(qū)動A輸入端、驅(qū)動B輸入端、驅(qū)動C輸入端、驅(qū)動D輸入端和峰值狀態(tài)輸入端，輸出端包括:驅(qū)動輸出A端、驅(qū)動輸出B端、驅(qū)動輸出C端、驅(qū)動輸出D端和峰值狀態(tài)輸出端;其中:驅(qū)動A輸入端、驅(qū)動B輸入端、驅(qū)動C輸入端和驅(qū)動D輸入端與DSP控制電路(I)連接、峰值狀態(tài)輸入端與峰值限流比較電路(3)連接，驅(qū)動輸出A端、驅(qū)動輸出B端、驅(qū)動輸出C端和驅(qū)動輸出D端與移相全橋開關(guān)管的控制端直接連接，峰值狀態(tài)輸出端與DSP控制電路(I)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置，其特征在于:所述的CPLD可編程邏輯控制器(2)的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)組成包括:第一或門(5)、第二或門(14)、第三或門(18)、延時(shí)器(9)、第一觸發(fā)器(10)、第二觸發(fā)器(6)、第一與門(7)、第二與門(8)、第三與門(12)、第四與門(13)、第五與門(16)、第六與門(17)、第一非門(11)和第二非門(15); 第一或門(5)的兩個(gè)輸入端分別與驅(qū)動A輸入端和驅(qū)動B輸入端連接、其輸出端與延時(shí)器(9)的輸入端連接，延時(shí)器(9)輸出端與第一觸發(fā)器(10)的第一輸入端連接，第一觸發(fā)器(10)的第二輸入端與峰值狀態(tài)輸入端連接，第一觸發(fā)器(10)輸出延時(shí)信號(19)； 第二觸發(fā)器(6)的第一輸入端與第一或門(5)的輸出端連接、其第二輸入端與峰值狀態(tài)輸入端連接，第二觸發(fā)器(6)輸出端同時(shí)與第一與門(7)的輸入端和第二與門(8)的第一輸入端連接，第一與門(7)的輸出端與驅(qū)動輸出A端連接，第二與門(8)的第二輸入端與驅(qū)動B輸入端連接，第二與門(8)的輸出端與驅(qū)動輸出B端連接； 第一非門(11)的輸入端接收延時(shí)信號(19)、其輸出端與第三與門(12)的第一輸入端連接，第三與門(12)的第二輸入端與驅(qū)動A輸入端連接，第三與門(12)的輸出端與第二或門(14)的第一輸入端連接，第四與門(13)的第一輸入端與驅(qū)動C輸入端連接、其第二輸入端接收延時(shí)信號(19)，第四與門(13)的輸出端與第二或門(14)的第二輸入端連接、第二或門(14)的輸出端與驅(qū)動輸出C端連接； 第二非門(15)的輸入端接收延時(shí)信號(19)、其輸出端與第五與門(16)的第一輸入端連接，第五與門(16)的第二輸入端與驅(qū)動D輸入端連接，第五與門(16)的輸出端與第三或門(18)的第一輸入端連接，第六與門(17)的輸入端連接延時(shí)信號(19)、其輸出端與第三或門(18)的第二輸入端連接，第三或門(18)的輸出端與驅(qū)動輸出D端連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DSP+CPLD控制的峰值電流限流裝置，其特征在于:所述的第一觸發(fā)器(10)和第二觸發(fā)器(6)為D觸發(fā)器，其第一輸入端為觸發(fā)器的時(shí)鐘端，第二輸入端為觸發(fā)器的置1端。
【文檔編號】H02M1/32GK205596012SQ201620295488
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】王樹桐
【申請人】北京國鐵路陽技術(shù)有限公司