CN101176180B - 用于控制目的的电子电路装置 - Google Patents

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Abstract

用于控制处理装置(40)的电子电路装置(30)，包括：处理接口电路(1)，以及处理电路(2)，其中处理接口电路(1)设计成用于从该处理装置(40)接收处理信号并将该处理信号转换成被转换信号和/或数字数据，其中被转换信号和/或数字数据发送到处理电路(2)中，以及其中处理电路(2)设计成用于处理被转换信号和/或数字数据并且输出被处理信号和/或数字数据，其中被处理信号和/或数字数据被发送到处理接口电路(1)，以及其中该处理接口电路(1)设计成用于将被处理信号和/或数字数据转换成控制信号，其中控制信号被发送到处理装置(40)。该处理接口电路包括一个或多个第一印刷电路板组件(10)，并且该处理电路包括一个或多个第二印刷电路板组件(20)，其中第二印刷电路板组件(20)不同于第一印刷电路板组件(10)，其中每个第二印刷电路板组件(20)电连接到至少一个第一印刷电路板组件(10)。该电路装置(30)在高压或中压装置、驱动器以及功率转换器方面获得应用。

Description

用于控制目的的电子电路装置
技术领域
本发明涉及电子电路工程领域，并且尤其涉及用于控制处理装置的电子电路装置。这种电子电路装置发现了例如高压或中压开关技术、驱动技术和功率转换技术中的应用。
背景技术
用于控制处理装置的电子控制电路已经在现有技术中公知。它们接收来自处理装置的处理信号，这些处理信号转换成被转换信号和/或数字数据，然后在电子控制电路中将那些被转换信号和/或数字数据进行处理。从该处理过程中得到的被处理信号和/或数字数据然后转换成控制信号，那些控制信号然后发送到处理装置中。
现有技术中已经知道了将采用电子部件的电子控制电路设置在印刷电路板(PCB)上。其上安装有部件的这种(单个)PCB也被称作印刷电路板组件(PCBA)。在这种电子电路的理想寿命中，可能发生电子控制电路部件故障，因此该部件应该被更换。尤其是在较长的理想寿命时(10到30年的量级)，不再出售用于更换的合适部件，这样只能遗憾地必须更换整个PCBA，因此更换了整个控制电路。在EP0 792 096中描述了一种用于低压场合的电子继电器。该继电器包括设置在壳体后部的电源卡，该电源卡连接到电流传感器，并通过连接器连接到几个电子子卡上。该电源卡接收所有的模拟输入，例如，来自电流源线的电流信号，并且使得这些输入通过输入卡与处理卡的输入兼容。此外，会话和通信卡以及电源和输出卡连接到电源卡上。然而，必须连接、编程和控制不同功能的几种印刷电路板。
在US6 113 260中，披露了一种使用在IBM-PC和Macintosh计算机中并适于获取和处理天气数据以及解码视频信息的结构性接口卡。该接口卡通过带状电缆连接到不同的输入和输出装置，并且可通过机械连接器与机壳的标准底板进行通信。
发明内容
因此，本发明的目的在于产生一种不具有上述缺陷的用于控制处理装置的电子电路装置。提供了这样一种电子电路装置，它能被长时间使用而不必由于缺少更换部件而更换整个电路。
根据本发明，一种控制高压或中压处理装置的电子电路装置，包括：
处理接口电路，以及
处理电路，
其中该处理接口电路设计成用于接收来自高压或中压处理装置的处理信号，将这些处理信号转换成被转换信号和/或数字数据，其中被转换信号和/或数字数据发送到处理电路，并且
其中该处理电路设计成处理被转换信号和/或数字数据，并输出被处理信号和/或数字数据，其中被处理信号和/或数字数据发送到处理接口电路，以及
其中该处理接口电路设计成将被处理信号和/或数字数据转换成控制信号，其中该控制信号发送到高压或中压处理装置，
其中该处理接口电路包括一个或多个第一印刷电路板组件(PCBA)，
其中该处理电路包括一个或多个第二印刷电路板组件(PCBA)，
其中第二PCBA不同于第一PCBA，并且
其中每个第二PCBA电连接到至少一个第一PCBA上。
其中该处理电路还设有单独连接到处理接口电路的连接件。
第一PCBA中的任何一个都不同于第二PCBA的任何一个。
通过这种装置，可以使得处理电路与处理接口电路物理隔开，这样可以更换处理电路(或者部分处理电路)，同时保留未接触的处理接口电路。这种处理电路通常包括具有快速更新周期的部件，这样，在多年之后，它们过时并且难于处理。在多年后可提供的可更换部件大多具有不同规格和/或覆盖区。通过本发明，采用具有不同规格的这种更换部件，可以设计仅用于处理电路的新的印刷电路板组件(或者多个新的印刷电路板组件)。另一方面，包括处理接口电路的印刷电路板组件(或者多个印刷电路板组件)保持不变。处理电路可被预留成与合适的处理接口电路协同，并且不与其他电路协同。该处理电路对于该处理接口电路的贡献是能够减小电子电路装置故障/错误的灵敏度，因此增强了其稳定性。
通常，这样设计处理接口电路，使得其仅或者主要包括具有缓慢更新周期的元件(象电阻器，电容器等的分立元件，或者模-数转换器)。一旦这些元件中的一个元件出现故障，通常即使在几十年之后照样可能发现1:1更换元件，这样就不需要重新设计处理接口电路了。
在优选实施例中，该电子电路装置包括至少一个数字信号处理芯片(DSP芯片)，并且该电子电路装置的所有DSP芯片设置在处理电路中。DSP芯片具有相当快的更新周期，这样有利于设计这样的电子电路装置，使得该电子电路装置包括的所有DSP芯片被预留在处理电路中，从而所有的DSP芯片位于第二PCBA中，而第一PCBA或者多个第一PCBA与DSP芯片分开。
优选的是，所有的DSP芯片设置成用最初从处理接口电路接收或者通过处理接口电路接收的编程信息进行编程。即，通过处理接口电路或者通过处理接口电路提供给处理电路的数据、或者通过第一系统开始时最初传送给处理电路并且然后保持在处理电路的非易失性存储器中的数据，对DSP芯片(所述DSP芯片是部分处理电路)进行编程。例如，处理接口电路可包括控制器，该控制器包含要求对DSP进行编程的数据。为了对DSP芯片进行编程(在电子电路装置的任何开始/重启动时)，然后从控制器提取合适的编程信息并发送到处理电路中。这使得处理电路非常通用。根据配套使用的处理接口电路，同样的处理电路可以用作不同的用途。在另一个实施例中，例如闪存芯片等非易失性存储器可以与例如处理器芯片(微处理器芯片)的DSP芯片关联。优选的是，该存储器芯片是处理电路的一部分。一旦处理电路与处理接口电路首先一起使用，则该非易失性存储器芯片可填充有合适的控制器信息。一旦存储器芯片包含了该信息，那么无论何时开始重启动时，DSP芯片(例如，处理器芯片)可从该存储器芯片接收其编程信息。在第一次(最初)启动时，该控制器信息从处理接口电路或者通过该处理接口电路进行发送。例如，该控制器信息可从连接到处理接口电路的个人计算机馈送到处理接口电路中。
在非常优选的实施例中，多个DSP芯片中的至少一个DSP芯片(或者DSP芯片)是可编程门阵列芯片，尤其是现场可编程门阵列(FPGA)。根据本发明，在电路装置中将可编程门阵列芯片用作DSP芯片是非常有利的，这是因为这种芯片具有确定的性能，这对于在控制任务中实现较大的时间精度是非常重要的。另一方面，处理器芯片通常显示出毫秒等级的抖动，这对于各种应用场合都是不够的，例如，在高压或者中压开关或者保护中、在驱动控制任务中或者在功率转换中。
DSP芯片也可是ASIC(专用集成电路)芯片。
在另一优选实施例中，多个DSP芯片中的至少一个DSP芯片(或者DSP芯片)是(微处理器芯片)芯片。处理器芯片非常适合取得控制器(对于其他的DSP芯片)和通信接口的功能。特别是，将至少一个(或者准确地就是一个)处理器芯片与至少一个(或者准确地说就是一个)可编程门阵列芯片一起使用是优选的，这是因为可编程门阵列芯片非常适合象滤波或者调制这样的运算和计算任务，这样就对处理器芯片的优选任务进行了补充。例如，在其他功能中，处理器芯片可用作可编程门阵列芯片的控制器，为该可编程门阵列芯片提供任何启动/重启动时的合适的编程信息；该处理器芯片本身从闪存芯片接收其编程信息(任何启动/重启动时)，该闪存芯片优选的是部分处理电路或者本身在控制电路初始化时就被编程。该处理器芯片还在每次启动/重启动时从处理接口电路的控制器部件上接收其编程信息。
在另一个优选的实施例中，该电子电路装置包括至少一个存储器芯片，并且该电子电路装置的所有存储器芯片设置在处理电路中。存储器芯片具有非常快的更新周期，这样，非常有利于设计出这样的电子电路装置，使得其包括的所有存储器芯片被预留在处理电路中，从而所有的存储器芯片位于第二PCBA中，而第一PCBA或者多个第一PCBA与存储器芯片分开。
在另外的优选实施例中，处理电路正好以一个第二印刷电路板组件(PCBA)来实现，即，在一个PCB上实现。这样增强了处理电路的可制作性，可以更快处理并且减轻管理。
在进一步的优选实施例中，高压或中压处理装置是例如，
-高压或中压装置(器件)，
-高压或中压开关装置，
-高压或中压开关装置的驱动器，
-高压或中压场合的保护装置(例如，开关装置或者继电器)
-驱动器，马达驱动器，励磁驱动器，或者
-功率转换器。
因此，本发明还包括例如具有根据本发明控制电路的
-任何高压或中压处理装置，
-高压或中压装置(器件)，
-开关装置驱动器，
-高压或中压的保护器，尤其是高压或中压开关装置的保护器，或者尤其是保护继电器，
-驱动器，尤其是马达驱动器和/或励磁驱动器，以及
-功率转换器。
进一步的优选实施例及其优点在从属权利要求和附图中示出。
附图说明
下面，通过优选实施例的方式更加详细地示出了本发明，该优选实施例在所包括的附图中进行演示。这些附图是示出了：
图1处理装置、处理接口电路以及处理电路之间相互作用的示意图；
图2根据本发明的电子电路装置的示意性侧视图。
附图中所用的参考标记以及它们的含义在参考标记列表中归纳出。总的来说，相同或类似功能部件给出相同的参考标记。本文中所描述的实施例仅是示例性的，并且不限制本发明。
具体实施方式
图1示意性示出处理装置4，处理接口电路1和处理电路2之间的相互作用。处理接口电路1和处理电路2一起形成处理控制电路3。处理控制电路3用于控制处理装置4。控制通常包括开环和闭环控制。
在将要讨论的实施例中，处理装置4假定为高压或中压开关。处理接口电路1从该处理装置接收处理信号5。这种处理信号5可以是例如来自电压或电流检测器的输出或者继电器的状态信号等。在处理接口电路1中将处理信号5进行转换，从而可以得到被转换信号和/或数字数据6。这些被转换信号和/或数字数据6的形式适于被发送到处理电路2中。然后，被转换信号和/或数字数据6在处理电路2中进行处理。
象例如上述处理信号5和被转换信号6的信号以电压电平来承载将被翻译的信息。另一方面，象例如上述数字数据6的数字数据以数字形式承载它们的信息；为了翻译数字数据并且译码该信息，将要使用协议。
作为处理电路2中的处理结果，得到了被处理信号和/或数字数据7。该被处理信号和/或数字数据7被发送到处理接口电路1中，在该处理接口电路1中将这些信号转换成控制信号8。这些控制信号8然后发送到处理装置4中，例如使得高压或中压开关装置打开或闭合。
图2示出了电子电路装置30的示意性侧视图。它包括一个第一印刷电路板组件(PCBA)10和一个第二印刷电路板组件(PCBA)20。该第一PCBA 10包括第一印刷电路板(PCB)10a以及各种部件，第二PCBA20包括第二印刷电路板(PCB)20a以及各种部件。
第一PCBA 10包括处理接口电路1，而第二PCBA 20包括处理电路2。两个PCBA 10和20通过连接器35互相连接。通过例如DIMM连接器的连接器35，并通过第一PCBA 10的布置，定义了用于第二PCBA 20的标准化接口。通过该标准化，即使在原装的PCBA 20的替换部件和元件不再出售时也能实现第二PCBA 20的更换和/或每个处理电路2的更换。
处理接口电路1还可分布在多个PCBA 10上(每个PCBA具有一个PCB)，处理电路2还可分布在多个PCBA 10上(每个PCBA包括一个PCB)。
第一PCBA 10例如包括电阻器12、电容器13、可连接到高压或中压处理装置40(图2中示意性提及的高压或中压开关装置)的金属隔离输入15，以及还可连接到高压或中压处理装置40(图2中未示出的连接)的模数转换器11。同样可以预留数模转换器。优选的是，第一PCBA 10与DSP芯片分开并且与存储器芯片分开。
第二PCBA 20包括例如两个DSP芯片、存储器芯片23以及石英24。两个DSP芯片是处理器芯片21以及可编程门阵列芯片22(优选的是FPGA 22)。石英24用于为DSP芯片提供时钟信号。监视狗元件优选地也设置在第二PCBA 20中(图2未示出)。
控制器部件可以是部分处理接口电路1，或者以非易失性存储器芯片的形式作为部分编程电路(将要在初始化时通过处理接口电路1进行编程)实现；其中处理器芯片21可从这种存储器芯片接收其编程信息；并且该可编程门阵列芯片22可从处理器芯片21接收其编程信息。
如果处理是功率转换过程并且高压或中压处理装置是功率转换器，那么优选的功率电平是高于50kW，优选的是在约100kW到约50MW之间。优选的应用场合是在励磁系统、整流站以及牵引场合中。
象球栅阵列(BGA)、多个芯片模块(MCM)、芯片级封装(CSP)等那样的专用芯片外壳并不认为构成PBCA或者包括某种意义上是PCBA的PCB，在该应用场合中使用PCB，对于芯片插槽或者其他插槽或连接器来讲，同样并不认为构成PBCA或者包括某种意义上是PCBA的PCB。
为了定义高压和中压，该高压和中压基本指的是“IEC词典”中的定义。尤其是：高压表示通常高于1kV的电压，尤其是接近50kV以上，典型地是110kV，220kV或者380kV。中压表示大致在1kV和50kV之间的电压，典型地是5，10，12，20，24或者36kV。低压表示低于1kV的电压，典型的是110，220或者380V的电压。这些电压值可以是交流电流的额定电压。
参考标记列表
1处理接口电路
10第一印刷电路板组件(包括处理接口电路)
10a第一印刷电路板
11模数转换器
12电阻器
13电容器
14固态I/O，模拟输入
15固态I/O，金属隔离输入
3处理电路
20第二印刷电路板组件(包括处理电路)
20a第二印刷电路板
21DSP芯片，FPGA
22DSP芯片，处理器芯片
23存储器芯片
24石英
3处理控制电路
30电子电路装置(包括处理控制电路)
35连接器
4处理装置
40处理装置，中压开关装置
5处理信号
6被转换信号和/或数字数据
7被处理信号和/或数字数据
8控制信号

Claims (15)

1.用于控制高压或中压处理装置(40)的电子电路装置(30)，包括：
处理接口电路(1)，以及
处理电路(2)，
其中处理接口电路(1)被设计成用于从该高压或中压处理装置(40)接收处理信号(5)，并将该处理信号(5)转换成被转换信号和/或数字数据(6)，其中被转换信号和/或数字数据(6)被发送到处理电路(2)中，以及
其中处理电路(2)被设计成用于处理被转换信号和/或数字数据(6)，并用于输出被处理信号和/或数字数据(7)，其中被处理信号和/或数字数据(7)被发送到处理接口电路(1)，以及
其中该处理接口电路(1)被设计成用于将被处理信号和/或数字数据(7)转换成控制信号(8)，其中控制信号(8)被发送到处理装置(40)，
其中处理接口电路(1)包括一个或多个第一印刷电路板组件(10)，
其中处理电路(2)包括一个或多个第二印刷电路板组件(20)，以及
其中第二印刷电路板组件(20)不同于第一印刷电路板组件(10)，以及
其中每个第二印刷电路板组件(20)电连接到至少一个第一印刷电路板组件(10)，其特征在于：
处理电路(2)设置有单独连接到处理接口电路(1)的连接件。
2.根据权利要求1所述的电子电路装置(30)，其特征在于，所述电子电路装置包括至少一个DSP芯片(21；22)，并且该电子电路装置(30)的所有DSP芯片(21，22)设置在处理电路(2)中。
3.根据权利要求2所述的电子电路装置(30)，其特征在于，所有DSP芯片(21，22)被设置成用最初从处理接口电路(1)接收或通过处理接口电路(1)接收的编程信息进行编程。
4.根据权利要求2或3所述的电子电路装置(30)，其特征在于，至少一个DSP芯片(21)是可编程门阵列芯片(21)。
5.根据权利要求2或3所述的电子电路装置(30)，其特征在于，至少一个DSP芯片(22)是处理器芯片(22)。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的电子电路装置(30)，其特征在于，该电子电路装置(30)包括至少一个存储器芯片(23)，并且该电子电路装置(30)的所有存储器芯片(23)设置在处理电路(2)中。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的电子电路装置(30)，其特征在于，处理电路(2)正好用一个第二印刷电路板组件(20)来实现。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的电子电路装置(30)，其特征在于，高压或中压处理装置(40)是
高压或中压装置，或
高压或中压场合的保护器，或
驱动器，或
功率转换器。
9.如权利要求8所述的电子电路装置(30)，其特征在于所述高压或中压装置是高压或中压开关装置。
10.如权利要求8所述的电子电路装置(30)，其特征在于所述驱动器是高压或中压开关装置的驱动器。
11.根据权利要求8所述的电子电路装置(30)，其特征在于，所述驱动器是马达驱动器或励磁驱动器。
12.具有控制电路(3)的高压或中压处理装置(40)，所述高压或中压处理装置包括根据权利要求1-7的任何一项所述的电子电路装置(30)。
13.根据权利要求12所述的高压或中压处理装置(40)，其特征在于，该高压或中压处理装置是驱动器，控制电路(3)被设计成用于控制该驱动器。
14.根据权利要求12所述的高压或中压处理装置(40)，其特征在于，控制电路(3)是高压或中压场合的保护器的一部分。
15.根据权利要求12所述的高压或中压处理装置(40)，其特征在于，高压或中压场合的保护器是保护继电器，控制电路(3)是保护继电器的一部分。
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