CN105896480A - 一种伺服控制保护电路 - Google Patents

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俞华
黄宗卫
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
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Abstract

本发明公开了一种伺服控制保护电路，包括直流电源转换电路、输入光耦隔离电路、RC去耦电路、总线驱动电路、可编程逻辑运算及配置电路、故障指示电路以及控制驱动放大电路；通过输入电路采集伺服系统控制信号及故障检测信号，实现对伺服功放的准确控制，输入输出信号最大采集数为182个，可编程逻辑芯片将采集到的控制信号及故障检测信号进行逻辑运算处理后输出给总线驱动器，并传输给故障指示电路或伺服控制放大电路，对伺服功放进行启停和实时保护，本发明由一片可编程逻辑芯片就能实现较复杂的逻辑运算，电路简单且集成度高，可靠性显著提高。

Description

一种伺服控制保护电路
技术领域
本发明属于伺服控制系统的技术领域，具体涉及一种伺服控制保护电路。
背景技术
伺服控制保护电路是伺服控制系统的一个重要组成部分，它的主要功能是完成伺服功放的启动控制和天线运动过程中的实时保护功能。
现有伺服控制保护电路由许多逻辑门电路搭成，电路复杂而集成度不高，对系统的可靠性带来影响；另外电路可读性差，如外部需求发生改变，往往要重新设计电路原理图，重新设计印制板，重新验证，研制周期较长，不利于电路的模块化和通用化。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种伺服控制保护电路，能够利用可编程逻辑芯片实现伺服启动控制和设备运动过程中的实时保护功能，其集成度高且控制简单。
实现本发明的技术方案如下：
一种伺服控制保护电路，包括直流电源转换电路、输入光耦隔离电路、RC去耦电路、总线驱动电路、可编程逻辑运算及配置电路、故障指示电路以及控制驱动放大电路；
直流电源转换电路有两种功能：一、是将+5V输入电压经过直流电源转换芯片转换成+3.3V电压供可编程逻辑芯片、串行配置芯片和总线驱动芯片使用；二、是将+5V输入电压经过直流电源转换芯片转换成+1.5V电压供可编程逻辑芯片使用；
输入光耦隔离电路是将外部的+24V输入信号与输出端的+5VTTL信号进行隔离，输出产生+5V TTL电平，供可编程逻辑芯片采集；
RC去耦电路是将输入回路中的高频信号过滤掉，去除干扰信号，将低频有用信号保留下来；
总线驱动电路分为输入和输出两部分；输入部分将+5VTLL电平转换成+3.3V电平，供FPGA采集；输出部分将+3.3VTLL电平转换成+5V电平，供故障指示电路、控制驱动放大电路和后级计算机采集用；
可编程逻辑芯片及配置电路由可编程逻辑芯片和串行配置芯片组成，可编程逻辑芯片用于完成逻辑运算功能，串行配置芯片用于存放用户程序，在可编程逻辑芯片上电时将用户程序调入可编程逻辑芯片中运行；
故障指示电路将输出总线驱动器的输出的信号通过发光二极管显示出来；
控制驱动放大电路将总线驱动器输出的信号经三极管放大后驱动后级电路。
有益效果：
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
1、现有伺服控制保护电路由许多逻辑门电路搭成，电路复杂而集成度不高，对系统的可靠性带来影响；采用本发明后，由一片可编程逻辑芯片就能实现较复杂的逻辑运算，电路简单且集成度高，可靠性显著提高。
2、现有电路可读性差，如外部需求发生改变，往往要重新设计电路原理图，重新设计印制板，重新验证，研制周期较长，不利于电路的模块化和通用化。采用本发明后，外部需求发生变化，可以通过修改可编程逻辑芯片程序进行无限次修改，无需重新设计电路原理图、重新设计印制板，重新验证，研制周期较短，有利于电路的模块化和通用化。
附图说明
图1是伺服控制保护电路原理图；
图2是伺服控制保护电路直流电源转换电路部分原理图；
图3是伺服控制保护电路输入光耦隔离及RC去耦电路部分原理图；
图4是伺服控制保护电路总线驱动电路部分原理图；
图5是伺服控制保护电路可编程逻辑运算及配置电路原理图；
图6是伺服控制保护电路故障指示电路以及控制驱动放大电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了如图1所示，本发明是一种伺服控制保护电路，包括直流电源转换电路、输入光耦隔离电路、RC去耦电路、总线驱动电路、可编程逻辑运算及配置电路、故障指示电路以及控制驱动放大电路。
本发明通过输入电路采集伺服系统控制信号及故障检测信号，实现对伺服功放的准确控制，输入输出信号最大采集数为182个，可编程逻辑芯片将采集到的控制信号及故障检测信号进行逻辑运算处理后输出给总线驱动器，并传输给故障指示电路或伺服控制放大电路，对伺服功放进行启停和实时保护。
如图2所示，直流电源转换电路一部分是将+5V输入电压经过直流电源转换芯片N1(型号为MIC29300-3.3BT)转换成+3.3V电压供可编程逻辑芯片D5(型号为EP1C6Q240I7)、串行配置芯片D6(型号为EPCS4SI8)和总线驱动芯片D1、D2(型号为SN74LVTH162245ADL)使用；另一部分是将+5V输入电压经过直流电源转换芯片N2(型号为MIC37300-1.5BR)转换成+1.5V电压供可编程逻辑芯片D5(型号为EP1C6Q240I7)使用。
如图3所示，输入光耦隔离电路是将外部的一些+24V输入信号与输出端的+5VTTL信号进行隔离，输出产生+5V TTL电平，供可编程逻辑芯片采集。以BL AMP OFF/ON信号为例，当输入信号相对于+24VGND为0V时，当流过内部发光二极管的电流大于5mA时，发光二极管通过电流发光，光敏元件受到光照后产生电流，后端的三极管导通，B1导通，输出TTL低电平；当输入信号相对于+24VGND为+24V时，发光二极管未通过电流发光，光敏元件未产生电流，后端的三极管截止,B1未导通，输出TTL高电平；其他输入信号EL AMPOFF/ON、DIR SAFE、SERVORST、遥本控选择等信号都是通过光耦来隔离，原理与BL AMP OFF/ON信号相同。
RC去耦电路是将输入回路中的高频信号过滤掉，去除干扰信号，将低频有用信号保留下来。整个伺服控制保护电路有七个输入信号经过RC去耦电路，包括24V FLT、15V FLT、B AMP ALRM、E AMP ALRM、BRG REMOTE ON/OFF、EL REMOTE ON/OFF、CPU CIRCLE共七路信号。
如图4所示，总线驱动电路分为输入和输出两部分。输入部分用两个SN74LVTH162245ADL芯片(D1和D2)来实现，将+5VTLL电平转换成+3.3V电平，供FPGA采集。输出部分用两个74ACT16245DL芯片(D3和D4)来实现，将+3.3VTLL电平转换成+5V电平，供故障指示电路、控制驱动放大电路和后级计算机采集用。
如图5所示,可编程逻辑芯片及配置电路由可编程逻辑芯片D5(型号为EP1C6Q240I7)、串行配置芯片D6(型号为EPCS4SI8)组成，EP1C6Q240I7主要完成逻辑运算功能，而EPCS4SI8作为EP1C6Q240I7的配置芯片，用于存放用户程序，在可编程逻辑芯片上电时将用户程序调入可编程逻辑芯片中运行。
如图6所示,故障指示电路相对比较简单，它是将输出总线驱动器(D3和D4)的输出的信号通过发光二极管显示出来。整个伺服控制保护电路有13个输出信号经过故障指示电路，包括功放保护故障报警指示、舷角模拟开机指示、仰角模拟开机指示、B AMP FLT RPT、E AMP FLT RPT、2MIN DELAY RPT、总故障指示、24V FLT RPT、15V FLT RPT、电源总故障指示、计算机工作指示、舷角解锁指示、仰角解锁指示共13路信号。
控制驱动放大电路共两路，舷角功放使能信号，将总线驱动器输出的BRGEN信号经三极管V11放大后驱动舷角功放；仰角功放使能信号，将总线驱动器输出的EL EN信号经三极管V12放大后驱动仰角功放。
下面对本发明伺服控制保护电路的具体工作过程进行说明
故障及状态检测时：
(1)检测24V电源故障状态、15V电源故障状态，如24V FLT为0时表示24V电源有故障，如15V FLT为0V时，表示15V电源故障有故障，并用二极管显示出来，并报送24V FLT RPT、15V FLT RPT给计算机采集；
(2)检测舷角功放故障状态、仰角功放故障状态，如B AMP ALRM为0时表示舷角功放有故障，如E AMP ALRM为0时，表示仰角功放有故障，并用二极管显示出来，并报送B AMP FLT RPT、E AMP FLT RPT给计算机采集；
(3)检测“设备安全”状态，当DIR SAFE为+24V时，表示天线不能工作，并用二极管显示出来，并报送DIR SAFE RPT给计算机采集；
(4)检测“功放保护”状态，当AMP PROTECT为+24VGND时，表示伺服功放失电，并用二极管显示出来，并报送AMP PWR OFF RPT给计算机采集；
(5)接收计算机输出的“计算机循环脉冲”信号，当计算机循环脉冲信号为周期为10ms，表示计算机工作正常，并用二极管显示出来。如未接受到“计算机循环脉冲”信号，表示计算机工作异常。
(6)检测“加电2分钟延时”信号，通过可编程逻辑芯片内部延时电路，产生“加电2分钟延时”信号，表示加电2分钟延时到，并用二极管显示出来。
本控时：
当L/R信号为整机零地时，，伺服控制保护电路检测到L/R sel为+5V时，即本控有效时，同时无+24V电源故障、无+15V电源故障、无舷角功放故障、无仰角功放故障、无设备安全信号、无功放保护信号，接受到计算机送过来的循环脉冲，且2分钟延时信号有效时，如收到本控舷角功放启动时，即BL AMPOFF/ON为+24VGND时，BRG EN有效，应为高(即为+5V)，舷角功放启动，如果出现以上任何一个故障，舷角功放都无法启动。同样，即本控有效时，同时无+24V电源故障、无+15V电源故障、无舷角功放故障、无仰角功放故障、无天线安全信号、无功放保护信号，接受到计算机送过来的循环脉冲，且2分钟延时信号有效时，如收到本控仰角功放启动时，即EL AMP OFF/ON为+24VGND时，EL EN有效，应为高(即为+5V)，仰角功放启动，如果出现以上任何一个故障，仰角功放都无法启动。另外本控有效时，同时无+24V电源故障、无+15V电源故障、无舷角功放故障、无仰角功放故障、无天线安全信号、无功放保护信号，接受到计算机送过来的循环脉冲，且2分钟延时信号有效时，如同时收到本控舷角功放启动和本控仰角功放启动时，即BL AMP OFF/ON和EL AMP OFF/ON均为+24VGND时，BRG EN、EL EN有效，都为高(即为+5V)，舷角、仰角功放同时启动，如果出现以上任何一个故障，舷角、仰角功放都无法启动。
遥控时：
当L/R信号为-24V时，，伺服控制保护电路检测到L/R sel为0V时，即遥控有效时，同时无+24V电源故障、无+15V电源故障、无舷角功放故障、无仰角功放故障、无设备安全信号、无功放保护信号，接受到计算机送过来的循环脉冲，且2分钟延时信号有效时，如收到遥控功放启动时，即BRG REMOTEON/OFF和EL REMOTE ON/OFF都有效时，BRG EN、EL EN都有效，都为高(即为+5V)，舷角、仰角功放同时启动，如果出现以上任何一个故障，舷角、仰角功放都无法启动。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种伺服控制保护电路，其特征在于，包括直流电源转换电路、输入光耦隔离电路、RC去耦电路、总线驱动电路、可编程逻辑运算及配置电路、故障指示电路以及控制驱动放大电路；
直流电源转换电路有两种功能：一、是将+5V输入电压经过直流电源转换芯片转换成+3.3V电压供可编程逻辑芯片、串行配置芯片和总线驱动芯片使用；二、是将+5V输入电压经过直流电源转换芯片转换成+1.5V电压供可编程逻辑芯片使用；
输入光耦隔离电路是将外部的+24V输入信号与输出端的+5VTTL信号进行隔离，输出产生+5V TTL电平，供可编程逻辑芯片采集；
RC去耦电路是将输入回路中的高频信号过滤掉，去除干扰信号，将低频有用信号保留下来；
总线驱动电路分为输入和输出两部分；输入部分将+5VTLL电平转换成+3.3V电平，供FPGA采集；输出部分将+3.3VTLL电平转换成+5V电平，供故障指示电路、控制驱动放大电路和后级计算机采集用；
可编程逻辑芯片及配置电路由可编程逻辑芯片和串行配置芯片组成，可编程逻辑芯片用于完成逻辑运算功能，串行配置芯片用于存放用户程序，在可编程逻辑芯片上电时将用户程序调入可编程逻辑芯片中运行；
故障指示电路将输出总线驱动器的输出的信号通过发光二极管显示出来；
控制驱动放大电路将总线驱动器输出的信号经三极管放大后驱动后级电路。
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