CN109672328A - 一种变流器控制单元保护装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变流器控制单元保护装置及方法，电源电路将外部输入电源转换为DCU内部所需要的电压，监视电路监视外部输入电源的掉电状态，并将掉电状态反馈至处理器模块。芯片保护模块和输出保护模块监视电源电路上电和掉电状态，根据该状态执行对应的保护动作。当处理器模块监测到外部输入电源掉电后，将保护逻辑发送至芯片保护模块和输出保护模块，芯片保护模块和输出保护模块执行相应的保护动作。处理器模块同时监测自身程序的加载状态，并将该加载状态传送至输出保护模块，由输出保护模块执行对应的保护动作。本发明能够解决DCU在上电、掉电过程缺乏有效保护，产品自带存储装置易被误操作，从而导致外部变流模块损坏失效的技术问题。

Description

一种变流器控制单元保护装置及方法
技术领域
本发明涉及变流控制技术领域，尤其是涉及一种应用于变流器控制单元的保护装置及方法。
背景技术
随着电子产品集成度越来越高，多处理器板卡得到了越来越多的应用设计。比如，FPGA具有高效的数据管理能力与实时数据通讯能力、ARM具有优秀的逻辑控制能力、DSP具有强大的数学运算与实时数据处理能力，将三者结合用于工业设计场合也日益普遍。这些处理器芯片自带的小系统中，存储器的使用也越来越多，存储器一般关系到处理器的程序加载和重要数据记录，一旦失效，造成设备无法启动的后果非常严重。而对于存储器设备，上电和掉电时刻的有效保护非常重要，据某轨道交通项目统计，存储器失效90％是因为在上电和掉电时刻缺乏有效保护而导致器件因电应力而失效的。
轨道交通变流器控制单元，通过对变流模块的电流、电压等实时模拟信号和速度信号进行采集计算，通过特定的算法，对外发送脉冲控制变流模块，从而形成变流器的闭环控制。随着处理器技术和算法的发展，每次需要加载的程序越来越大，所需时间也越来越长。在处理器上电和程序加载这个过程中，往往处理器对外状态是不可控的，此时脉冲和指令供电系统如果已经建立完毕，则会导致对外发送的脉冲和指令是随机的。在运行过程中经常发生控制电源意外掉电以及司机对变流器控制单元电源进行复位操作的现象。而现有轨道交通变流器控制单元在这两种状态下，缺乏有效的输出状态逻辑保护机制。首先，变流器控制单元如果在上电、掉电过程中缺乏有效保护机制，容易出现产品自带的存储装置被误操作，从而损坏失效的情况。其次，变流器控制单元如果在上电、程序加载及掉电过程缺乏有效保护机制，也会导致对外发送的脉冲和指令是随机的，从而造成对外发送脉冲和指令被误操作，从而导致意外损坏外部变流模块等器件的情况发生。
现有轨道交通变流器控制单元上电、掉电过程中的单板芯片保护技术，第一种方案是利用三极管等分立器件搭建的纯硬件保护模块电路，第二种方案是利用电源芯片的PG(Power good，电源芯片正常状态管脚)端发出的电源功能正常的信号来实现。这两种方案均存在缺陷，第一种方案的硬件电路非常庞大，发生故障时定位监测也很复杂。第二种电路则仅能实现上电的保护，覆盖不全面。
现有轨道交通变流器控制单元的上电、掉电及程序加载过程中的对外发送脉冲和指令状态保护技术，第一种方案是从脉冲输出方面利用外部变流模块开通、关断的安全逻辑来固化互锁电路来进行保护，第二种方案则是利用整个变流器控制单元的系统电源上电、掉电时序来实现。这两种方案也均存在缺陷，第一种方案的硬件电路非常庞大，且兼容性差，外部变流模块的安全逻辑一旦变化，必须重新设计固化互锁电路。第二种方案对系统电源的要求很高，老一代的电源无法满足现有的要求。
因此，如何实现合理的变流器控制单元保护机制，提升轨道交通变流器控制单元的可靠性，是当前亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种变流器控制单元保护装置及方法，以解决变流器控制单元在上电、掉电过程缺乏有效保护机制，容易出现产品自带的存储装置被误操作，从而导致外部变流模块损坏失效的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种变流器控制单元保护装置的技术实现方案，一种变流器控制单元保护装置，包括：处理器模块、芯片保护模块、输出保护模块、电源电路和监视电路。所述电源电路将外部输入电源转换为变流器控制单元内部所需要的电压，所述监视电路监视所述外部输入电源的掉电状态，并将该掉电状态反馈至所述处理器模块。所述芯片保护模块和输出保护模块监视所述电源电路的上电和掉电状态，并根据所述上电和掉电状态执行对应的保护动作。当所述处理器模块接收到所述外部输入电源的掉电状态后，所述处理器模块将保护逻辑发送至所述芯片保护模块和输出保护模块，所述芯片保护模块和输出保护模块执行相应的保护动作；所述处理器模块同时监测自身程序的加载状态，并将该加载状态传送至所述输出保护模块，由所述输出保护模块执行对应的保护动作。
本发明还具体提供了另一种变流器控制单元保护装置的技术实现方案，一种变流器控制单元保护装置，包括：处理器模块、芯片保护模块、输出保护模块、电源电路和监视电路。所述电源电路将外部输入电源转换为变流器控制单元内部所需要的电压，所述监视电路监视所述电源电路输出电压的掉电状态，并将该掉电状态反馈至所述处理器模块。所述芯片保护模块和输出保护模块监视所述电源电路的上电和掉电状态，并根据所述上电和掉电状态执行对应的保护动作。当所述处理器模块接收到所述外部输入电源的掉电状态后，所述处理器模块将保护逻辑发送至所述芯片保护模块和输出保护模块，所述芯片保护模块和输出保护模块执行相应的保护动作。所述处理器模块同时监测自身程序的加载状态，并将该加载状态传送至所述输出保护模块，由所述输出保护模块执行对应的保护动作。
优选的，所述芯片保护模块与变流器控制单元中的存储模块相连，所述芯片保护模块保护所述存储模块在上电或掉电期间不被误操作。
优选的，所述处理器模块包括可编程逻辑单元，所述可编程逻辑单元与所述芯片保护模块、输出保护模块和监视电路分别相连，所述可编程逻辑单元还与一个或两个以上的处理器相连。
优选的，所述芯片保护模块包括第一电源监视模块，以及与所述第一电源监视模块相连的第一与门电路。所述第一电源监视模块监视所述电源电路的输出电压，当所述电源电路的输出电压未达到门槛值或所述第一电源监视模块的手动复位输入管脚电平未达到设定值，则所述第一电源监视模块复位输出低电平。当所述电源电路的输出电压超过门槛值且所述第一电源监视模块的手动复位输入管脚电平超过设定值，则所述第一电源监视模块复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平，以保证所述可编程逻辑单元在所述第一电源监视模块的复位输出信号变为高电平之前可控。所述第一电源监视模块的复位输出信号与来自于所述可编程逻辑单元的存储器控制信号一起进入所述第一与门电路，由所述第一与门电路进行与操作后再延迟输出至所述存储模块，所述存储器控制信号用于非上电期间对所述存储模块的相应存储器进行操作。所述第一与门电路的输出端连接至所述存储模块中相应存储器的写保护管脚，以确保所述电源电路的输出电压达到所述第一电源监视模块的工作电压后在设定时间内，所述存储模块的相应存储器始终处于写保护状态，以防止对所述存储器的误操作。
优选的，当所述电源电路的输出电压掉电而到门槛值时，所述第一电源监视模块复位输出低电平，该低电平经所述第一与门电路延迟设定时间后输出至所述存储模块中相应存储器的写保护管脚。从所述电源电路的输出电压开始掉电至所述输出电压下降至设定值，直至完全掉电期间，所述第一与门电路的输出信号始终为低电平，所述存储模块中相应的存储器始终处于写保护状态，以防止对所述存储器的误操作。
优选的，所述芯片保护模块还包括与所述第一电源监视模块的手动复位输入管脚相连的第一延时电路，通过设置所述第一延时电路以满足所述可编程逻辑单元的程序加载时间。
优选的，所述输出保护模块与外部的变流器相连，所述输出保护模块确保所述变流器控制单元保护装置在上电或掉电期间不被对向所述变流器发送错误操作或指令。
优选的，所述输出保护模块包括第二电源监视模块、第一电平转换电路、第二电平转换电路、第一反相电路、第二与门电路、第二反相电路、储能电路和升压电路。所述第二电源监视模块监视所述电源电路的输出电压，当所述电源电路的输出电压未达到门槛值或所述第二电源监视模块的手动复位输入管脚电平未达到设定值，则所述第二电源监视模块复位输出低电平。当所述电源电路的输出电压超过门槛值且所述第二电源监视模块的手动复位输入管脚电平超过设定值，则所述第二电源监视模块复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平，以保证所述可编程逻辑单元在所述第二电源监视模块复位输出信号变为高电平之前可控。所述第二电源监视模块的复位输出信号与来自于所述可编程逻辑单元的第二电平转换控制信号一起进入所述第二与门电路，由所述第二与门电路进行与操作后，所述第二与门电路的输出信号经所述第二反相电路后输入至所述第二电平转换电路的使能端，所述第二电平转换电路控制信号用于非上电期间对所述第二电平转换电路的使能操作。由处理器输出至所述可编程逻辑单元的变流器控制指令信号依次经所述第一电平转换电路、第二电平转换电路、升压电路输出并控制所述变流器。所述第二电源监视模块的输出信号经所述第一反相电路后输入至所述可编程逻辑单元，所述可编程逻辑单元通过所述监视电路获取外部输入电源的状态，并根据所述外部输入电源的状态向所述第一电平转换电路的使能端输出第一电平转换控制信号。从所述电源电路输出的电压开始建立至所述可编程逻辑单元的状态可控，所述第二电平转换电路的使能信号无效，所述第二电平转换电路按预先下拉的电阻默认电平向所述升压电路输出信号，所述升压电路不工作以确保对外输出的状态可靠，所述储能电路为所述升压电路提供工作电源。
优选的，当所述电源电路的输出电压掉电而到门槛值时，所述第一电源监视模块复位输出低电平。若所述可编程逻辑单元监测到外部输入电源的掉电状态后，则输出第一电平转换控制信号和第二电平转换控制信号均为低电平，所述第一电平转换电路按预先下拉的电阻默认电平输出。当所述第二电平转换电路的工作电源掉电至设定值之前，所述第二电平转换电路不使能，当所述第二电平转换电路的工作电源掉电至设定值以下时，所述第一电平转换电路、第二电平转换电路均停止工作，所述第一电平转换电路、第二电平转换电路的输出信号均为下拉的低电平，所述升压电路不工作以确保对外输出的状态可靠。
优选的，所述第一反相电路的工作电源为5V，当所述第一反相电路输出高电平时，所述第一反相电路的输出电压经电阻分压后输入至所述可编程逻辑单元。
优选的，所述输出保护模块还包括与所述第二电源监视模块的手动复位输入管脚相连的第二延时电路，通过设置所述第二延时电路以满足所述可编程逻辑单元的程序加载时间。
优选的，所述第一电源监视模块、第二电源监视模块监视所述电源电路输出电压中最先掉电的一路输出电压状态。
本发明还另外具体提供了一种变流器控制单元保护方法的技术实现方案，一种变流器控制单元保护方法，包括以下步骤：
A1)电源电路将外部输入电源转换为变流器控制单元内部所需要的电压，监视电路监视外部输入电源的掉电状态，并将该掉电状态反馈至处理器模块；
B1)芯片保护模块和输出保护模块监视所述电源电路的上电和掉电状态，并根据所述上电和掉电状态执行对应的保护动作；
C1)当处理器模块接收到所述外部输入电源的掉电状态后，所述处理器模块将保护逻辑发送至所述芯片保护模块和输出保护模块，所述芯片保护模块和输出保护模块执行相应的保护动作；
D1)所述处理器模块同时监测自身程序的加载状态，并将该加载状态传送至所述输出保护模块，由所述输出保护模块执行对应的保护动作。
本发明还具体提供了另一种变流器控制单元保护方法的技术实现方案，一种变流器控制单元保护方法，包括以下步骤：
A2)电源电路将外部输入电源转换为变流器控制单元内部所需要的电压，监视电路监视所述电源电路输出电压的掉电状态，并将该掉电状态反馈至所述处理器模块；
B2)芯片保护模块和输出保护模块监视所述电源电路的上电和掉电状态，并根据所述上电和掉电状态执行对应的保护动作；
C2)当处理器模块接收到所述外部输入电源的掉电状态后，所述处理器模块将保护逻辑发送至所述芯片保护模块和输出保护模块，所述芯片保护模块和输出保护模块执行相应的保护动作；
D2)所述处理器模块同时监测自身程序的加载状态，并将该加载状态传送至所述输出保护模块，由所述输出保护模块执行对应的保护动作。
优选的，所述方法包括存储器上电保护过程，该过程包括以下步骤：
第一电源监视模块监视所述电源电路的输出电压，当所述电源电路的输出电压未达到门槛值或所述第一电源监视模块的手动复位输入管脚电平未达到设定值，则所述第一电源监视模块复位输出低电平；
当所述电源电路的输出电压超过门槛值且所述第一电源监视模块的手动复位输入管脚电平超过设定值，所述第一电源监视模块的复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平，以保证所述处理器模块的可编程逻辑单元在所述第一电源监视模块复位输出信号变为高电平之前可控；
所述第一电源监视模块的复位输出信号与来自于所述可编程逻辑单元的存储器控制信号一起进入第一与门电路，由所述第一与门电路进行与操作后再延迟输出至存储模块，所述存储器控制信号用于非上电期间对所述存储模块的相应存储器进行操作；
所述第一与门电路的输出端连接至所述存储模块中相应存储器的写保护管脚，以确保所述电源电路的输出电压达到所述第一电源监视模块的工作电压后在设定时间内，所述存储模块的相应存储器始终处于写保护状态，以防止对所述存储器的误操作。
优选的，所述方法包括存储器掉电保护过程，该过程包括以下步骤：
第一电源监视模块监视所述电源电路的输出电压，当所述电源电路的输出电压未达到门槛值或所述第一电源监视模块的手动复位输入管脚电平未达到设定值，则所述第一电源监视模块复位输出低电平；
当所述电源电路的输出电压超过门槛值且所述第一电源监视模块的手动复位输入管脚电平超过设定值，所述第一电源监视模块的复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平；
所述第一电源监视模块的复位输出信号与来自于所述处理器模块的可编程逻辑单元的存储器控制信号一起进入第一与门电路，由所述第一与门电路进行与操作后再延迟输出至存储模块；
当所述电源电路的输出电压掉电而到门槛值时，所述第一电源监视模块复位输出低电平，该低电平经所述第一与门电路延迟设定时间后输出至所述存储模块中相应存储器的写保护管脚；
从所述电源电路的输出电压开始掉电至所述输出电压下降至设定值，直至完全掉电期间，所述第一与门电路的输出信号始终为低电平，所述存储模块中相应的存储器始终处于写保护状态，以防止对所述存储器的误操作。
优选的，所述方法包括上电输出保护过程，该过程包括以下步骤：
第二电源监视模块监视所述电源电路的输出电压，当所述电源电路的输出电压未达到门槛值或所述第二电源监视模块手动复位输入管脚电平未达到设定值，则所述第一电源监视模块复位输出低电平；
当所述电源电路的输出电压超过门槛值且所述第二电源监视模块的手动复位输入管脚电平超过设定值，则所述第二电源监视模块复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平，以保证所述可编程逻辑单元在所述第二电源监视模块的复位输出信号变为高电平之前可控；
所述第二电源监视模块的复位输出信号与来自于所述处理器模块的可编程逻辑单元的第二电平转换控制信号一起进入第二与门电路，由所述第二与门电路进行与操作后，所述第二与门电路的输出信号经第二反相电路后输入至第二电平转换电路的使能端，所述第二电平转换电路控制信号用于非上电期间对第二电平转换电路的使能操作；
由所述处理器模块的处理器输出至所述可编程逻辑单元的变流器控制指令信号依次经第一电平转换电路、第二电平转换电路、升压电路输出并控制变流器；所述第二电源监视模块的输出信号经第一反相电路后输入至所述可编程逻辑单元，所述可编程逻辑单元通过所述监视电路获取外部输入电源的状态，并根据所述外部输入电源的状态向所述第一电平转换电路的使能端输出第一电平转换控制信号；
从所述电源电路输出的电压开始建立至所述可编程逻辑单元的状态可控，所述第二电平转换电路的使能信号无效，所述第二电平转换电路按预先下拉的电阻默认电平向升压电路输出信号，所述升压电路不工作以确保对外输出的状态可靠。
优选的，所述第一电源监视模块、第二电源监视模块监视所述电源电路输出电压中最先掉电的一路输出电压状态。
优选的，所述方法包括掉电输出保护过程，该过程包括以下步骤：
第二电源监视模块监视所述电源电路的输出电压，当所述电源电路的输出电压未达到门槛值或所述第二电源监视模块手动复位输入管脚电平未达到设定值，则所述第一电源监视模块复位输出低电平；
当所述电源电路的输出电压超过门槛值且所述第二电源监视模块的手动复位输入管脚电平超过设定值，则所述第二电源监视模块复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平；
所述第二电源监视模块的复位输出信号与来自于所述处理器模块的可编程逻辑单元的第二电平转换控制信号一起进入第二与门电路，由所述第二与门电路进行与操作后，所述第二与门电路的输出信号经第二反相电路后输入至第二电平转换电路的使能端，当所述电源电路的输出电压掉电达到门槛值时，所述第一电源监视模块复位输出低电平；
由所述处理器模块的处理器输出至所述可编程逻辑单元的变流器控制指令信号依次经第一电平转换电路、第二电平转换电路、升压电路输出并控制变流器。所述第二电源监视模块的输出信号经第一反相电路后输入至所述可编程逻辑单元，所述可编程逻辑单元通过所述监视电路获取外部输入电源的状态，并根据所述外部输入电源的状态向所述第一电平转换电路的使能端输出第一电平转换控制信号。若所述可编程逻辑单元监测到外部输入电源的掉电状态后，则输出第一电平转换控制信号和第二电平转换控制信号均为低电平，所述第一电平转换电路按预先下拉的电阻默认电平输出；
在所述第二电平转换电路的工作电源掉电至设定值之前，所述第二电平转换电路不使能，当所述第二电平转换电路的工作电源掉电至设定值以下时，所述第一电平转换电路、第二电平转换电路均停止工作，所述第二电平转换电路向升压电路输出下拉的低电平信号，升压电路(38)不工作以确保对外输出的状态可靠。
通过实施上述本发明提供的变流器控制单元保护装置及方法的技术方案，具有如下有益效果：
(1)本发明建立了变流器控制单元，在上电、掉电过程中的有效保护机制，能够避免产品自带的存储装置被误操作，也能有效防止处理器误操作导致外部变流模块损坏失效；
(2)本发明变流器控制单元保护装置基于硬件及硬件可编程逻辑搭建，可靠性高，并采用模块化结构设计，可扩展性强；
(3)本发明能够对变流器控制单元的上电和掉电两个过程进行全面保护，保护覆盖率高，同时通过RC延时电路实现自由延时设置，可复用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1是本发明变流器控制单元保护装置一种具体实施例的结构原理框图；
图2是本发明变流器控制单元保护装置一种具体实施例中芯片保护模块的电路原理图；
图3是本发明变流器控制单元保护装置一种具体实施例中输出保护模块的电路原理图；
图4是本发明变流器控制单元保护装置一种具体实施例的连接结构原理图；
图5是本发明变流器控制单元保护装置另一种具体实施例的结构原理框图；
图6是本发明变流器控制单元保护装置另一种具体实施例中输出保护模块的电路原理图；
图中：1-处理器模块，2-芯片保护模块，3-输出保护模块，4-电源电路，5-监视电路，6-存储模块，7-变流器，10-可编程逻辑单元，20-第一电源监视模块，21-第一延时电路，22-第一与门电路，30-第二电源监视模块，31-第二延时电路，32-第一电平转换电路，33-第二电平转换电路，34-第一反相电路，35-第二与门电路，36-第二反相电路，37-储能电路，38-升压电路，100-变流器控制单元。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：
DCU：Drive Control Unit，传动控制单元，又称为变流器控制单元；
ARM：Advanced RISC Machines，一种性能、廉价、耗能低的RISC微处理器；
IC：Integrated Circuit，集成电路的简称；
POWERPC：Performance Optimization With Enhanced RISC–PerformanceComputing，一种精简指令集(RISC)架构的中央处理器；
DSP：Digital Signal Processer，数字信号处理器；
FPGA：Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列的简称；
CPLD：Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件的简称；
NAND FLASH：一种Flash存储器。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1至附图6所示，给出了本发明变流器控制单元保护装置及方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如附图1所示，一种变流器控制单元(DCU)保护装置的具体实施例，包括：处理器模块1、芯片保护模块2、输出保护模块3、电源电路4和监视电路5。电源电路4将外部输入电源转换为变流器控制单元100内部所需要的电压，监视电路5监视外部输入电源(如附图1中所示为110V)的掉电状态，并将该掉电状态反馈至处理器模块1。芯片保护模块2和输出保护模块3监视电源电路4的上电和掉电状态，并根据上电和掉电状态执行对应的保护动作。当处理器模块1接收到外部输入电源(110V)的掉电信息后，处理器模块1将保护逻辑发送至芯片保护模块2和输出保护模块3，芯片保护模块2和输出保护模块3执行相应的保护动作。处理器模块1同时监测自身程序的加载状态，并将该加载状态传送至输出保护模块3，由输出保护模块3执行对应的保护动作。
其中，处理器模块1包括各种处理器及外围电路(包括时钟、复位、存储等)，处理器可以是ARM、POWERPC、DSP和FPGA等。本发明变流器控制单元保护装置为了实现上电、掉电的保护功能，处理器模块1中必须包含一片可编程逻辑器件芯片(即可编程逻辑单元10)。如附图2和3中所示，处理器模块1包括可编程逻辑单元10，以及分别与可编程逻辑单元10相连的CPU1至CPUn共n个处理器。可编程逻辑单元10可以采用FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程门阵列)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)等可编程逻辑器件。
如附图2所示，芯片保护模块2，主要保护存储模块6中存储芯片在变流器控制单元上电、掉电期间不被误操作。芯片保护模块2包括第一电源监视模块20，以及与第一电源监视模块20相连的第一与门电路22。其中，第一电源监视模块20采用TI(德州仪器)的电源监控芯片TPS3305-33，第一与门电路22采用TI的两输入正与门芯片SN74AHCT1G08。
电源电路4主要将外部DC110V转换为轨道交通变流器控制单元内部所需要的电压，如系统5V、±15V、±24V。这些电压有自身的上电、掉电时序。通常的，低电压电源先上电，后掉电。系统5V电压再转换为各种处理器模块1所需要的电压，如：3.3V、1.2V等。这些电压的时序则由处理器的要求决定，通常情况下，核心电压先上电，IO(输入输出)电压后上电。一般而言，3.3V电压最后上电。
监视电路5主要监视外部DC110V电源的掉电状态，当外部输入电源低于66V时，系统电源认为外部掉电，并将掉电信号及时传送至处理器模块1。
如附图3所示，输出保护模块3，主要保护整个装置在上电、掉电期间不被对外发送错误操作或者指令。输出保护模块3包括第二电源监视模块30、第一电平转换电路32、第二电平转换电路33、第一反相电路34、第二与门电路35、第二反相电路36、储能电路37和升压电路38。其中，第二电源监视模块30采用TI的电源监视芯片TPS3305-33，第一反相电路34、第二反相电路36采用TI的单路反相器芯片SN74AHCT1G14，第二与门电路35采用TI的两输入正与门芯片SN74AHCT1G08，第一电平转换电路32采用TI的电平转换缓冲芯片SN74ALVC164245，第二电平转换电路33采用TI的电平转换缓冲芯片SN74ABT16245。
下面以存储器1为例，详细介绍上电保护方案：
如附图4所示，芯片保护模块2与变流器控制单元100中的存储模块6相连，存储模块6进一步包括存储器1至存储器n共n个存储器。芯片保护模块2保护存储模块6在上电或掉电期间不被误操作。输出保护模块3与外部的变流器7相连，输出保护模块3确保变流器控制单元保护装置在上电或掉电期间不被对向变流器7发送错误操作或指令。处理器模块1包括可编程逻辑单元10，可编程逻辑单元10与芯片保护模块2、输出保护模块3和监视电路5分别相连，可编程逻辑单元10还与一个或两个以上的处理器相连。
采用可编程逻辑单元、电源监视芯片及与门电路搭建上电、掉电存储器保护装置的方案。如附图2所示，芯片保护模块2包括第一电源监视模块20，以及与第一电源监视模块20相连的第一与门电路22。一般而言，处理器模块1需要利用到各种电源，这些电源都由系统电源5V转换而来。根据处理器上电的时序要求，核心电压优先于IO电压先上电，通常各电源时序间隔设置不超过10ms，且3.3V电源是最后一个上电的。第一电源监视模块20监视电源电路4的输出电压(即TPS3305-33芯片实时监视来自于系统电源的5V和板卡自身从5V转换的3.3V电源)，当电源电路4的输出电压未达到门槛值(5V对应4.55V，3.3V对应2.97V)或第一电源监视模块20的手动复位输入(MR)管脚电平未达到设定值(0.7×VDD，VDD为第一电源监视模块20的工作电源)，则第一电源监视模块20复位输出低电平。当电源电路4的输出电压超过门槛值且第一电源监视模块20的手动复位输入管脚电平超过设定值(0.7×VDD)，则第一电源监视模块20复位输出低电平延迟设定时间(如140ms)后再通过漏极开路，利用电阻Rs上拉到系统电压5V以输出高电平，以保证可编程逻辑单元10在第一电源监视模块20的复位输出信号变为高电平之前可控。因此上电时，复位信号从3.3V电源建立上升到2.97V，再延时至少140ms后才变为高电平。这140ms可完全保证可编程逻辑单元10的复位信号变为高电平之前可控。如可编程逻辑单元10的加载时间过长，则可以通过对MR管脚进行RC延时设计来确保。如：芯片保护模块2还包括与第一电源监视模块20的手动复位输入管脚相连的第一延时电路21，通过设置第一延时电路21以满足可编程逻辑单元10的程序加载时间。第一电源监视模块20的复位输出信号与来自于可编程逻辑单元10的存储器控制信号一起进入第一与门电路22，由第一与门电路22进行与操作后再延迟输出至存储模块6，存储器控制信号用于非上电期间对存储模块6的相应存储器进行操作。SN74AHCT1G08芯片的输出小于10ns，也就是说经过两输入与门(第一与门电路22)的输出信号比复位信号还要延时几个ns后才变成5V高电平。该信号经过分压变成3.3V后送给存储器1的写保护管脚。第一与门电路22的输出端连接至存储模块6中相应存储器的写保护管脚，以确保电源电路4的输出电压达到第一电源监视模块20的工作电压后在设定时间内，存储模块6的相应存储器始终处于写保护状态，以防止对存储器的误操作。存储器以NAND FLASH芯片为例，写保护管脚低电平保护。可编程逻辑单元10在3.3V供电的情况下，工作电源达到2.7V即可工作，而一直到3.3V建立后约140ms期间，存储器1始终处于写保护状态，实现了防止误操作的目标。
下面以存储器1为例，详细介绍掉电保护方案：
一般而言，处理器模块1需要利用各种电源，这些电源均由系统电源5V转换而来。掉电时，5V最先掉电。第一电源监视模块(即TPS3305-33芯片)20的作用是，监视电源电路4的输出电压(即TPS3305-33芯片实时监视来自于系统电源的5V和板卡自身从5V转换的3.3V)，当电源电路4的输出电压未达到门槛值(5V对应4.55V，3.3V对应2.97V)或第一电源监视模块20的手动复位输入(MR)管脚电平未达到设定值(0.7×VDD，VDD为第一电源监视模块20的工作电源)，则第一电源监视模块20复位输出低电平。当电源电路4的输出电压超过门槛值且第一电源监视模块20的手动复位输入管脚电平超过设定值(0.7×VDD)，则第一电源监视模块20复位输出低电平延迟设定时间(如140ms)后再通过漏极开路，利用电阻Rs上拉到系统电压5V以输出高电平。第一电源监视模块20的复位输出信号与来自于处理器模块1的可编程逻辑单元10的存储器控制信号一起进入第一与门电路22，由第一与门电路22进行与操作后再延迟输出至存储模块6。掉电时复位信号从5V下降至4.55V时，复位信号立刻输出低电平。此时，如3.3V等其他电源仍在工作，一段时间后才会掉电。SN74AHCT1G08(即第一与门电路22)的输出小于10ns，也就是说经过第一与门电路22的输出信号比复位信号还要延期几个ns后才变成低电平，并传送至存储器1的写保护管脚。当电源电路4的输出电压掉电达到门槛值时(此时电压未达到可编程逻辑单元10、处理器等IC器件的最低工作电压，可编程逻辑单元10、处理器等IC器件仍旧工作)，第一电源监视模块20复位输出低电平，该低电平经第一与门电路22延迟设定时间后输出至存储模块6中相应存储器的写保护管脚。第一电源监视模块20监视电源电路4输出电压中最先掉电的一路输出电压状态。从电源电路4的输出电压开始掉电至输出电压下降至设定值，直至完全掉电(即低于可编程逻辑单元10、处理器等IC器件的最低工作电压)期间，第一与门电路22的输出信号始终为低电平，存储模块6中相应的存储器始终处于写保护状态，以防止对存储器的误操作。存储器1以NANDFLASH芯片为例，写保护管脚为低电平保护。可编程逻辑单元10在3.3V供电的情况下，工作电源达到2.7V即可工作，因此从5V掉电至4.55V开始，无论可编程逻辑单元10的状态如何、3.3V延时多久才掉电，第一与门电路22的输出始终为低电平，存储器1始终处于写保护状态，实现了防止误操作的目的。
下面将上电过程输出保护方案详细介绍如下：
采用可编程逻辑、电源监视芯片及反相器、与门、数字电平转换收发器搭建上电、掉电输出保护装置的方案。如附图3所示，输出保护模块3包括第二电源监视模块30、第一电平转换电路32、第二电平转换电路33、第一反相电路34、第二与门电路35、第二反相电路36、储能电路37和升压电路38。第二电源监视模块30监视电源电路4的输出电压(即TPS3305-33芯片实时监视来自系统电源的5V和板卡自身从5V转换的3.3V)。一般而言，处理器需要用到各种电源，这些电源都由系统电源5V转换而来。根据处理器上电的时序要求，核心电压优先于IO电压先上电，通常各电源时序间隔设置不超过10ms，且3.3V电源是最后一个上电。当电源电路4的输出电压未达到门槛值(5V对应4.55V，3.3V对应2.97V)或第二电源监视模块30的手动复位输入管脚MR电平未达到设定值(即0.7×VDD)，则第二电源监视模块30复位输出低电平。当电源电路4的输出电压超过门槛值且第二电源监视模块30的手动复位输入管脚电平超过设定值(0.7×VDD)，则第二电源监视模块30复位输出低电平延迟设定时间(140ms)后再通过漏极开路，利用电阻Rs上拉到系统电压5V以输出高电平，以保证可编程逻辑单元10在第二电源监视模块30复位输出信号变为高电平之前可控。因此上电时，复位信号从3.3V电源建立上升到2.97V，再延时至少140ms后才变为高电平。这140ms可保证可编程逻辑器件在复位信号变为高电平之前可控。如果可编程逻辑程序加载时间过长，则可以对MR管脚进行RC延时设计来确保，即输出保护模块3还包括与第二电源监视模块30的手动复位输入管脚相连的第二延时电路31，通过设置第二延时电路31以满足可编程逻辑单元10的程序加载时间。
第二电源监视模块30的复位输出信号与来自于可编程逻辑单元10的第二电平转换控制信号一起进入第二与门电路35，由第二与门电路35进行与操作后，第二与门电路35的输出信号经第二反相电路36后输入至第二电平转换电路33的使能端，第二电平转换电路控制信号用于非上电期间对第二电平转换电路33的使能操作。由处理器输出至可编程逻辑单元10的变流器控制指令信号依次经第一电平转换电路32、第二电平转换电路33、升压电路38输出并控制变流器7。第二电源监视模块30的输出信号经第一反相电路34后输入至可编程逻辑单元10，可编程逻辑单元10通过监视电路5获取外部输入电源的状态，并根据外部输入电源的状态向第一电平转换电路32的使能端输出第一电平转换控制信号。从电源电路4输出的电压开始建立至可编程逻辑单元10的状态可控，第二电平转换电路33的使能信号无效，第二电平转换电路33按预先下拉的电阻默认电平向升压电路38输出信号，升压电路38不工作以确保对外输出的状态可靠，储能电路37为升压电路38提供工作电源。第一电平转换电路32以SN74ALVC164245芯片为例，在3.3V供电的情况下，器件2.3V即可工作，处理器对外发出的指令信号均发送给FPGA(即可编程逻辑单元10)统一输出给第一电平转换电路32等电平转换器件。该器件在从3.3V电源开始建立时，到可编程逻辑单元10可控制状态之前都保证第二电平转换电路33使能端为高电平，也就是说SN74ALVC164245芯片没有使能，第二电平转换电路33的输出按预先下拉的电阻默认电平输出。与5V、3.3V电源相比，储能电路37储能不管先上电还是后上电，升压电路38的输入都是低电平，升压电路38不工作，确保对外状态可靠。
下面将掉电过程输出保护方案详细介绍如下：
第二电源监视模块30监视电源电路4的输出电压(即TPS3305-33芯片实时监视来自于系统电源的5V和板卡自身从5V转换的3.3V)。一般而言，处理器需要用到各种电源，这些电源都由系统电源5V转换而来。掉电时，5V最先掉电。此时，本装置还监视外部110V掉电状态，确保第一时间知道系统掉电。当电源电路4的输出电压未达到门槛值或第二电源监视模块30手动复位输入管脚电平未达到设定值，则第一电源监视模块20复位输出低电平。TPS3305-33芯片的具体作用是，当监视电压没有达到门槛值(5V对应4.55V，3.3V对应2.97V)或MR管脚电平没有达到0.7×VDD，复位输出低电平。当电源电路4的输出电压超过门槛值且第二电源监视模块30的手动复位输入管脚电平超过设定值(如0.7×VDD)，则第二电源监视模块30复位输出低电平延迟设定时间(如140ms)后再通过漏极开路，利用电阻Rs上拉到系统电压5V以输出高电平。第二电源监视模块30的复位输出信号与来自于处理器模块1的可编程逻辑单元10的第二电平转换控制信号一起进入第二与门电路35，由第二与门电路35进行与操作后，第二与门电路35的输出信号经第二反相电路36后输入至第二电平转换电路33的使能端，当电源电路4的输出电压掉电达到门槛值时(此时电压未达到可编程逻辑单元10、处理器等IC器件的最低工作电压，可编程逻辑单元10、处理器等IC器件仍旧工作)，第一电源监视模块20复位输出低电平。掉电时复位信号从5V下降到4.55V时，复位信号立刻输出低电平。此时，如3.3V等其它电源仍在工作，经过一段时间后才会掉电。如果外部输入110V掉电，而系统5V仍在工作，可编程逻辑单元10输出的第二电平转换控制信号立即变为低电平。
由处理器模块1的处理器输出至可编程逻辑单元10的变流器控制指令信号依次经第一电平转换电路32、第二电平转换电路33、升压电路38输出并控制变流器7。第二电源监视模块30的输出信号经第一反相电路34后输入至可编程逻辑单元10，可编程逻辑单元10通过监视电路5获取外部输入电源的状态，并根据外部输入电源的状态向第一电平转换电路32的使能端输出第一电平转换控制信号。若可编程逻辑单元10监测到外部输入电源的掉电状态后，则输出第一电平转换控制信号和第二电平转换控制信号均为低电平，第一电平转换电路32按预先下拉的电阻默认电平输出。第一电平转换电路32以SN74ALVC164245芯片为例，在左侧3.3V供电情况下，器件左侧输入2.3V即可工作，而当右侧5V供电时，器件右侧输入3V即可工作。在第二电平转换电路33的工作电源掉电至设定值之前，第二电平转换电路33不使能，当第二电平转换电路33的工作电源掉电至设定值以下时，第一电平转换电路32、第二电平转换电路33均停止工作，第二电平转换电路33向升压电路38输出下拉的低电平信号，升压电路38不工作以确保对外输出的状态可靠。与5V、3.3V电源相比，储能电路37一定是在后掉电的，升压电路38的输入都是低电平，因此升压电路38不工作，确保对外状态可靠。更具体地说，可编程逻辑单元10从接收到110V掉电信号开始，就将第一电平转换控制信号和第二电平转换控制信号输出为低电平，也就是说第一电平转换电路32按照预先下拉的电阻默认电平输出。而第二电平转换电路33的供电电源在从5V掉电至2V之前，第二电平转换电路33不使能，当掉电至小于2V时，SN74ABT16245芯片(第一电平转换电路32)和SN74ALVC164245芯片(第二电平转换电路33)均停止工作，输出均为下拉的低电平。
当电源电路4的输出电压掉电达到门槛值时(此时电压未达到可编程逻辑单元10、处理器等IC器件的最低工作电压，可编程逻辑单元10、处理器等IC器件仍旧工作)，第一电源监视模块20复位输出低电平。若可编程逻辑单元10监测到外部输入电源的掉电状态后，则输出第一电平转换控制信号和第二电平转换控制信号均为低电平，第一电平转换电路32按预先下拉的电阻默认电平输出。当第二电平转换电路33的工作电源掉电至设定值之前，第二电平转换电路33不使能，当第二电平转换电路33的工作电源掉电至设定值以下时，第一电平转换电路32、第二电平转换电路33均停止工作。第一电平转换电路32、第二电平转换电路33的输出信号均为下拉的低电平，升压电路38不工作以确保对外输出的状态可靠。
第一反相电路34的工作电源为5V，当第一反相电路34输出高电平时，第一反相电路34的输出电压经电阻分压后输入至可编程逻辑单元10。由于3.3V是最后上电的，电源监视芯片(即第二电源监视模块30)不能采用3.3V供电，否则作为监视3.3V和5V裁判的最后工作，便失去了判断的作用，输出状态也不稳定。所以电源监视芯片只能采用5V供电，输出信号是5V电平，而此输出信号要进入FPGA(即可编程逻辑单元10)就只能是3.3V电平，只能通过反相器(即第一反相电路34)后再经分压后输出至FPGA。第二电源监视模块30监视电源电路4输出电压中最先掉电的一路输出电压状态。
本实施例描述的技术方案建立了变流器控制单元在上电、掉电过程中的有效保护机制，能够对变流器控制单元的上电和掉电两个过程进行全面保护，避免在上电、掉电过程中产品自带的存储模块被误操作以及对外输出不稳定，从而防止外部的变流模块损坏失效，且对外发送的脉冲和指令状态保护技术还具备二级冗余保护机制，不仅消除了变流器控制单元本身的器件故障，还保证了外部变流模块的安全，提升了整个变流器系统的可靠性。
实施例2
因为部分外置110V电源掉电信号需要进行隔离，因此为设计带来了复杂度，且电源模块4在转换后一般也是24V电源首先掉电，所以在本实施例中的技术方案可以简化为直接监视电源模块4转换后的24V电压，如附图5所示。
如附图5所示，另一种变流器控制单元保护装置的具体实施例，包括：处理器模块1、芯片保护模块2、输出保护模块3、电源电路4和监视电路5。电源电路4将外部输入电源转换为变流器控制单元100内部所需要的电压，监视电路5监视电源电路4输出电压的掉电状态，并将该掉电状态反馈至处理器模块1。芯片保护模块2和输出保护模块3监视电源电路4的上电和掉电状态，并根据上电和掉电状态执行对应的保护动作。当处理器模块1接收到外部输入电源的掉电状态后，处理器模块1将保护逻辑发送至芯片保护模块2和输出保护模块3，芯片保护模块2和输出保护模块3执行相应的保护动作。处理器模块1同时监测自身程序的加载状态，并将该加载状态传送至输出保护模块3，由输出保护模块3执行对应的保护动作。
如附图6所示，从电源电路4输出的DC24V为储能电路37提供充电电源，储能电路37为升压电路38提供工作电源。监视电路5监视电源电路4输出的DC24V电源，并将24V掉电状态信息输出至可编程逻辑单元10。
其余部分更加详细的技术方案可以具体参照实施例1中的相应描述。
实施例3
一种基于实施例1所述装置的变流器控制单元保护方法的具体实施例，包括以下步骤：
A1)电源电路4将外部输入电源转换为变流器控制单元100内部所需要的电压，监视电路5监视外部输入电源的掉电状态，并将该掉电状态反馈至处理器模块1；
B1)芯片保护模块2和输出保护模块3监视电源电路4的上电和掉电状态，并根据上电和掉电状态执行对应的保护动作；
C1)当处理器模块1接收到外部输入电源的掉电状态后，处理器模块1将保护逻辑发送至芯片保护模块2和输出保护模块3，芯片保护模块2和输出保护模块3执行相应的保护动作；
D1)处理器模块1同时监测自身程序的加载状态，并将该加载状态传送至输出保护模块3，由输出保护模块3执行对应的保护动作。
变流器控制单元保护方法还包括存储器上电保护过程，该过程包括以下步骤：
第一电源监视模块20监视电源电路4的输出电压，当电源电路4的输出电压未达到门槛值或第一电源监视模块20的手动复位输入管脚电平未达到设定值，则第一电源监视模块20复位输出低电平；
当电源电路4的输出电压超过门槛值且第一电源监视模块20的手动复位输入管脚电平超过设定值，第一电源监视模块20的复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平，以保证处理器模块1的可编程逻辑单元10在第一电源监视模块20复位输出信号变为高电平之前可控；
第一电源监视模块20的复位输出信号与来自于可编程逻辑单元10的存储器控制信号一起进入第一与门电路22，由第一与门电路22进行与操作后再延迟输出至存储模块6，存储器控制信号用于非上电期间对存储模块6的相应存储器进行操作；
第一与门电路22的输出端连接至存储模块6中相应存储器的写保护管脚，以确保电源电路4的输出电压达到第一电源监视模块20的工作电压后在设定时间内，存储模块6的相应存储器始终处于写保护状态，以防止对存储器的误操作。
变流器控制单元保护方法还包括存储器掉电保护过程，该过程包括以下步骤：
第一电源监视模块20监视电源电路4的输出电压，当电源电路4的输出电压未达到门槛值或第一电源监视模块20的手动复位输入管脚电平未达到设定值，则第一电源监视模块20复位输出低电平；
当电源电路4的输出电压超过门槛值且第一电源监视模块20的手动复位输入管脚电平超过设定值，第一电源监视模块20的复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平；
第一电源监视模块20的复位输出信号与来自于处理器模块1的可编程逻辑单元10的存储器控制信号一起进入第一与门电路22，由第一与门电路22进行与操作后再延迟输出至存储模块6；
当电源电路4的输出电压掉电而未达到门槛值时，第一电源监视模块20复位输出低电平，该低电平经第一与门电路22延迟设定时间后输出至存储模块6中相应存储器的写保护管脚；
从电源电路4的输出电压开始掉电至输出电压下降至设定值，直至完全掉电(即低于可编程逻辑单元10、处理器等IC器件的最低工作电压)期间，第一与门电路22的输出信号始终为低电平，存储模块6中相应的存储器始终处于写保护状态，以防止对存储器的误操作。
第一电源监视模块20监视电源电路4输出电压中最先掉电的一路输出电压状态。
变流器控制单元保护方法还包括上电输出保护过程，该过程包括以下步骤：
第二电源监视模块30监视电源电路4的输出电压，当电源电路4的输出电压未达到门槛值或第二电源监视模块30手动复位输入管脚电平未达到设定值，则第一电源监视模块20复位输出低电平；
当电源电路4的输出电压超过门槛值且第二电源监视模块30的手动复位输入管脚电平超过设定值，则第二电源监视模块30复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平，以保证可编程逻辑单元10在第二电源监视模块30的复位输出信号变为高电平之前可控；
第二电源监视模块30的复位输出信号与来自于处理器模块1的可编程逻辑单元10的第二电平转换控制信号一起进入第二与门电路35，由第二与门电路35进行与操作后，第二与门电路35的输出信号经第二反相电路36后输入至第二电平转换电路33的使能端，第二电平转换电路控制信号用于非上电期间对第二电平转换电路33的使能操作；
由处理器模块1的处理器输出至可编程逻辑单元10的变流器控制指令信号依次经第一电平转换电路32、第二电平转换电路33、升压电路38输出并控制变流器7。第二电源监视模块30的输出信号经第一反相电路34后输入至可编程逻辑单元10，可编程逻辑单元10通过监视电路5获取外部输入电源的状态，并根据外部输入电源的状态向第一电平转换电路32的使能端输出第一电平转换控制信号；
从电源电路4输出的电压开始建立至可编程逻辑单元10的状态可控，第二电平转换电路33的使能信号无效，第二电平转换电路33按预先下拉的电阻默认电平向升压电路38输出信号，升压电路38不工作以确保对外输出的状态可靠。
变流器控制单元保护方法还包括掉电输出保护过程，该过程包括以下步骤：
第二电源监视模块30监视所述电源电路4的输出电压，当电源电路4的输出电压未达到门槛值或第二电源监视模块30手动复位输入管脚电平未达到设定值，则第一电源监视模块20复位输出低电平；
当电源电路4的输出电压超过门槛值且第二电源监视模块30的手动复位输入管脚电平超过设定值，则第二电源监视模块30复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平；
第二电源监视模块30的复位输出信号与来自于处理器模块1的可编程逻辑单元10的第二电平转换控制信号一起进入第二与门电路35，由第二与门电路35进行与操作后，第二与门电路35的输出信号经第二反相电路36后输入至第二电平转换电路33的使能端，当电源电路4的输出电压掉电达到门槛值时(此时电压未达到可编程逻辑单元10、处理器等IC器件的最低工作电压，可编程逻辑单元10、处理器等IC器件仍旧工作)，第一电源监视模块20复位输出低电平；
由处理器模块1的处理器输出至可编程逻辑单元10的变流器控制指令信号依次经第一电平转换电路32、第二电平转换电路33、升压电路38输出并控制变流器7。第二电源监视模块30的输出信号经第一反相电路34后输入至可编程逻辑单元10，可编程逻辑单元10通过监视电路5获取外部输入电源的状态，并根据外部输入电源的状态向第一电平转换电路32的使能端输出第一电平转换控制信号。若可编程逻辑单元10监测到外部输入电源的掉电状态后，则输出第一电平转换控制信号和第二电平转换控制信号均为低电平，第一电平转换电路32按预先下拉的电阻默认电平输出；
在第二电平转换电路33的工作电源掉电至设定值之前，第二电平转换电路33不使能，当第二电平转换电路33的工作电源掉电至设定值以下时，第一电平转换电路32、第二电平转换电路33均停止工作，第二电平转换电路33向升压电路38输出下拉的低电平信号，升压电路38不工作以确保对外输出的状态可靠。
第二电源监视模块30监视电源电路4输出电压中最先掉电的一路输出电压状态。
其余部分更加详细的技术方案可以具体参照实施例1中的相应描述。
实施例4
一种基于实施例2所述装置的变流器控制单元保护方法，包括以下步骤：
A2)电源电路4将外部输入电源转换为变流器控制单元100内部所需要的电压，监视电路5监视电源电路4输出电压的掉电状态，并将该掉电状态反馈至处理器模块1；
B2)芯片保护模块2和输出保护模块3监视电源电路4的上电和掉电状态，并根据上电和掉电状态执行对应的保护动作；
C2)当处理器模块1接收到外部输入电源的掉电状态后，处理器模块1将保护逻辑发送至芯片保护模块2和输出保护模块3，芯片保护模块2和输出保护模块3执行相应的保护动作；
D2)处理器模块1同时监测自身程序的加载状态，并将该加载状态传送至输出保护模块3，由输出保护模块3执行对应的保护动作。
其余部分更加详细的技术方案可以具体参照实施例2中的相应描述。
通过实施本发明具体实施例描述的变流器控制单元保护装置及方法的技术方案，能够产生如下技术效果：
(1)本发明具体实施例描述的变流器控制单元保护装置建立了变流器控制单元，在上电、掉电过程中的有效保护机制，能够避免产品自带的存储装置被误操作，也能有效防止处理器误操作导致外部变流模块损坏失效；
(2)本发明具体实施例描述的变流器控制单元保护装置基于硬件及硬件可编程逻辑搭建，可靠性高，并采用模块化结构设计，可扩展性强，不但实现了上电、掉电过程中，芯片及数据的有效保护，同时还实现了上电、程序加载及掉电过程中，对外信号状态稳定，从而有效保护外部器件；
(3)本发明具体实施例描述的变流器控制单元保护装置能够对变流器控制单元的上电和掉电两个过程进行全面保护，保护覆盖率高，同时通过RC延时电路实现自由延时设置，可复用性强。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (20)

1.一种变流器控制单元保护装置，其特征在于，包括：处理器模块(1)、芯片保护模块(2)、输出保护模块(3)、电源电路(4)和监视电路(5)；所述电源电路(4)将外部输入电源转换为变流器控制单元(100)内部所需要的电压，所述监视电路(5)监视所述外部输入电源的掉电状态，并将该掉电状态反馈至所述处理器模块(1)；所述芯片保护模块(2)和输出保护模块(3)监视所述电源电路(4)的上电和掉电状态，并根据所述上电和掉电状态执行对应的保护动作；当所述处理器模块(1)接收到所述外部输入电源的掉电状态后，所述处理器模块(1)将保护逻辑发送至所述芯片保护模块(2)和输出保护模块(3)，所述芯片保护模块(2)和输出保护模块(3)执行相应的保护动作；所述处理器模块(1)同时监测自身程序的加载状态，并将该加载状态传送至所述输出保护模块(3)，由所述输出保护模块(3)执行对应的保护动作。
2.一种变流器控制单元保护装置，其特征在于，包括：处理器模块(1)、芯片保护模块(2)、输出保护模块(3)、电源电路(4)和监视电路(5)；所述电源电路(4)将外部输入电源转换为变流器控制单元(100)内部所需要的电压，所述监视电路(5)监视所述电源电路(4)输出电压的掉电状态，并将该掉电状态反馈至所述处理器模块(1)；所述芯片保护模块(2)和输出保护模块(3)监视所述电源电路(4)的上电和掉电状态，并根据所述上电和掉电状态执行对应的保护动作；当所述处理器模块(1)接收到所述外部输入电源的掉电状态后，所述处理器模块(1)将保护逻辑发送至所述芯片保护模块(2)和输出保护模块(3)，所述芯片保护模块(2)和输出保护模块(3)执行相应的保护动作；所述处理器模块(1)同时监测自身程序的加载状态，并将该加载状态传送至所述输出保护模块(3)，由所述输出保护模块(3)执行对应的保护动作。
3.根据权利要求1或2所述的变流器控制单元保护装置，其特征在于：所述芯片保护模块(2)与变流器控制单元(100)中的存储模块(6)相连，所述芯片保护模块(2)保护所述存储模块(6)在上电或掉电期间不被误操作。
4.根据权利要求3所述的变流器控制单元保护装置，其特征在于：所述处理器模块(1)包括可编程逻辑单元(10)，所述可编程逻辑单元(10)与所述芯片保护模块(2)、输出保护模块(3)和监视电路(5)分别相连，所述可编程逻辑单元(10)还与一个或两个以上的处理器相连。
5.根据权利要求4所述的变流器控制单元保护装置，其特征在于：所述芯片保护模块(2)包括第一电源监视模块(20)，以及与所述第一电源监视模块(20)相连的第一与门电路(22)；所述第一电源监视模块(20)监视所述电源电路(4)的输出电压，当所述电源电路(4)的输出电压未达到门槛值或所述第一电源监视模块(20)的手动复位输入管脚电平未达到设定值，则所述第一电源监视模块(20)复位输出低电平；当所述电源电路(4)的输出电压超过门槛值且所述第一电源监视模块(20)的手动复位输入管脚电平超过设定值，则所述第一电源监视模块(20)复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平，以保证所述可编程逻辑单元(10)在所述第一电源监视模块(20)的复位输出信号变为高电平之前可控；所述第一电源监视模块(20)的复位输出信号与来自于所述可编程逻辑单元(10)的存储器控制信号一起进入所述第一与门电路(22)，由所述第一与门电路(22)进行与操作后再延迟输出至所述存储模块(6)，所述存储器控制信号用于非上电期间对所述存储模块(6)的相应存储器进行操作；所述第一与门电路(22)的输出端连接至所述存储模块(6)中相应存储器的写保护管脚，以确保所述电源电路(4)的输出电压达到所述第一电源监视模块(20)的工作电压后在设定时间内，所述存储模块(6)的相应存储器始终处于写保护状态，以防止对所述存储器的误操作。
6.根据权利要求5所述的变流器控制单元保护装置，其特征在于：当所述电源电路(4)的输出电压掉电达到门槛值时，所述第一电源监视模块(20)复位输出低电平，该低电平经所述第一与门电路(22)延迟设定时间后输出至所述存储模块(6)中相应存储器的写保护管脚；从所述电源电路(4)的输出电压开始掉电至所述输出电压下降至设定值，直至完全掉电期间，所述第一与门电路(22)的输出信号始终为低电平，所述存储模块(6)中相应的存储器始终处于写保护状态，以防止对所述存储器的误操作。
7.根据权利要求6所述的变流器控制单元保护装置，其特征在于：所述芯片保护模块(2)还包括与所述第一电源监视模块(20)的手动复位输入管脚相连的第一延时电路(21)，通过设置所述第一延时电路(21)以满足所述可编程逻辑单元(10)的程序加载时间。
8.根据权利要求4、5、6或7任一项所述的变流器控制单元保护装置，其特征在于：所述输出保护模块(3)与外部的变流器(7)相连，所述输出保护模块(3)确保所述变流器控制单元保护装置在上电或掉电期间不被对向所述变流器(7)发送错误操作或指令。
9.根据权利要求8所述的变流器控制单元保护装置，其特征在于：所述输出保护模块(3)包括第二电源监视模块(30)、第一电平转换电路(32)、第二电平转换电路(33)、第一反相电路(34)、第二与门电路(35)、第二反相电路(36)、储能电路(37)和升压电路(38)；所述第二电源监视模块(30)监视所述电源电路(4)的输出电压，当所述电源电路(4)的输出电压未达到门槛值或所述第二电源监视模块(30)的手动复位输入管脚电平未达到设定值，则所述第二电源监视模块(30)复位输出低电平；当所述电源电路(4)的输出电压超过门槛值且所述第二电源监视模块(30)的手动复位输入管脚电平超过设定值，则所述第二电源监视模块(30)复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平，以保证所述可编程逻辑单元(10)在所述第二电源监视模块(30)复位输出信号变为高电平之前可控；所述第二电源监视模块(30)的复位输出信号与来自于所述可编程逻辑单元(10)的第二电平转换控制信号一起进入所述第二与门电路(35)，由所述第二与门电路(35)进行与操作后，所述第二与门电路(35)的输出信号经所述第二反相电路(36)后输入至所述第二电平转换电路(33)的使能端，所述第二电平转换电路控制信号用于非上电期间对所述第二电平转换电路(33)的使能操作；由处理器输出至所述可编程逻辑单元(10)的变流器控制指令信号依次经所述第一电平转换电路(32)、第二电平转换电路(33)、升压电路(38)输出并控制所述变流器(7)；所述第二电源监视模块(30)的输出信号经所述第一反相电路(34)后输入至所述可编程逻辑单元(10)，所述可编程逻辑单元(10)通过所述监视电路(5)获取外部输入电源的状态，并根据所述外部输入电源的状态向所述第一电平转换电路(32)的使能端输出第一电平转换控制信号；从所述电源电路(4)输出的电压开始建立至所述可编程逻辑单元(10)的状态可控，所述第二电平转换电路(33)的使能信号无效，所述第二电平转换电路(33)按预先下拉的电阻默认电平向所述升压电路(38)输出信号，所述升压电路(38)不工作以确保对外输出的状态可靠，所述储能电路(37)为所述升压电路(38)提供工作电源。
10.根据权利要求9所述的变流器控制单元保护装置，其特征在于：当所述电源电路(4)的输出电压掉电达到门槛值时，所述第一电源监视模块(20)复位输出低电平；若所述可编程逻辑单元(10)监测到外部输入电源的掉电状态后，则输出第一电平转换控制信号和第二电平转换控制信号均为低电平，所述第一电平转换电路(32)按预先下拉的电阻默认电平输出；当所述第二电平转换电路(33)的工作电源掉电至设定值之前，所述第二电平转换电路(33)不使能，当所述第二电平转换电路(33)的工作电源掉电至设定值以下时，所述第一电平转换电路(32)、第二电平转换电路(33)均停止工作，所述第一电平转换电路(32)、第二电平转换电路(33)的输出信号均为下拉的低电平，所述升压电路(38)不工作以确保对外输出的状态可靠。
11.根据权利要求9或10所述的变流器控制单元保护装置，其特征在于：所述第一反相电路(34)的工作电源为5V，当所述第一反相电路(34)输出高电平时，所述第一反相电路(34)的输出电压经电阻分压后输入至所述可编程逻辑单元(10)。
12.根据权利要求11所述的变流器控制单元保护装置，其特征在于：所述输出保护模块(3)还包括与所述第二电源监视模块(30)的手动复位输入管脚相连的第二延时电路(31)，通过设置所述第二延时电路(31)以满足所述可编程逻辑单元(10)的程序加载时间。
13.根据权利要求9、10或12任一项所述的变流器控制单元保护装置，其特征在于：所述第一电源监视模块(20)、第二电源监视模块(30)监视所述电源电路(4)输出电压中最先掉电的一路输出电压状态。
14.一种变流器控制单元保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1)电源电路(4)将外部输入电源转换为变流器控制单元(100)内部所需要的电压，监视电路(5)监视外部输入电源的掉电状态，并将该掉电状态反馈至处理器模块(1)；
B1)芯片保护模块(2)和输出保护模块(3)监视所述电源电路(4)的上电和掉电状态，并根据所述上电和掉电状态执行对应的保护动作；
C1)当处理器模块(1)接收到所述外部输入电源的掉电状态后，所述处理器模块(1)将保护逻辑发送至所述芯片保护模块(2)和输出保护模块(3)，所述芯片保护模块(2)和输出保护模块(3)执行相应的保护动作；
D1)所述处理器模块(1)同时监测自身程序的加载状态，并将该加载状态传送至所述输出保护模块(3)，由所述输出保护模块(3)执行对应的保护动作。
15.一种变流器控制单元保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
A2)电源电路(4)将外部输入电源转换为变流器控制单元(100)内部所需要的电压，监视电路(5)监视所述电源电路(4)输出电压的掉电状态，并将该掉电状态反馈至所述处理器模块(1)；
B2)芯片保护模块(2)和输出保护模块(3)监视所述电源电路(4)的上电和掉电状态，并根据所述上电和掉电状态执行对应的保护动作；
C2)当处理器模块(1)接收到所述外部输入电源的掉电状态后，所述处理器模块(1)将保护逻辑发送至所述芯片保护模块(2)和输出保护模块(3)，所述芯片保护模块(2)和输出保护模块(3)执行相应的保护动作；
D2)所述处理器模块(1)同时监测自身程序的加载状态，并将该加载状态传送至所述输出保护模块(3)，由所述输出保护模块(3)执行对应的保护动作。
16.根据权利要求14或15所述的变流器控制单元保护方法，其特征在于，所述方法包括存储器上电保护过程，该过程包括以下步骤：
第一电源监视模块(20)监视所述电源电路(4)的输出电压，当所述电源电路(4)的输出电压未达到门槛值或所述第一电源监视模块(20)的手动复位输入管脚电平未达到设定值，则所述第一电源监视模块(20)复位输出低电平；
当所述电源电路(4)的输出电压超过门槛值且所述第一电源监视模块(20)的手动复位输入管脚电平超过设定值，所述第一电源监视模块(20)的复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平，以保证所述处理器模块(1)的可编程逻辑单元(10)在所述第一电源监视模块(20)复位输出信号变为高电平之前可控；
所述第一电源监视模块(20)的复位输出信号与来自于所述可编程逻辑单元(10)的存储器控制信号一起进入第一与门电路(22)，由所述第一与门电路(22)进行与操作后再延迟输出至存储模块(6)，所述存储器控制信号用于非上电期间对所述存储模块(6)的相应存储器进行操作；
所述第一与门电路(22)的输出端连接至所述存储模块(6)中相应存储器的写保护管脚，以确保所述电源电路(4)的输出电压达到所述第一电源监视模块(20)的工作电压后在设定时间内，所述存储模块(6)的相应存储器始终处于写保护状态，以防止对所述存储器的误操作。
17.根据权利要求16所述的变流器控制单元保护方法，其特征在于，所述方法包括存储器掉电保护过程，该过程包括以下步骤：
第一电源监视模块(20)监视所述电源电路(4)的输出电压，当所述电源电路(4)的输出电压未达到门槛值或所述第一电源监视模块(20)的手动复位输入管脚电平未达到设定值，则所述第一电源监视模块(20)复位输出低电平；
当所述电源电路(4)的输出电压超过门槛值且所述第一电源监视模块(20)的手动复位输入管脚电平超过设定值，所述第一电源监视模块(20)的复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平；
所述第一电源监视模块(20)的复位输出信号与来自于所述处理器模块(1)的可编程逻辑单元(10)的存储器控制信号一起进入第一与门电路(22)，由所述第一与门电路(22)进行与操作后再延迟输出至存储模块(6)；
当所述电源电路(4)的输出电压掉电而未达到门槛值时，所述第一电源监视模块(20)复位输出低电平，该低电平经所述第一与门电路(22)延迟设定时间后输出至所述存储模块(6)中相应存储器的写保护管脚；
从所述电源电路(4)的输出电压开始掉电至所述输出电压下降至设定值，直至完全掉电期间，所述第一与门电路(22)的输出信号始终为低电平，所述存储模块(6)中相应的存储器始终处于写保护状态，以防止对所述存储器的误操作。
18.根据权利要求14、15或17任一项所述的变流器控制单元保护方法，其特征在于，所述方法包括上电输出保护过程，该过程包括以下步骤：
第二电源监视模块(30)监视所述电源电路(4)的输出电压，当所述电源电路(4)的输出电压未达到门槛值或所述第二电源监视模块(30)手动复位输入管脚电平未达到设定值，则所述第一电源监视模块(20)复位输出低电平；
当所述电源电路(4)的输出电压超过门槛值且所述第二电源监视模块(30)的手动复位输入管脚电平超过设定值，则所述第二电源监视模块(30)复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平，以保证所述可编程逻辑单元(10)在所述第二电源监视模块(30)的复位输出信号变为高电平之前可控；
所述第二电源监视模块(30)的复位输出信号与来自于所述处理器模块(1)的可编程逻辑单元(10)的第二电平转换控制信号一起进入第二与门电路(35)，由所述第二与门电路(35)进行与操作后，所述第二与门电路(35)的输出信号经第二反相电路(36)后输入至第二电平转换电路(33)的使能端，所述第二电平转换电路控制信号用于非上电期间对第二电平转换电路(33)的使能操作；
由所述处理器模块(1)的处理器输出至所述可编程逻辑单元(10)的变流器控制指令信号依次经第一电平转换电路(32)、第二电平转换电路(33)、升压电路(38)输出并控制变流器(7)；所述第二电源监视模块(30)的输出信号经第一反相电路(34)后输入至所述可编程逻辑单元(10)，所述可编程逻辑单元(10)通过所述监视电路(5)获取外部输入电源的状态，并根据所述外部输入电源的状态向所述第一电平转换电路(32)的使能端输出第一电平转换控制信号；
从所述电源电路(4)输出的电压开始建立至所述可编程逻辑单元(10)的状态可控，所述第二电平转换电路(33)的使能信号无效，所述第二电平转换电路(33)按预先下拉的电阻默认电平向升压电路(38)输出信号，所述升压电路(38)不工作以确保对外输出的状态可靠。
19.根据权利要求18所述的变流器控制单元保护方法，其特征在于：所述第一电源监视模块(20)、第二电源监视模块(30)监视所述电源电路(4)输出电压中最先掉电的一路输出电压状态。
20.根据权利要求19所述的变流器控制单元保护方法，其特征在于，所述方法包括掉电输出保护过程，该过程包括以下步骤：
第二电源监视模块(30)监视所述电源电路(4)的输出电压，当所述电源电路(4)的输出电压未达到门槛值或所述第二电源监视模块(30)手动复位输入管脚电平未达到设定值，则所述第一电源监视模块(20)复位输出低电平；
当所述电源电路(4)的输出电压超过门槛值且所述第二电源监视模块(30)的手动复位输入管脚电平超过设定值，则所述第二电源监视模块(30)复位输出低电平延迟设定时间后再输出高电平；
所述第二电源监视模块(30)的复位输出信号与来自于所述处理器模块(1)的可编程逻辑单元(10)的第二电平转换控制信号一起进入第二与门电路(35)，由所述第二与门电路(35)进行与操作后，所述第二与门电路(35)的输出信号经第二反相电路(36)后输入至第二电平转换电路(33)的使能端，当所述电源电路(4)的输出电压掉电而到门槛值时，所述第一电源监视模块(20)复位输出低电平；
由所述处理器模块(1)的处理器输出至所述可编程逻辑单元(10)的变流器控制指令信号依次经第一电平转换电路(32)、第二电平转换电路(33)、升压电路(38)输出并控制变流器(7)；所述第二电源监视模块(30)的输出信号经第一反相电路(34)后输入至所述可编程逻辑单元(10)，所述可编程逻辑单元(10)通过所述监视电路(5)获取外部输入电源的状态，并根据所述外部输入电源的状态向所述第一电平转换电路(32)的使能端输出第一电平转换控制信号；若所述可编程逻辑单元(10)监测到外部输入电源的掉电状态后，则输出第一电平转换控制信号和第二电平转换控制信号均为低电平，所述第一电平转换电路(32)按预先下拉的电阻默认电平输出；
在所述第二电平转换电路(33)的工作电源掉电至设定值之前，所述第二电平转换电路(33)不使能，当所述第二电平转换电路(33)的工作电源掉电至设定值以下时，所述第一电平转换电路(32)、第二电平转换电路(33)均停止工作，所述第二电平转换电路(33)向升压电路(38)输出下拉的低电平信号，升压电路(38)不工作以确保对外输出的状态可靠。
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