CN205596012U - 一种基于dsp+cpld控制的峰值电流限流装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置。其包括DSP控制电路、CPLD可编程逻辑控制器、峰值限流比较电路和峰值电流采样电路；DSP控制电路与CPLD可编程逻辑控制器连接，峰值电流采样电路与峰值限流比较电路连接，峰值限流比较电路与CPLD可编程逻辑控制器连接。本实用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置能够用于在为铁路信号设备提供直流电源的电源模块输出出现短路情况下实现自动保护；当短路解除后能够快速恢复输出供电，因此能够大量减少电源模块短路情况下造成的模块损坏以及模块故障率，进一步提高经济效益。
Description
技术领域
本实用新型属于DSP+CPLD组合控制技术领域，特别是涉及一种基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置。
背景技术
电源模块是铁路信号电源屏的配套模快，该模块为铁路信号设备提供直流24V电源，以满足铁路信号电源系统对24V直流电源的相关技术要求。电源模块是采用移相全桥软开关技术的开关电源，主要由输入防雷、输入滤波、前级AC/DC变换电路、后级DC/DC隔离变压器变换电路、辅助电源、显示功能电路、风扇控制电路和控制电路组成。为了提高电源模块的可靠性，该模块还设有完善的保护功能，对于关键保护功能采用软硬件双级保护措施。
现阶段，直流电源主要采用传统的模拟控制技术实现，但存在控制参数一致性差、故障定位不准确、效率低等问题。随着电力电子技术的迅速发展，为了使铁路领域的高频开关电源能够跟上开关电源的发展，提高开关电源的技术含量和智能水平，开发带单片机采用软开关技术的电源已经迫在眉睫。实际工况中，由于各种原因而导致电源模块输出会出现短路情况，这时电源模块短路对模块内部器件的破坏程度最大，如果电源模块输出能够在瞬态出现短路情况下自动保护模块内部器件，当短路解除后仍能继续工作，那将会极大提高电源模块的使用寿命。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置。
为了达到上述目的，本实用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置包括：DSP控制电路、CPLD可编程逻辑控制器、峰值限流比较电路和峰值电流采样电路；其中：DSP控制电路与CPLD可编程逻辑控制器连接，峰值电流采样电路与峰值限流比较电路连接，峰值限流比较电路与CPLD可编程逻辑控制器连接。
所述的DSP控制电路的输出信号端和输入信号端均与CPLD可编程逻辑控制器相连接。
所述的峰值电流采样电路的输入端通过电流互感器与变压器原边相连接，输出端与峰值限流比较电路连接。
所述的CPLD可编程逻辑控制器为可编程逻辑器件，其输入端包括：驱动A输入端、驱动B输入端、驱动C输入端、驱动D输入端和峰值状态输入端，输出端包括：驱动输出A端、驱动输出B端、驱动输出C端、驱动输出D端和峰值状态输出端；其中：驱动A输入端、驱动B输入端、驱动C输入端和驱动D输入端与DSP控制电路连接、峰值状态输入端与峰值限流比较电路连接，驱动输出A端、驱动输出B端、驱动输出C端和驱动输出D端与移相全桥开关管的控制端直接连接，峰值状态输出端与DSP控制电路连接。
所述的CPLD可编程逻辑控制器的内部逻辑结构组成包括：第一或门、第二或门、第三或门、延时器、第一触发器、第二触发器、第一与门、第二与门、第三与门、第四与门、第五与门、第六与门、第一非门和第二非门；
第一或门的两个输入端分别与驱动A输入端和驱动B输入端连接、其输出端与延时器的输入端连接，延时器输出端与第一触发器的第一输入端连接，第一触发器的第二输入端与峰值状态输入端连接，第一触发器输出延时信号；
第二触发器的第一输入端与第一或门的输出端连接、其第二输入端与峰值状态输入端连接，第二触发器输出端同时与第一与门的输入端和第二与门的第一输入端连接，第一与门的输出端与驱动输出A端连接，第二与门的第二输入端与驱动B输入端连接，第二与门的输出端与驱动输出B端连接；
第一非门的输入端接收延时信号、其输出端与第三与门的第一输入端连接，第三与门的第二输入端与驱动A输入端连接，第三与门的输出端与第二或门的第一输入端连接，第四与门的第一输入端与驱动C输入端连接、其第二输入端接收延时信号，第四与门的输出端与第二或门的第二输入端连接、第二或门的输出端与驱动输出C端连接；
第二非门的输入端接收延时信号、其输出端与第五与门的第一输入端连接，第五与门的第二输入端与驱动D输入端连接，第五与门的输出端与第三或门的第一输入端连接，第六与门的输入端连接延时信号、其输出端与第三或门的第二输入端连接，第三或门的输出端与驱动输出D端连接。
所述的第一触发器和第二触发器为D触发器，其第一输入端为触发器的时钟端，第二输入端为触发器的置1端。
本实用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置能够用于在为铁路信号设备提供直流电源的电源模块输出出现短路情况下实现自动保护；当短路解除后能够快速恢复输出供电，因此能够大量减少电源模块短路情况下造成的模块损坏以及模块故障率，进一步提高经济效益。
附图说明
图1为本实用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置的结构示意图。
图2为CPLD可编程逻辑控制器内部所需硬件延时信号的原理框图。
图3为CPLD可编程逻辑控制器内部所需硬件驱动A,B信号的原理框图。
图4为CPLD可编程逻辑控制器内部所需硬件驱动C信号的原理框图。
图5为CPLD可编程逻辑控制器内部所需硬件驱动D信号的原理框图。
图6为本实用新型提供的采用DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置进行详细说明。
如图1所示，本实用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置包括：DSP控制电路1、CPLD可编程逻辑控制器2、峰值限流比较电路3和峰值电流采样电路4；其中：DSP控制电路1与CPLD可编程逻辑控制器2连接，峰值电流采样电路4与峰值限流比较电路3连接，峰值限流比较电路3与CPLD可编程逻辑控制器2连接。
DSP控制电路1为本装置总的输入输出控制电路，输入信号为峰值状态信号，输出信号包括驱动A、驱动B、驱动C和驱动D信号；DSP控制电路1的输出信号端和输入信号端均与CPLD可编程逻辑控制器2相连接；
CPLD可编程逻辑控制器2接收DSP控制电路1发出的驱动A、B和驱动C、D信号，同时接收峰值限流比较电路3输出的峰值状态信号；CPLD可编程逻辑控制器2产生驱动输出A信号、驱动输出B信号、驱动输出C信号和驱动输出D信号，并把峰值状态信号经过整理后反馈给DSP控制电路1；
峰值限流比较电路3为比较器电路，用于将峰值电流采样电路4输出的峰值电流信号与设定的峰值限流点进行比较，输出的峰值状态信号传送给CPLD可编程逻辑控制器2；峰值状态信号为反应峰值电流状态的开关量信号。
峰值电流采样电路4用于采集电源模块中DC/DC隔离变压器原边电流的峰值，并将采集到的峰值电流信号传送给峰值限流比较电路3；其输入端通过电流互感器与变压器原边相连接，输出端与峰值限流比较电路3连接。
所述的峰值电流采样电路4的采样信号取自变压器原边电流信号，经过取样变换变为电压信号，峰值电流比较电路3采用比较器的方法输出固定电平信号，提供给CPLD可编程逻辑控制器2和DSP控制电路1使用。
所述的峰值电流采样电路4对应的输入电路所采集的信号为变压器原边电流信号。
所述的驱动A、驱动B、驱动C和驱动D信号为移相全桥开关管的驱动信号；其为DSP控制电路1发出的一连串固定频率的占空比固定的脉冲信号。
所述的CPLD可编程逻辑控制器2为可编程逻辑器件，其输入端包括：驱动A输入端、驱动B输入端、驱动C输入端、驱动D输入端和峰值状态输入端，输出端包括：驱动输出A端、驱动输出B端、驱动输出C端、驱动输出D端和峰值状态输出端；其中：驱动A输入端、驱动B输入端、驱动C输入端和驱动D输入端与DSP控制电路1连接、峰值状态输入端与峰值限流比较电路3连接，驱动输出A端、驱动输出B端、驱动输出C端和驱动输出D端与移相全桥开关管的控制端直接连接，峰值状态输出端与DSP控制电路1连接。
如图2-图4所示，所述的CPLD可编程逻辑控制器2的内部逻辑结构组成包括：第一或门5、第二或门14、第三或门18、延时器9、第一触发器10、第二触发器6、第一与门7、第二与门8、第三与门12、第四与门13、第五与门16、第六与门17、第一非门11和第二非门15；
如图2所示，第一或门5的两个输入端分别与驱动A输入端和驱动B输入端连接、其输出端与延时器9的输入端连接，延时器9输出端与第一触发器10的第一输入端连接，第一触发器10的第二输入端与峰值状态输入端连接，第一触发器10输出延时信号19；
如图3所示，第二触发器6的第一输入端与第一或门5的输出端连接、其第二输入端与峰值状态输入端连接，第二触发器6输出端同时与第一与门7的输入端和第二与门8的第一输入端连接，第一与门7的输出端与驱动输出A端连接，第二与门8的第二输入端与驱动B输入端连接，第二与门8的输出端与驱动输出B端连接；
如图4所示，第一非门11的输入端接收延时信号19、其输出端与第三与门12的第一输入端连接，第三与门12的第二输入端与驱动A输入端连接，第三与门12的输出端与第二或门14的第一输入端连接，第四与门13的第一输入端与驱动C输入端连接、其第二输入端接收延时信号19，第四与门13的输出端与第二或门14的第二输入端连接、第二或门14的输出端与驱动输出C端连接；
如图5所示，第二非门15的输入端接收延时信号19、其输出端与第五与门16的第一输入端连接，第五与门16的第二输入端与驱动D输入端连接，第五与门16的输出端与第三或门18的第一输入端连接，第六与门17的输入端连接延时信号19、其输出端与第三或门18的第二输入端连接，第三或门18的输出端与驱动输出D端连接。
所述的第一触发器10和第二触发器6为D触发器，其第一输入端为触发器的时钟端，第二输入端为触发器的置1端。
如图6所示，本实用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置所采用的控制方法包括按顺序进行的下列步骤：
步骤1)正常阶段：在装置正常控制过程中，峰值限流比较电路(3)输出高电平，即峰值状态信号为“高电平”，此时，DSP控制电路(1)的输出驱动信号为正常的移相全桥控制信号；
步骤2)峰值限流阶段：当电源模块中的DC/DC隔离变压器原边电流信号过大，经过峰值电流采样电路4后，采样电流信号送入峰值限流比较电路3后输出低电平，即峰值状态信号为“低电平”，此时在CPLD可编程逻辑控制器2内部会瞬态封锁输入驱动，关闭移相全桥开关管；起到保护该开关管不受大电流冲击的作用；
步骤3)DSP控制阶段：DSP控制电路1检测到峰值限流比较电路3输出低电平时，关闭所有移相全桥开关管的驱动，然后等待20个开关周期后，即延时400微秒，DSP控制电路1将以一定的比例缓慢放开输出驱动信号。
在步骤2)中，所述的瞬态封锁输入驱动，关闭移相全桥开关管的操作即为输出控制操作，其方法包括按顺序进行的下列步骤：
步骤2.1)峰值电流信号采样阶段：峰值电流采样电路4采集变压器原边电流采样信号后传送给峰值限流比较电路3，当出现峰值限流时峰值限流比较电路3会输出低电平，即峰值状态信号为低电平；
步骤2.2)峰值限流硬件保护第一阶段：峰值状态信号(低电平信号)瞬态封锁第二触发器6，第二触发器6输出低电平经过第一与门7后输出给驱动输出A端；第二触发器6输出低电平与驱动B信号一起经过第二与门8后输出给驱动输出B端；
步骤2.3)峰值限流硬件保护第二阶段：峰值限流硬件保护第一阶段发生的同时，峰值状态信号(低电平信号)瞬态封锁第一触发器10，第一触发器10的输出经过第一非门11后与驱动A信号一起经过第三与门12输出；第一触发器10的输出与驱动C信号一起经过第四与门13输出；第三与门12输出和第四与门13输出一起经过第二或门14后输出到驱动输出C端；
步骤2.4)峰值限流硬件保护第三阶段：峰值限流硬件保护第一阶段发生的同时，峰值状态信号(低电平信号)瞬态封锁第一触发器10，第一触发器10的输出经过第二非门15后与驱动D信号一起经过第五与门16输出；第一触发器10的输出经过第六与门17输出；第五与门16的输出和第六与门17的输出一起经过第三或门18后输出到驱动输出D端；
步骤2.5)峰值限流控制软件保护阶段：峰值限流硬件保护第一阶段发生的同时，峰值状态信号送给DSP控制电路1，DSP控制电路1检测到该低电平脉冲后，关闭所有移相全桥开关管的驱动，并延时400微秒，后逐次放开控制占空比，直至达到正常控制占空比。
本实用新型提供的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置,其控制设备平台采用全电子化设计，现场控制信号全部来自于电源模块内部经过隔离后的信号，由于采用了可编程器件所以该控制方法具有占用的硬件电路少，可靠性高等特点。
Claims (6)
1.一种基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置，其特征在于：所述的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置包括：DSP控制电路(1)、CPLD可编程逻辑控制器(2)、峰值限流比较电路(3)和峰值电流采样电路(4)；其中：DSP控制电路(1)与CPLD可编程逻辑控制器(2)连接，峰值电流采样电路(4)与峰值限流比较电路(3)连接，峰值限流比较电路(3)与CPLD可编程逻辑控制器(2)连接。
2.根据权利要求1所述的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置，其特征在于：所述的DSP控制电路(1)的输出信号端和输入信号端均与CPLD可编程逻辑控制器(2)相连接。
3.根据权利要求1所述的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置，其特征在于：所述的峰值电流采样电路(4)的输入端通过电流互感器与变压器原边相连接，输出端与峰值限流比较电路(3)连接。
4.根据权利要求1所述的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置，其特征在于：所述的CPLD可编程逻辑控制器(2)为可编程逻辑器件，其输入端包括：驱动A输入端、驱动B输入端、驱动C输入端、驱动D输入端和峰值状态输入端，输出端包括：驱动输出A端、驱动输出B端、驱动输出C端、驱动输出D端和峰值状态输出端；其中：驱动A输入端、驱动B输入端、驱动C输入端和驱动D输入端与DSP控制电路(1)连接、峰值状态输入端与峰值限流比较电路(3)连接，驱动输出A端、驱动输出B端、驱动输出C端和驱动输出D端与移相全桥开关管的控制端直接连接，峰值状态输出端与DSP控制电路(1)连接。
5.根据权利要求1所述的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置，其特征在于：所述的CPLD可编程逻辑控制器(2)的内部逻辑结构组成包括：第一或门(5)、第二或门(14)、第三或门(18)、延时器(9)、第一触发器(10)、第二触发器(6)、第一与门(7)、第二与门(8)、第三与门(12)、第四与门(13)、第五与门(16)、第六与门(17)、第一非门(11)和第二非门(15)；
第一或门(5)的两个输入端分别与驱动A输入端和驱动B输入端连接、其输出端与延时器(9)的输入端连接，延时器(9)输出端与第一触发器(10)的第一输入端连接，第一触发器(10)的第二输入端与峰值状态输入端连接，第一触发器(10)输出延时信号(19)；
第二触发器(6)的第一输入端与第一或门(5)的输出端连接、其第二输入端与峰值状态输入端连接，第二触发器(6)输出端同时与第一与门(7)的输入端和第二与门(8)的第一输入端连接，第一与门(7)的输出端与驱动输出A端连接，第二与门(8)的第二输入端与驱动B输入端连接，第二与门(8)的输出端与驱动输出B端连接；
第一非门(11)的输入端接收延时信号(19)、其输出端与第三与门(12)的第一输入端连接，第三与门(12)的第二输入端与驱动A输入端连接，第三与门(12)的输出端与第二或门(14)的第一输入端连接，第四与门(13)的第一输入端与驱动C输入端连接、其第二输入端接收延时信号(19)，第四与门(13)的输出端与第二或门(14)的第二输入端连接、第二或门(14)的输出端与驱动输出C端连接；
第二非门(15)的输入端接收延时信号(19)、其输出端与第五与门(16)的第一输入端连接，第五与门(16)的第二输入端与驱动D输入端连接，第五与门(16)的输出端与第三或门(18)的第一输入端连接，第六与门(17)的输入端连接延时信号(19)、其输出端与第三或门(18)的第二输入端连接，第三或门(18)的输出端与驱动输出D端连接。
6.根据权利要求5所述的基于DSP+CPLD控制的峰值电流限流装置，其特征在于：所述的第一触发器(10)和第二触发器(6)为D触发器，其第一输入端为触发器的时钟端，第二输入端为触发器的置1端。
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| CN105656298A (zh) * | 2016-04-11 | 2016-06-08 | 北京国铁路阳技术有限公司 | 一种基于dsp+cpld控制的峰值电流限流装置及控制方法 |
| CN111585426A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-25 | 西安爱科赛博电气股份有限公司 | Dc-ac变换器逐开关周期峰值电流限流系统和方法 |
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