CN219105354U - 一种基于dsp与fpga的直流电源微机保护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，所述微机保护装置包括DSP芯片和FPGA芯片，还包括与所述DSP芯片连接通讯模块、存储模块、电压、电流互感器，以及与所述FPGA芯片连接的开关量输入电路、开关量输出电路、串口通信、人机交互模块、电源模块、系统时钟；所述DSP芯片的EMIF外部存储器接口与FPGA芯片内的双口BRAM相连接来实现数据交换；所述DSP芯片用于保护和通信作用，所述FPGA芯片用于控制与监控功能。本实用新型基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，采用DSP与FPGA双核结构的设计思路，针对直流电源的微机保护系统，可以准确地捕获到故障信息执行故障操作。
Description
技术领域
本实用新型涉及微机保护结构技术领域，具体涉及基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置。
背景技术
随着电力技术飞速发展，继电装置在真正遇到故障时，开关未必会跳闸。主要原因是给继电装置及二次控制回路供电的直流模块不能正常供电。目前，国内外直流电源多采用有触点的时间继电器、中间继电器作为电子元件，其损耗大、寿命短、成本高。当系统发生故障时，系统的故障时间长，不能自动保证系统能持续提供服务。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题就在于：本实用新型提供一种基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，动作反应迅速，集显示控制于一体，具有四遥功能，可以随时与后台监控系统进行通信等优点。
为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
一种基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，所述微机保护装置包括DSP芯片和FPGA芯片，还包括与所述DSP芯片连接通讯模块、存储模块、电压、电流互感器，以及与所述FPGA芯片连接的开关量输入电路、开关量输出电路、串口通信、人机交互模块、电源模块、系统时钟；所述DSP芯片的EMIF外部存储器接口与FPGA芯片内的双口BRAM相连接来实现数据交换；所述DSP芯片用于保护和通信作用，所述FPGA芯片用于控制与监控功能。
作为上述技术方案的进一步改进为：
所述通讯模块包括RS485通讯、RJ45以太网接口、CAN总线，所述CAN总线、RJ45以太网接口和DSP芯片的多功能复用引脚相连接，所述RS485通讯与另一引脚连接，所述DSP芯片可以通过RS485接口与外部的液晶板通信，所述DSP芯片通过RJ45以太网接口与上位管理机交换数据。
所述电压、电流互感器与一信号调理电路相连后连接到DSP内的A/D转换器，电压、电流互感器将采集到的实时电压、电流模拟信号经过信号调理电路进行放大、滤波处理，输入到A/D转换器进行模数转换，将模拟输入量准确转换为所需的数字量。
所述串口通信包括至少两个接口。
所述开关量输入电路和开关量输出电路经过光耦隔离与FPGA相连。
所述DSP芯片为TMS320F28335芯片。
所述FPGA芯片为现场可编程门阵列，采用Spartan-2E系列的XC2S100E-5FT256I芯片。
本实用新型提供的基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，与现有技术相比，有以下优点：
(1)本实用新型的基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，采用DSP与FPGA双核结构的设计思路，针对直流电源的微机保护系统，可以准确地捕获到故障信息执行故障操作。
(2)本实用新型的基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，通信功能，支持ESD、CAN、ETH等网络。此外，还可根据不同的网络需求，配置不同的网卡板。
(3)本实用新型的基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，双系统架构设计，功能强大，软件开发设计根据系统硬件结构配置以及保护装置预计实现的功能需求更为灵活，有效提高了系统的可靠性和稳定性。
附图说明
图1是本实用新型的结构原理图。
图2是本实用新型中AD7606电路原理图。
图3是本实用新型中液晶显示电路图。
图4是本实用新型中端子隔离输入电路图。
图5是本实用新型中端子隔离输出电路图。
具体实施方式
以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
如图1至图5所示，本实用新型基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置的一种实施方式，微机保护装置包括DSP芯片和FPGA芯片，还包括与DSP芯片连接通讯模块、存储模块、电压、电流互感器，以及与FPGA芯片连接的开关量输入电路、开关量输出电路、串口通信、人机交互模块、电源模块、系统时钟。DSP芯片的EMIF外部存储器接口与FPGA芯片内的双口BRAM相连接来实现数据交换。DSP芯片用于保护和通信作用，FPGA芯片用于控制与监控功能。
本实施例中，DSP芯片型号为TMS320F28335，TMS320F28335数字信号处理器是属于C2000系列的一款浮点DSP控制器，与以往的定点DSP相比，该器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高，数据以及程序存储量大，有专门的硬件乘法器，大幅度提高了运算速度，A/D转换更精确快速等。
本实施例中，FPGA芯片为现场可编程门阵列，采用Spartan-2E系列的XC2S100E-5FT256I，是基于Virtex-E架构，具有比Spartan-2更多的逻辑门、用户I/O和更高的性能，并可以运行CPU软核，对DSP有一定的支持。
本实施例中，通讯模块包括RS485通讯、RJ45以太网接口、CAN总线，通过DSP28355的多功能复用引脚GPIO与CAN总线、RJ45以太网接口相连接，RS485则与UART相连接，DSP可以通过RS485接口与LCD液晶板通信，并通过以太网接口与上位管理机交换数据，通讯模块是微机保护装置至关重要的一部分，能够及时地把供电系统电气设备的电气参数、运行参数、电量信息、设备工况以及故障信息、故障录波数据发送到调度中心，同时也能够接收调度主站发出的遥控、定值设定和信号复归等命令,实现远程操作。
本实施例中，电压、电流互感器与信号调理电路相连后连接到DSP内的A/D转换器。电压、电流互感器将采集到的实时电压、电流模拟信号经过信号调理电路进行放大、滤波处理，输入到A/D转换器进行模数转换，A/D转换器芯片为AD7606，2片8通道的高精度A/D转化器，其模数转换一共有16个通道，其中2为自检通道，14个用于对外输入量的模数转换，精度为16位。电压、电流互感器板插件上共有12个模拟量，用于将二次交流信号隔离变换为小电流或者小电压信号，在信号调理电路调整后输入到A/D转换器，将模拟输入量准确转换为所需的数字量。
本实施例中，存储模块包括DDR2、FRAM、SPI FLASH和NOR FLASH。DDR2为整个系统的主内存；FRAM用于存储定值数据；SPI FLASH用于故障录波、波形记录、事件记录的存储；片外FRAM芯片为IS61LV25616；DSP 28335NOR_FLASH擦写实验程序为非易失存储，传输效率很高，外部flash选用芯片型号为39VF400A。
本实施例中，电源模块为装置的各单元供电，电源电路板供电为12V/5V输入，内核所需供电电压1.2V，PLL电路供电采用1.2V和2.5V供电，IO单元供电支持1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、3.0V、3.3V多种电平标准。
本实施例中，串口通信为两个RS232和RS485接口模块，可将微机保护装置所监控到的数据实时传输到人机界面，是保护装置与外界之间的信息桥梁，接收现场运行人员或远程控制终端发出的控制命令，以执行对保护装置的操作、调试、以及数据信息获取、定值的查询和修改等。
本实施例中，人机交互模块包括液晶显示、键盘扫描电路以及一路RS485接口。液晶显示可呈现微机保护装置运行时各种开关量电路状态、故障信息以及故障可执行操作等；键盘扫描电路是不可或缺的输写设备，键盘通过指令和数据对装置进行操作。
本实施例中，开关量输入电路是对输入信号ON或OFF状态的检测，开关量输出电路通过逻辑关系来实现对微机保护装置开关部件的控制，开关量输入电路和开关量输出电路经过光耦隔离与FPGA相连，实现微机保护装置的电源与数字系统的相互隔离，均衡电流，降低干扰。
本实施例中，系统时钟为FPGA芯片的核心时钟源。
本实用新型的基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，由双CPU结构为核心作为装置的主处理器对直流电源实时保护，采用DSP与FPGA双核结构的设计思路，针对直流电源的微机保护系统，可以准确地捕获到故障信息执行故障操作。
上述实施案例只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。
Claims (7)
1.一种基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，其特征在于，所述微机保护装置包括DSP芯片和FPGA芯片，还包括与所述DSP芯片连接通讯模块、存储模块、电压、电流互感器，以及与所述FPGA芯片连接的开关量输入电路、开关量输出电路、串口通信、人机交互模块、电源模块、系统时钟；所述DSP芯片的EMIF外部存储器接口与FPGA芯片内的双口BRAM相连接来实现数据交换；所述DSP芯片用于保护和通信作用，所述FPGA芯片用于控制与监控功能。
2.根据权利要求1所述的基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，其特征在于，所述通讯模块包括RS485通讯、RJ45以太网接口、CAN总线，所述CAN总线、RJ45以太网接口和DSP芯片的多功能复用引脚相连接，所述RS485通讯与另一引脚连接，所述DSP芯片可以通过RS485接口与外部的液晶板通信，所述DSP芯片通过RJ45以太网接口与上位管理机交换数据。
3.根据权利要求1所述的基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，其特征在于，所述电压、电流互感器与一信号调理电路相连后连接到DSP内的A/D转换器，电压、电流互感器将采集到的实时电压、电流模拟信号经过信号调理电路进行放大、滤波处理，输入到A/D转换器进行模数转换，将模拟输入量准确转换为所需的数字量。
4.根据权利要求1所述的基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，其特征在于，所述串口通信包括至少两个接口。
5.根据权利要求1所述的基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，其特征在于，所述开关量输入电路和开关量输出电路经过光耦隔离与FPGA相连。
6.根据权利要求1所述的基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，其特征在于，所述DSP芯片为TMS320F28335芯片。
7.根据权利要求1所述的基于DSP与FPGA的直流电源微机保护装置，其特征在于，所述FPGA芯片为现场可编程门阵列，采用Spartan-2E系列的XC2S100E-5FT256I芯片。
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