一種高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng)，包括處理器，所述處理器與通信模塊、外擴(kuò)存儲器、可編程邏輯模塊、譯碼器、AD采樣模塊連接；所述譯碼器與所述AD采樣模塊連接；所述可編程邏輯模塊與所述通信模塊、以太網(wǎng)模塊連接。本實(shí)用新型能方便地實(shí)現(xiàn)各類電能數(shù)據(jù)信號的采集，保證了系統(tǒng)的高可靠性，能滿足較完善的工業(yè)應(yīng)用需求。
【專利說明】一種高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力數(shù)據(jù)采樣以及電能變換裝置控制，特別是一種高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著電力建設(shè)的極大發(fā)展，各種電能裝備相繼投入電網(wǎng)，使得電能變換、傳輸效率得到極大地提高。在高壓大功率應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)的電力設(shè)備受到器件功率等級的限制，而隨之發(fā)展起來的級聯(lián)型多電平變流裝置，諸如級聯(lián)型多電平整流器、級聯(lián)型多電平有源濾波器以及級聯(lián)型多電平無功補(bǔ)償裝置等，能方便的使用較小的功率器件，通過模塊化連接，通過較小的電壓電平疊加，直接應(yīng)用于高壓大功率場合，給該類型電能變換裝置帶來了挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的控制方法需做相應(yīng)的調(diào)整，由于控制目標(biāo)的一致性，無論何種控制方法，都不可避免的需要采集多路電壓、電流信號，并通過核心控制芯片實(shí)現(xiàn)有效控制，才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng)，方便地實(shí)現(xiàn)各類電能數(shù)據(jù)信號的采集，保證系統(tǒng)的高可靠性，滿足較完善的工業(yè)應(yīng)用需求。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng)，包括處理器，所述處理器與通信模塊、外擴(kuò)存儲器、可編程邏輯模塊、譯碼器、AD采樣模塊連接；所述譯碼器與所述AD采樣模塊連接；所述可編程邏輯模塊與所述通信模塊、以太網(wǎng)模塊連接。
[0005]所述AD采樣模塊采用AD7656芯片，所述AD7656芯片輸入端與放大器連接，所述放大器輸入端接有RC濾波器。
[0006]所述譯碼器包括74HC138芯片和74HC32D芯片，所述74HC138芯片的三個使能輸入端、三個地址輸入端均與所述處理器連接；所述74HC138芯片的其中三個輸出端與所述AD7656芯片連接；所述74HC32D芯片的輸入端與所述AD7656芯片連接，所述74HC32D芯片的輸出端與所述處理器連接。
[0007]本發(fā)明的外擴(kuò)存儲器為RAM。
[0008]所述通信模塊包括MAX3232芯片、MAX485芯片和CAN通信模塊；所述MAX3232芯片、MAX485芯片、CAN通信模塊均與所述處理器連接；所述MAX485芯片與所述可編程邏輯模塊連接。
[0009]所述以太網(wǎng)模塊包括PPT芯片和與所述PPT芯片連接的RTL8091芯片；所述RTL8091芯片與所述處理器連接。
[0010]本發(fā)明的處理器為DSP ;可編程邏輯模塊為CPLD。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果為:本實(shí)用新型采用具有高精度與高轉(zhuǎn)換速度的芯片AD7656進(jìn)行采集模擬數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換，并配置相應(yīng)的前級濾波電路，能方便的實(shí)現(xiàn)各類電能數(shù)據(jù)的采集，本系統(tǒng)可方便的實(shí)現(xiàn)AD采樣的擴(kuò)容，控制簡單實(shí)用；基于TI公司的TMS320F2812核心DSP控制芯片，以其優(yōu)越的運(yùn)算能力以及成熟的工業(yè)應(yīng)用，可十分便捷的完成相應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，同時保證系統(tǒng)的高可靠性；本實(shí)用新型集成了 AD數(shù)據(jù)采樣、外擴(kuò)RAM以及各種通信模塊，能滿足較完善的工業(yè)應(yīng)用需求，本實(shí)用新型能極大地加速應(yīng)用開發(fā)的周期。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例AD采樣模塊結(jié)構(gòu)示意圖； [0014]圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例譯碼器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施例外擴(kuò)存儲器示意圖；
[0016]圖5為本實(shí)用新型一實(shí)施例通信模塊示意圖；
[0017]圖6為本實(shí)用新型一實(shí)施例CPLD模塊圖；
[0018]圖7為本實(shí)用新型一實(shí)施例以太網(wǎng)模塊圖；
[0019]圖8為本實(shí)用新型一實(shí)施例輔助電源模塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本實(shí)用新型成功應(yīng)用于單相25電平的H橋式級聯(lián)型SVG試驗(yàn)平臺，考慮到改電能變換裝置實(shí)際的采樣需求，我們進(jìn)行了靈活的AD擴(kuò)展配置，本系統(tǒng)采用了 3塊AD7656進(jìn)行直流側(cè)子模塊電容電壓、逆變器輸出電流、電網(wǎng)電壓等數(shù)據(jù)采樣。選用的AD7656為16位的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，輸入電壓范圍為正負(fù)10V，單塊AD芯片可實(shí)現(xiàn)6路數(shù)據(jù)采集，從而本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多達(dá)18路的數(shù)據(jù)采集工作，滿足了該裝置實(shí)際控制的需求。
[0021]如圖1所示，本開發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖，以DSP2812為核心控制芯片，以其出色的運(yùn)算能力和成熟的市場應(yīng)用技術(shù)，能快速高效的完成各類電能變換裝置的控制。另外集成了高精度的AD轉(zhuǎn)換芯片及相應(yīng)的濾波電路，尤其是其可擴(kuò)展性，能很好地滿足多路信號采集的要求。擴(kuò)展的RAM、通信模塊、以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)等可根據(jù)實(shí)際的現(xiàn)場需求進(jìn)行應(yīng)用。其中系統(tǒng)的晶振頻率選擇為30MHz,晶振兩端各配置一個20pF的電容進(jìn)行協(xié)助起振和穩(wěn)定振蕩的作用。電源和地部分主要包括兩種數(shù)字電源，1.8V的內(nèi)核數(shù)字電源和3.3V的I/O 口數(shù)字電源。地址總線為19位，數(shù)據(jù)總線為16位。GPIO復(fù)用功能選項(xiàng)根據(jù)實(shí)際需求可進(jìn)行軟件配置，諸如其他的引腳配置說明可參見TI公司的具體手冊。
[0022]如圖2所示，對AD7656的主要功能引腳進(jìn)行了標(biāo)注，在信號進(jìn)入輸入通道前做了低通濾波配置。針對電網(wǎng)電壓信號特性，我們選擇R=470Q，C=0.1uF進(jìn)行一階RC低通濾波，由放大器LM324作電壓跟隨器，實(shí)現(xiàn)前級低通濾波器功能。圖中下標(biāo)X可表示為具體的通道數(shù)(即x=01、02……06)，每塊AD可實(shí)現(xiàn)6路數(shù)據(jù)的同時采樣。啟動信號C0NVSTA、CONVSTB, C0NVSTC統(tǒng)一由DSP發(fā)過來的CONVST信號啟動，片選信號CS由3-8譯碼器進(jìn)行片選，選定工作狀態(tài)的AD芯片，RESET為DSP提供的至微信號，RD信號發(fā)送給DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取，BUSY信號十一次轉(zhuǎn)換結(jié)果結(jié)束標(biāo)志位，在譯碼器模塊中進(jìn)行邏輯或操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同時采樣。AD7656通過16位數(shù)據(jù)位與DSP相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。另外該AD需要的電源電平較多，如 ± 15V、+5V 和 +3.3V。
[0023]如圖3所示，為譯碼器模塊，主要包括74HC138和74HC32D兩塊芯片，A8、A9、AlO地址信號作為選擇AD的片選信號的編碼，El非和E2非連接DSP的CS0&1片選信號，Rff信號連接DSP的RW信號，CSU CS2、CS3即具體的AD芯片片選信號。BUSY1、BUSY2、BUSY3為之前描述的AD模塊完成一次轉(zhuǎn)換的標(biāo)志位，對它們進(jìn)行邏輯或，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同時讀取。這兩塊芯片的供電電壓都為3.3V。
[0024]如圖4所示，外擴(kuò)展RAM模塊，DSP2812進(jìn)行RAM外擴(kuò)十分便捷，將該RAM的19位地址信號和16位數(shù)據(jù)信號分別與DSP相連，WE和RD讀寫信號也分別與DSP的讀寫信號相連，CS片選信號由DSP的CS2進(jìn)行選通，并通過合適的軟件設(shè)計(jì)匹配即可實(shí)現(xiàn)外擴(kuò)RAM功能，其供電電壓為3.3V。
[0025]如圖5所示，MAX3232通過配置四個外接0.1uF電容，引腳7、8通過與9孔串行通信接口的2、3引腳連接，引腳9、10與DSP相應(yīng)引腳連接，即可實(shí)現(xiàn)RS232串行通信功能。MAX485和CAN通信模塊比較類似，相應(yīng)引腳分別與DSP連接，MAX485片選信號與CPLD連接，另外兩者的6、7腳串接一個120 Ω電阻，并通過外接插口即完成了 RS485和CAN通信硬件配置。上述幾款芯片的供電電壓都為3.3V。
[0026]如圖6所示，該CPLD也是一款多弓丨腳的集成芯片，大部分引腳需與DSP進(jìn)行連接，如圖中的INT1、INT2、匪I等中斷信號，SPI外部串行接口。CS片選信號由DSP的CS6&7進(jìn)行片選，另外該模塊還實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)啟動與控制，對MAX485也進(jìn)行片選控制。根據(jù)需要，實(shí)際開發(fā)中還可以進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展匹配，如USB擴(kuò)展接口等，該芯片擁有著非常強(qiáng)大的邏輯電路設(shè)計(jì)功能。其主要供電電源為3.3V。
[0027]如圖7所示，以太網(wǎng)模塊主要包括RTL8091、PPT芯片以及通用網(wǎng)線插頭，其中RTL的數(shù)據(jù)總線與地址總線與DSP進(jìn)行相應(yīng)匹配，讀寫信號RD和WE與DSP讀寫信號相連，主要網(wǎng)絡(luò)控制信號與之前所述的CPLD進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)啟動與控制。晶振模塊選用20MHz，聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接收與發(fā)送部分與PPT芯片相連，以PPT芯片作為中介連至網(wǎng)絡(luò)接口，即完成了以太網(wǎng)鏈接的整體硬件配置。上述模塊供電電壓為3.3V。
[0028]如圖8所示，從之前各模塊介紹可知，本開發(fā)系統(tǒng)需要精確的+5V、+3.3V、+1.8V等電平，而常見的電源模塊均可提供±15V電源，故系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要選用了 LM7805、AMS1084以及LMl 117獲取相應(yīng)的上述電平，其應(yīng)用電路簡單可靠，輸入輸出與地并聯(lián)的電容分別為IOOuF的電解電容和0.1uF的無極性陶瓷電容，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓和濾除干擾等功能。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng)，包括處理器，其特征在于，所述處理器與通信模塊、外擴(kuò)存儲器、可編程邏輯模塊、譯碼器、AD采樣模塊連接；所述譯碼器與所述AD采樣模塊連接；所述可編程邏輯模塊與所述通信模塊、以太網(wǎng)模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng)，其特征在于，所述AD采樣模塊采用AD7656芯片，所述AD7656芯片輸入端與放大器連接，所述放大器輸入端接有RC濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng)，其特征在于，所述譯碼器包括74HC138芯片和74HC32D芯片，所述74HC138芯片的三個使能輸入端、三個地址輸入端均與所述處理器連接；所述74HC138芯片的其中三個輸出端與所述AD7656芯片連接；所述74HC32D芯片的輸入端與所述AD7656芯片連接，所述74HC32D芯片的輸出端與所述處理器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng)，其特征在于，所述外擴(kuò)存儲器為RAM。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng)，其特征在于，所述通信模塊包括MAX3232芯片、MAX485芯片和CAN通信模塊；所述MAX3232芯片、MAX485芯片、CAN通信模塊均與所述處理器連接；所述MAX485芯片與所述可編程邏輯模塊連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng)，其特征在于，所述以太網(wǎng)模塊包括PPT芯片和與所述PPT芯片連接的RTL8091芯片；所述RTL8091芯片與所述處理器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6之一所述的高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng),其特征在于，所述處理器為DSP。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓大功率電氣設(shè)備的核心控制系統(tǒng)，其特征在于，所述可編程邏輯模塊為CPLD。
【文檔編號】G05B19/042GK203535424SQ201320725489
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】羅安, 劉奇, 劉愛文, 何志興, 劉雷, 黎小聰, 徐千鳴 申請人:湖南大學(xué)