西北工業大學 自動化學院 陳再春，謝拴勤

本文充分利用CPLD的特點，設計了具有集成度高、速度快、抗干擾能力強和可靠性高等優點的28V直流SSPC。在一塊電路板上集成多個SSPC，各個功率開關問相互獨立工作，進一步提高了功率密度。

1 功能定義

28V直流SSPC應該具有以下功能：

(1) 接收上位機的控制信號。該控制信號能夠兼容TTL／CMOS電平，且高電平表示導通，低電平表示關斷；

(2) 根據流過的SSPC的電流邏輯分析出自身的狀態，并根據表1中的代碼表示上傳給上位機；

(3) SSPC能夠實時診斷自身故障，并根據故障的嚴重程度不同，采取不同的保護措施。

2 總體方案設計

28V直流SSPC組的結構如圖1所示。

每路SSPC的取樣電阻上的電壓經過調理電路和低通濾波以后，送到4通道的A／D轉換器的模擬輸入端，A／D轉換器的數據輸出端、狀態信號和控制信號分別接到CPLD的I／O引腳，便于程序控制A／D轉換器的動作。CPLD另外的I／O口可以配置為MOSFET的動作命令輸出口線、SSPC的狀態輸出口線和與上位機相連的控制命令輸入口線；CPLD自身提供的JTAG BST電路，可以方便地測試系統內部測試器件之間的連接和檢驗器件的操作。

由CPLD組成的邏輯判斷電路的主要功能有：

(1) 將A／D轉換得到的數據通過邏輯判斷，綜合出SSPC的工作狀態并向上位機輸出；

(2) 接收上位機的控制命令，結合自身的工作狀態，綜合得出SSPC的通斷信號，控制MOSFET的開通和關斷。

3 硬件設計

(1) 關鍵器件選型

電力MOSFET選用IR公司的IRF540N，它的漏-源最大耐壓為IOOV，導通阻抗44mΩ，允許通過的最大電流33A。其最大優點為納秒級的開通和關斷時間，能夠完全滿足設計需要。

邏輯控制芯片采用ALTERA公司的flex6000系列。該系列采用的OptiFLEX結構增加了器件的有效面積，可用門的數目達8 000～24 000門，觸發器豐富且基于LUT(查找表)結構，能夠滿足系統處理數據的需要。其待機狀態的電流小于1mA的低功耗模式，具有強功能的I／O引腳和靈活的內部連接等優點，從而使其成為設計首選。

(2) 硬件電路的組成

①電力MOSFET驅動和保護電路[3]：采用專門的驅動芯片TC4427，12V供電，如圖2所示。為了抑制電壓和電流的瞬變，MOSFET保護電路采用RCD吸收電路，用以減小器件的開關損耗。

②取樣電路：利用取樣電阻(一般選用康銅絲)，將流過負載的電流信號轉化成可測的電壓信號，經過隔離放大器、整流電路、濾波電路、采樣保持器和A／D轉換電路，將數字信號傳送到CPLD進行邏輯分析。

③信號采集和調理電路：通過隔離放大器，將取樣電阻的電壓調節到A／D轉換器的允許范圍內，經過R-C低通濾波器濾除噪聲信號后，送到A／D轉換器的輸入端。

④A／D轉換電路：采用12位的四通道A／D轉換器AD7864，與CPLD的接口主要有：a．數據輸出線：與CPLD的I／O口相連；b．控制線：轉換啟動信號(CONVST)、片選信號(CS)、通道選擇信號(H／S SEL和SL1～SL4)以及讀寫控制信號(R