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CPLD在發(fā)射機(jī)控制保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要:可編程控制器(PLD)自20世紀(jì)60年代末出現(xiàn)以來,就以其靈活、高效、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)受到設(shè)計者的青睞。而CPLD是20世紀(jì)90年代推出的一種復(fù)雜的PLD,其主要特征是集成規(guī)模大于1000門以上的可編程邏輯器件。它以其更大的容量,更快的速度,更強(qiáng)的仿真能力,增強(qiáng)了電路設(shè)計的靈活性。不但降低了開發(fā)成本,而且減小了設(shè)計風(fēng)險。因此,在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)發(fā)射機(jī)的工作特點(diǎn),介紹了用CPLD完成對發(fā)射機(jī)的控制和保護(hù)功能。引言
雷達(dá)發(fā)射機(jī)的控制保護(hù)電路中的邏輯控制,大多采用+15V的CMOS邏輯,各種故障的比較采用的是模擬比較。這不僅使元器件分散,不易集成(因?yàn)闆]有+15V電壓的可編程器件),不能編程,修改困難。最主要的問題是采樣電壓都是模擬電壓,不能與單片機(jī)和計算機(jī)連,不易做液晶顯示。而現(xiàn)在進(jìn)口的發(fā)射機(jī)基本上都帶液晶顯示,界面良好,想看某個電壓就可以顯示某個電壓,并且已經(jīng)把這一部分電路模塊化了。同時,一些大型的數(shù)控機(jī)床及環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱現(xiàn)在也都是用數(shù)字信號控制和顯示的,所以,模擬信號數(shù)字化是發(fā)射機(jī)控制保護(hù)電路的發(fā)展方向。
現(xiàn)在采用先進(jìn)的CPLD技術(shù),將控制開關(guān)機(jī)順序的組合邏輯用一片CPLD來實(shí)現(xiàn);而故障比較部分用A/D變換器把采樣的模擬信號變成數(shù)字信號,再用另一片CPLD進(jìn)行數(shù)字比較,使各路的故障比較由原來的并行工作,改成串行工作。這兩部分完成了控制保護(hù)系統(tǒng)的控制和保護(hù)兩大功能,而且大大減少了元器件數(shù)量。
本文就如何用CPLD實(shí)現(xiàn)預(yù)熱延時、風(fēng)冷延時,加電的順序控制,各種故障的指示,消除按鍵的抖動等功能;如何用CPLD實(shí)現(xiàn)串行采樣、數(shù)字比較;如何實(shí)現(xiàn)各種取樣的模擬電壓與數(shù)字信號的銜接;如何解決電平變成+5V后,可能會帶來控制保護(hù)系統(tǒng)的誤報故障;以及如何在控制保護(hù)電路地跟發(fā)射機(jī)地連在一起時,濾掉紋波保證A/D的精度等方面,進(jìn)行了簡述。
本系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)如下:
——使用了先進(jìn)的CPLD技術(shù),使編程和修改更加容易,可移植性增強(qiáng);
——元器件數(shù)量減少,控制簡單方便,提高了系統(tǒng)的可靠性;
——有各種故障指示,當(dāng)出現(xiàn)故障時可以準(zhǔn)確定位。
1 對發(fā)射機(jī)控制保護(hù)系統(tǒng)的要求
發(fā)射機(jī)由于其行波管非常昂貴,而且行波管的陰極電壓和收集極電壓都是高壓,輸出功率很大,所以,發(fā)射機(jī)的控制保護(hù)系統(tǒng)尤為重要。要求在出現(xiàn)任何一種故障時,控制保護(hù)系統(tǒng)都能發(fā)現(xiàn)故障,并且切斷供給行波管的高壓?刂票Wo(hù)系統(tǒng)分為控制和保護(hù)二部分,各部分具體要求如下。
1.1 控制部分
1.1.1 開關(guān)機(jī)順序
開機(jī)時燈絲要有足夠的預(yù)熱時間,一般預(yù)熱時間需要3~5min。只有在燈絲電壓達(dá)到一定的幅度,預(yù)熱達(dá)到要求時間,以及沒有任何故障的情況下,才允許加高壓。待高壓加到一定的幅度才允許加觸發(fā)脈沖。關(guān)機(jī)時,應(yīng)先切斷高壓,后切斷低壓,而且低壓切斷后,要求風(fēng)冷延時斷電,使行波管的風(fēng)機(jī)繼續(xù)工作1~2min,再切斷電源。所以,控制保護(hù)電路中要具有預(yù)熱延時和風(fēng)冷延時功能。
1.1.2 故障處理
在高壓加上后,如果出現(xiàn)任何故障,應(yīng)該立即切斷高壓,以免造成行波管或高壓電源損壞。
1.1.3 顯示
發(fā)射機(jī)在正常工作時應(yīng)有顯示,在故障發(fā)生時也應(yīng)該有顯示。
在正常工作時,加上低壓,“預(yù)熱”燈亮。預(yù)熱時間達(dá)到后,如果沒有任何故障,“待機(jī)”燈亮,這時按下“高壓通”鍵,“高壓通”燈亮。
發(fā)生故障時,無論是何種故障,該故障對應(yīng)的顯示燈都應(yīng)亮。共有11種故障燈,分別是陰極過壓、收集極過壓、燈絲欠壓、螺旋線過流、總供電過流、重頻故障、反射功率故障、行波管過熱、二組合過熱、光纖故障、門開關(guān)故障。
1.2 保護(hù)部分
發(fā)射機(jī)具有過壓保護(hù)、過流保護(hù)、溫度保護(hù)、占空比保護(hù)、駐波保護(hù)、門開關(guān)保護(hù)等功能。
1.2.1 過壓保護(hù)
對于行波管來說,它的陰極和收集極電壓都很高,現(xiàn)在大多采用開關(guān)電源,電壓很快就升到行波管要求的陰極和收集極電壓。如果反饋環(huán)路一旦失控,將使行波管因?yàn)檫^壓而燒毀。所以,必須檢測行波管陰極和收集極電壓,一旦出現(xiàn)過壓立刻將高壓切斷。主要是切斷開關(guān)電源的脈寬調(diào)制器的輸出脈沖,使主功率器件沒有驅(qū)動脈沖,達(dá)到保護(hù)的目的。
1.2.2 過流保護(hù)
包括螺旋線過流保護(hù)和總供電的過流保護(hù)。前者主要是保護(hù)行波管,防止行波管的螺旋線因電流過大而燒毀。后者是保護(hù)高壓電源和行波管,防止高壓電源短路或電流過大造成對行波管和高壓電源的損害。
1.2.3 溫度保護(hù)
發(fā)射機(jī)由于輸出功率大,使得其本身的功耗較大,另外,一些功率器件也比較熱,雖然有風(fēng)冷系統(tǒng),但為了安全而在關(guān)鍵件上另加溫度保護(hù)電路,一旦超過所設(shè)定的溫度門限,立即切斷高壓,使該器件不致因溫度過高而損壞。
1.2.4 占空比保護(hù)
脈沖行波管的占空比是行波管的主要指標(biāo),如果超過允許的最大占空比會損害行波管,所以,對輸入脈沖的占空比要有限制,一旦超過,立即切斷高壓,使行波管不工作。
1.2.5 駐波保護(hù)
行波管是發(fā)射功率器件,如果反射的功率過大會損壞行波管,所以設(shè)置駐波保護(hù)。
1.2.6 門開關(guān)保護(hù)
由于發(fā)射機(jī)內(nèi)有高壓,為保護(hù)人身安全,不允許在發(fā)射機(jī)開蓋的狀態(tài)下加高壓。
2 控制保護(hù)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)
2.1 組合控制邏輯
由一片CPLD(圖1中為CPLD1)完成如下功能:——風(fēng)冷延時和預(yù)熱延時;
——接受鍵盤上的“低壓通/斷”、“高壓通”、“高壓斷”、“復(fù)位”、“天線/負(fù)載轉(zhuǎn)換”等指令,產(chǎn)生相應(yīng)的邏輯;
——控制加高壓的順序,必須先通低壓,加燈絲電壓、待燈絲“預(yù)熱”狀態(tài)結(jié)束,并無任何故障時,才允許加高壓;高壓升到一定的幅度才允許加觸發(fā)脈沖;當(dāng)出現(xiàn)任何故障的時候,都必須首先切斷高壓;完成正常狀態(tài)與故障狀態(tài)的顯示和編碼,即把各種狀態(tài)指示出來,如按“低壓通”鍵時,“低壓通”燈應(yīng)亮;預(yù)熱狀態(tài)時“預(yù)熱”燈亮;風(fēng)冷狀態(tài)下“風(fēng)冷”燈應(yīng)亮;預(yù)熱狀態(tài)結(jié)束時,“高壓斷”燈應(yīng)亮;按“高壓通”鍵時,“高壓通”燈應(yīng)亮;當(dāng)發(fā)生任何故障時,均應(yīng)切斷高壓,“保護(hù)”燈應(yīng)亮,同時對應(yīng)該故障的燈應(yīng)亮;當(dāng)故障排除后,按“復(fù)位”鍵,系統(tǒng)應(yīng)能回到高壓斷狀態(tài);另外,還要把多種故障編成碼,送中心機(jī)顯示。
2.2 時序控制邏輯
由另一片CPLD(圖1中為CPLD2)實(shí)現(xiàn),這一片CPLD的功能
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