1、导言
跟着电子技能和计算机技能的迅猛开展，国内展开先进飞机配电体系研讨的技能手段已比国外八十年代好得多， 对固态功控体系研讨，便是依据现在飞机配电体系的开展应运而生的，现在市场上的均为单开关结构，最近多开关的SSPC组现已处于研制之中，SSPC组同享大规模操控芯片，可进一步进步功率密度和扩展功用。现在国外对进行研讨的公司有美国的印和立奇等，国内对的研讨处于工程样机阶段。
2、体系整体结构框图
如图1所示，每路SSPC取样电阻上的电压经过调度电路和低通滤波器今后，送到4通道A/D转化器的一个模仿输入端，A/D转化器的数据输出端、状况信号和操控信号别离接到CPLD的I/O引脚，便于程序操控A/D转化器的动作。CPLD别的的I/O口能够装备为MOSFET的开关指令输出口线、SSPC的状况输出口线和与上位机相连的操控指令输进口线;CPLD自身供给的JTAG BST电路，能够便利的测验体系内部器材之间的衔接和查验器材的操作。
3、硬件规划
3.1 逻辑操控器材
依据规划要求，需求集成多个SSPC在一块电路板上，假如彻底用别离元件来完结，数字电路的体积适当巨大，因而咱们选用杂乱可编程逻辑器材-CPLD。ALTERA公司的可编程逻辑器材在工业界是最快和最大的，该公司的PLD器材不只具有PLD的一般长处，并且还有如下一些优势：高性能、高集成度、价格合理、开发周期较短和利于编程。
依据软件所需求的资源，逻辑主控芯片选用ALTERA公司的MAX3000A系列芯片中的EPM3256ATC144-10，相关于MAX7000系列，MAX3000A系列的I/O电压为+3.3V，而MAX7000系列的I/O电压为+5V，一般来说，关于操控信号的输出，+5V电压牢靠性高些，可是低电压、低功耗是今后的开展趋势，并且也利于今后的换代产品的规划，而关于牢靠性的考虑能够经过加强外围电路的规划来到达体系规划的要求。
3.2 电力MOSFET的驱动电路
操控指令经过光耦阻隔输出后，接到比较器LM311的正相输入端，比较器的反相输入端输入的是参阅电平Vref，取 Vref=3V。当DRV_SSPC1=1时，光耦输出高电平，比较器正相输入端电压大于反相输入端电压，比较器输出DRC_OUT为高电平：当 DRV_SSPC1=0时，光耦输出低电平，比较器正相输入端电压小于反相输入端电压，比较器输出DRC_OUT为低电平;比较器的输出端接低值电阻 R30，意图是与电力MOSFET的G极和D极间寄生电容构成必定时刻的阻容延时，确保MOS管的导通时刻不至于太快或太慢，减小寄生振荡，该电阻值应随被驱动器材额外电流值的增大而减小。
3.3 信号收集电路
1、模仿量收集电路。信号采样！调度的方块图如图3所示。模仿信号经过阻隔电路，得到取样电压，经过必定份额的扩大，经过跟从器进行阻抗匹配，最终经过滤波处理，滤去信号中的沟通重量，得到的信号就能够送到A/D转化器的模仿输入端。
需求模数转化的模仿电压信号为直流电压信号，规模大概在0V-7V之间，因为SSPC在电路中是用来作为负载的一个开关维护措施， 因而，要求其动作时刻尽可能的快，细化到电路的每一个环节，就要求A/D转化器的转化时刻尽量小，在A/D的转化精度和转化时刻之间权衡，得出一个折中的计划。经过比照，选用AD公司的12位的A/D转化器AD7874，这是一款4通道一起采样，12位快速低功耗的A/D转化器，内部包含一个12位高速模数转化器、片上时钟和四个采样/坚持器。这样，避免了四个输入通道同享一个采样/坚持器所带来的问题一通道间采样呈现相位差。
2、开关量收集电路。开关量首要有两个：标明负载状况的STA_LOAD和标明电力MOSFET状况的STA_SSPC。规则：当负载的电流大于SSPC额外电流的15%时，标明负载状况的开关量STA_LOAD为低（0）;当MOSFET处于导通状况时，标明MOSFET注册关断状况的开关量STA_SSPC=1。经过对CPLD收集到的A/D通道的数据进行判别：当i_load大于负载电流的15%时，标明负载导通，置 STA_LOAD0;当i_load小于负载电流的15%时，标明负载不作业，置STA_LOAD为1。STA_LOAD经过CPLD的I/O口输出。
3、I/O驱动与阻隔电路规划。CPLD与外围器材接口时，应考虑驱动才能，在中心增加驱动器和阻隔器件，以维护CPLD不受危害。因为比较器是12V供电，所以出来的状况量信号为12V信号，而逻辑判别模块的CPLD是3.3V I/O供电和2.5 V内核供电，因而对SSPC状况信号的收集和操控信号的输出都需求经过电平转化和电气阻隔，详细选用光耦阻隔的方法，既完结了电气阻隔，又完结了电平转化。当操控信号从CPLD输出时，因光耦的驱动电流相对较大（20mA左右），假如直接从CPLD输出来驱动，就会使CPLD因电流太小而无法驱动，因而实践中选用六通道反相器74HC04来做光耦前一级的驱动。而对输入CPLD的信号，因为是从光耦输出来的，电流一般不大（Ic《5mA ），所以能够不必反相器来驱动。
3.4电源电路
在现在的试验体系中，SSPC的供电由市电经改换得来。它所运用得电源品种较多，包含2.5V， 3.3V， +5V，-5V， 12V等。其间，2.5 V为CPLD核心所运用的电源，CPLD的I/O引脚需求运用3.3V的电源，+5 V电源用于一些外设器材和参阅规范，12V电源首要用于运算扩大器和比较器。3.3V和2.5V电源都是由5V电源改换得到的。5V和12V则选用了 ANSJ公司出产的AC/DC电源模快得到，这类电源运用简略，具有高功率、高效率、宽输入规模、低噪声、牢靠及使用简易等长处，且结构严密，具有优秀的输出编程和低待机损耗等特性，具有输出过压维护及过温关机功用。图4是5V转2.5V和3.3V的电源电路，选用了输出电压接连可调的器材LM317。它能够供给高达1.5A电流，并且电压调整便利，十分合适CPLD的供电要求。如图4中的2图所示，输出电压 VCCINT=1.25（1+R1/R2）+IADJR2。
4、可编程逻辑区规划
1、A/D数据收集模块。使用状况机的概念，一个进程对应一个状况，每个状况赋予CPLD特定的功用。将AD7874的作业大致分为10个进程区间。AD7874转化的量化噪声与输出位数和量化步长有关，输出位数越多，量化步长越小，则量化噪声越小。实践A/D转化器多为定点制，动态规模为±1，输出最大值为1。假如只考虑量化噪声，则输入信号信噪比为
假如AD7874为12位，则SNR=70dB左右，在使用中一般现已满意，字长过长并不是十分必要，因为输入模仿信号自身有必定的信噪比，A/D转化器的量化噪声比模仿信号的噪声电平更低是没有意义的。
2、开关量收集模块。上位机下传的操控信号，因为存在各种搅扰，使得开关量在试验中常常呈现颤动，另一方面，电路中经过比较器得到的开关量（如STA _SSPC），因为主电路中的电流不稳定，偶然呈现电流过冲，使得送到CPLD的开关量信号也会呈现颤动;这些都会导致SSPC常常误动作，为此，需求规划一个专门的开关量去颤动电路，下降SSPC误动作的概率。实践中选用的是推迟电路后级加上R-S触发器，详细的作业原理如下所述：先将输入信号先引至输入端，经过两级的D触发器推迟后，然后再经过RS触发器作处理。
3、整个数据剖析进程包含以下几部分：
（1） 当电流在额外规模内，SSPC正常作业;
（2） 电流大于额外电压，小于额外电压的800%时，SSPC进入反时限维护;
（3） 当电流大于额外电流的800%时，SSPC马上跳闸。
4、逻辑判别模块。逻辑判别模块将收集到的电流信号、接收到的操控指令和内部状况，经过逻辑判别后，归纳得出电力MOSFET的导通/关断指令，作为驱动电路的输入信号。程序流程如图5所示。在对SSPC的操控中，最简单呈现的问题便是误动作，为此，选用了较为杂乱的操控逻辑，以此下降SSPC误动作的概率。SSPC的操控是经过“相邻两位、多条指令”两个进程来完结的，只要几个条件一起满意才能使SSPC动作，缺一不可，这就大大下降了SSPC误动作的概率。
本文作者立异点
本文依据CPLD操控的直流固态功控体系的研讨与规划。完结了SSPC外围硬件电路规划，包含主控芯片和A/D转化芯片 MOSFET主电路及缓冲维护电路的衔接，模仿量收集电路，开关量收集电路，电源电路等;完结了CPLD上可编程逻辑部分的VHDL完结，包含A/D转化器的操控，电流的分段维护，SSPC动作指令判别逻辑的生成等。
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