基于DSP+CPLD的低壓斷路器群組控制器研究

摘要：介紹了一種基于DSP和CPLD的低壓斷路器智能控制器的設計，該控制器以模塊化的形式，能夠控制多個斷路器實現故障保護。重點敘述了控制器的硬件系統構成，包括信號調理電路、脫扣控制電路和GPRS通信模塊電路。設計出的智能控制器具有結構靈活、可靠性高、通信能力強、智能化程度高等特點。
關鍵詞：群組控制器；GPRS；DSP；CPLD；低壓斷路器

0 引言
智能電網的發展，對低壓電器的智能化提出了較高的要求，目前國內使用較多的小型斷路器的智能化穩定性不夠，在于其體積較小，將信號采集電路、動作執行和智能脫扣器都安裝在本體內，開關內的強電場產生的電磁干擾和高溫，使得斷路器可靠性降低。本文介紹的智能控制器脫離于斷路器本體，并且能夠連接多個斷路器，實現對多個斷路器的監控。

1 控制器的總體結構
群組智能控制器的核心采用DSP TMS320F2812芯片，輔以CPLD EPM3128芯片來實現鍵盤和液晶的時序邏輯，減少擴展芯片帶來的體積問題，外圍電路主要包括信號調理電路和脫扣控制電路等。為適應智能電網的無線通信，在智能控制器中添加GPRS模塊，使得斷路器能夠更好地融入到智能電網中。

2 控制器的硬件設計
所采集的多個斷路器的電壓、電流等信號，經過信號調理電路進行調理后送入DSP處理器，經過信號的變換、運算和判斷等處理，斷路器有故障時通過脫扣電路實現脫扣。系統總體結構框圖如圖1所示。

2．1 信號調理電路模塊設計
信號調理模塊的主要功能，一是低通濾波，濾除高頻噪聲；二是信號放大，由于檢測電流范圍較大，為適應較大的動態范圍，提高A／D采樣分辨率，使變換后的數字信號盡可能準確反映模擬信號的大小，設計了兩路放大環節。一路有較大的放大倍數，放大小電流時的信號；另一路放大倍數較小，進行大電流時的信號放大。因為A／D轉換器的信號輸入范圍有限，為防止大電流信號時產生過高的輸入電壓，對檢測電路和A／D轉換器造成損壞，設計了電平限幅保護電路。

圖2為每一相大電流信號濾波、平移、放大和限幅電路。由于A／D轉換器輸入電壓范圍為0～3 V；而輸入信號是直流偏移電平為0 V的交變正弦波，所以設計電平偏移電路抬高電流信號。低通濾波和信號放大由兩級運放組成。