一种基于门电路和CPLD的故障检测及调理系统的制作方法

本实用新型涉及电力系统及电力电子与电力传动技术，具体为一种基于门电路和CPLD的故障检测及调理系统。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，以及对能量储存和再回收要求的提高。这些使得电力电子设备对于电流、电压等信号的处理稳定性提出了更高的要求，同时对于设备的故障信号处理需求也越来越高。这主要体现在对于各个信号采样后的状态显示，故障报警，故障锁存以及对信号的处理方面。

针对上述问题，目前主要有两种主要的解决方案。一种是利用纯粹的硬件电路；另一种是将采样的信号输入单片机或CPLD，通过软件的逻辑来判断。

基于纯硬件电路构成的采样故障检测电路一般包括信号采样放大电路信号比较电路模块，故障产生电路和变换电路组成。而利用单片机或DSP的检测电路则一般是用过软件中的逻辑分析判断产生故障信号来进行检测。

基于硬件电路的故障检测信号调理装置一旦电路确定就无法改变，只能检测特定的信号故障。并且由于是确定功能的电路，一般无法扩展，不能接受外部的检测信号，大大降低了检测装置的灵活性，无法满足多种设备需求。

而基于软件的单片机或DSP，并不是模块化的电路，在检测出现故障时不好排查，可靠性较低。并且开发和维护的成本较高。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于门电路和CPLD的故障检测及调理系统，结构简单，使用方便，可靠性高，还能够满足多种设备需求，适应性广。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种基于门电路和CPLD的故障检测及调理系统，包括：

信号采样电路模块，其包括多个用于采集故障信号的采样电路；部分采样电路与用于检测故障信号的信号比较电路模块连接，另一部分采样电路与逻辑电路模块连接；

逻辑电路模块，用于对信号采样电路模块采集的和信号比较电路模块产生的故障信号分别进行处理以输出综合故障信号；

组合逻辑电路模块，与逻辑电路模块连接并将逻辑电路模块输出的不同综合故障信号进行处理，输出经锁存的总故障信号；

CPLD控制电路模块，与组合逻辑电路模块和信号比较电路模块连接，用于接收总故障信号和产生的故障信号，并对信号进行分析。

优选的，所述信号采样电路模块包括：电压采样电路单元、电流采样电路单元、温度故障检测电路单元和驱动故障输入电路单元；

电压采样电路单元和电流采样电路单元分别连接至信号比较电路模块，温度故障检测电路单元和驱动故障输入电路单元分别连接至逻辑电路模块。

进一步，电压采样电路单元、电流采样电路单元、温度故障检测电路单元和驱动故障输入电路单元均为可扩展的信号采样电路模块。

进一步，电压采样电路单元中设置有用于电压采样的霍尔元件、以及用于信号处理的运算放大器、反馈电阻和正极电阻；电流采样电路单元设置有运算放大器、反馈电阻和正极电阻；采集的电流和电压信号分别经过运算放大器后，通过反馈电阻和正极电阻的比值将电压信号和电流信号调理到用于硬件门电路或CPLD处理的信号。

进一步，所述温度故障检测电路单元设置有光电耦合器和上拉电阻；温度故障检测电路单元连接外部NTC或温度开关输入信号，经过光电耦合器和上拉电阻产生超过设定温度的温度故障信号。

进一步，所述逻辑电路模块包括相连接的第一与门电路单元和第一三态门电路单元；所述第一与门电路单元分别与信号比较电路模块、温度故障检测电路单元和驱动故障输入电路单元连接，第一三态门电路单元与组合逻辑电路模块连接。

优选的，CPLD控制电路模块包括：用于执行发波或信号封锁脉冲指令的CPLD芯片、故障指示灯和对输入的逻辑信号进行电平转换的电平转换电路单元；故障指示灯和电平转换电路单元分别与CPLD芯片连接；

组合逻辑电路模块连接至电平转换电路单元；CPLD控制电路模块外接有驱动接线端子或光纤，通过总线与发出发波或信号封锁脉冲指令的单片机或DSP连接。

优选的，信号比较电路模块中设置有比较器和可调电阻；比较器根据可调电阻和部分故障信号对应偏置电压的报警阈值产生故障信号。

优选的，组合逻辑电路模块包括相连接的故障锁存电路单元、第二与门电路单元和第二三态门电路单元。

进一步，故障锁存电路单元包括用于锁存综合故障信号的RS锁存器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型一种基于门电路和CPLD的故障检测及调理系统，在设计上同时采用了硬件逻辑电路模块和CPLD结合，可以对电力电子设备中需要检测的电流电压信号进行故障检测和信号调理，同时满足不同的设备需求，并增强可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实例中所述的一种基于门电路和CPLD的故障检测及调理系统的结构示意图。

图2是本实用新型实例中所述的一种基于门电路和CPLD的故障检测及调理系统中故障锁存电路单元的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

如图1所示，根据本实用新型为一种基于门电路和CPLD的故障检测及调理系统，包括：

信号采样电路模块，包括多个用于采集故障信号的采样电路；

所述信号采样电路模块中的部分采样电路与用于检测故障信号的信号比较电路模块连接，另一部分采样电路与逻辑电路模块连接；

所述逻辑电路模块，用于对所述信号采样电路模块和信号比较电路模块采集和产生的故障信号分别进行综合处理以输出综合的故障信号；

组合逻辑电路模块，与所述逻辑电路模块连接并将所述逻辑电路模块输出的不同综合故障信号进行综合处理，输出总故障信号；

CPLD控制电路模块，与所述组合逻辑电路模块和所述信号比较电路模块连接，用于接收所述总故障信号、以及所述产生的故障信号，并对信号进行分析。

其中，所述信号比较电路模块中连接有比较器和可调电阻，所述比较器可以根据可调电阻和偏置电压的报警阈值产生故障信号，进入逻辑电路模块。信号比较电路模块被配置为用于将部分故障信号和对所对应的报警阈值进行比较，判断是否为故障信号，具体的配置方法是本领域的公知常识，本领域技术人员可以根据现有技术配置内部参数。

信号采样电路模块包括：电压采样电路单元、电流采样电路单元、温度故障检测电路单元和驱动故障输入电路单元，它们均可根据实际所需要的采样个数来扩展。其中，电压采样电路单元中连接有用于电压采样的霍尔元件、运算放大器、反馈电阻和正极电阻，及电流采样电路单元连接有运算放大器、反馈电阻和正极电阻，其中，图1中只示出了霍尔元件，运算放大器、反馈电阻和正极电阻均未示出，电压采样使用霍尔元件，电流和电压信号经过运算放大器，通过反馈电阻和正极电阻的比值来将电压、电流调理到一个合适硬件门电路或CPLD处理的信号。温度故障信号由外部NTC或温度开关输入温度故障检测电路单元，经过光电耦合器和上拉电阻(图中未示出)产生过温故障信号；驱动故障则由外部的接线端子输入驱动故障输入电路单元。电压采样电路单元和电流采样电路单元分别连接至信号比较电路模块，信号比较电路模块连接至逻辑电路模块和CPLD控制电路模块的电平转换电路单元，温度故障检测电路单元和驱动故障输入电路单元分别连接至逻辑电路模块，调理后的电压或电流信号进入信号比较电路模块，温度故障信号和驱动故障信号则进直接进入逻辑电路模块。

所述电压采样电路单元和所述电流采样电路单元分别连接至信号比较电路模块，所述温度故障检测电路单元和所述驱动故障输入电路单元分别连接至所述逻辑电路模块；

逻辑电路模块主要包括第一与门电路单元和第一三态门电路单元(图中未示出)，对故障信号分别进行处理，第一与门电路单元分别与信号比较电路模块、温度故障检测电路单元和驱动故障输入电路单元连接，第一三态门电路单元与组合逻辑电路模块连接。其中，电压和电流故障信号除每一路具体的故障信号要送入CPLD控制电路模块外，这两种信号分别用两通道第一与门电路单元生成一个综合电流故障信号和一个综合电压故障信号。温度和驱动的故障信号同样也使用两通道第一与门电路单元分别生成一个综合温度故障信号和一个综合驱动故障信号经组合逻辑电路模块送入CPLD芯片中进行处理。如果有需要，也可按需求单独输入每一路温度和驱动故障信号。生成的四路综合故障信号经过三态门电路单元送入组合逻辑电路模块。

组合逻辑电路模块包括相连接的故障锁存电路单元、第二与门电路单元和第二三态门电路单元，如图2所示，仅示出了故障锁存电路单元的电路图。四路综合故障信号连接至RS锁存器的S端，锁存器R端经过下拉电阻R5接地，Q端输出同时送往CPLD芯片。在上电时通过充电电容C1触发锁存器的R端，清空所有故障。当有故障信号来临时会触发S端，立即锁存综合故障信号。同时这四路锁存的故障信号也经过第二三态门电路单元和两通道第二与门电路单元生成一路总故障信号输入CPLD芯片。在锁存器R端也经过复位开关SW与上拉电阻R6相连接，作为复位故障信号使用。

CPLD控制电路模块包括：用于执行发波或信号封锁脉冲指令的CPLD芯片、故障指示灯和对输入至所述CPLD控制电路的逻辑信号电平转换的电平转换电路单元，故障指示灯和电平转换电路单元分别与CPLD芯片连接，组合逻辑电路模块连接至CPLD控制电路模块的电平转换电路单元，CPLD控制电路模块通过总线与控制器模块交互连接及外接有接线端子或光纤，电平转换电路单元将逻辑电平信号转换为CPLD芯片可处理的电平。DSP或单片机通过总线进行通讯，CPLD芯片负责接收锁存的故障信号，执行驱动信号封锁脉冲的操作。CPLD芯片内部资源可以按照需求灵活配置。此外CPLD芯片的接线端子也可以根据不同的情况来配置，可兼容多种控制器。所述CPLD控制电路模块外接有驱动接线端子或光纤，通过总线与发出所述发波或信号封锁脉冲指令的单片机或DSP连接。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。