EDA/PLD中的基于CPLD控制的直流固态功率控制器的设计

SSPC(固态功率控制器)是由半导体器件构成的智能开关装置，用于接通／断开电路，实现电路保护和接收上级计算机的控制信号并向上位机实时反馈其状态信息。由于控制逻辑完全由CPLD内部的硬件电路完成，因此与功率器件一起工作时，具有很好的电磁兼容性和抗干扰能力。研制多开关的SSPC组共享大规模控制芯片，具有相当大的工程实用价值，尤其适用于空间有限的场合，如飞机上。 本文充分利用CPLD的特点，设计了具有集成度高、速度快、抗干扰能力强和可靠性高等优点的28V直流SSPC。在一块电路板上集成多个SSPC，各个功率开关问相互独立工作，进一步提高了功率密度。1 功能定义 28V直流SSPC应该具有以下功能 《基于CPLD控制的直流固态功率控制器的设计》 固态功率控制器（SSPC）是一种采用半导体器件构建的智能开关设备，它主要用于电路的接通和断开，以实现电路保护并能实时向主控计算机反馈其工作状态。SSPC的控制逻辑由CPLD（复杂可编程逻辑器件）的硬件电路实现，这使得它在与功率器件配合使用时具有出色的电磁兼容性和抗干扰能力。在空间有限的应用场景中，例如飞机上，设计多开关SSPC共享大规模控制芯片具有极大的工程实用性。 本文提出的设计重点在于利用CPLD的优势，创建了一款28V直流SSPC，它具备集成度高、响应速度快、抗干扰性强和可靠性高的特点。通过在单个电路板上集成多个SSPC，各个功率开关可以独立工作，进一步提升了功率密度。 28V直流SSPC的功能定义包括： 1. 接收上位机的控制信号，这些信号兼容TTL/CMOS电平，其中高电平代表导通，低电平代表关断。 2. 根据流经SSPC的电流状态，自动生成相应的状态代码，并将其上传至上位机。 3. 实时诊断自身故障，根据故障的严重程度采取不同的保护措施。 设计的整体方案中，每个SSPC的取样电阻电压经过调理和低通滤波后，送入A/D转换器。A/D转换器的数据、状态信号和控制信号均连接至CPLD的输入/输出引脚，以便于程序控制。CPLD的其他I/O口用于配置MOSFET动作命令输出、SSPC状态输出以及与上位机的控制命令输入。CPLD的JTAG BST电路则便于系统内部测试和器件操作验证。 硬件设计的关键在于： 1. 电力MOSFET选用IRF540N，其高速开关特性满足设计需求，同时具有良好的耐压和电流承受能力。 2. 采用ALTERA公司的Flex6000系列CPLD，因其丰富的触发器和基于LUT的结构，能够有效处理数据，低功耗模式和强大的I/O引脚也是其优势。 3. 驱动和保护电路采用TC4427驱动芯片，RCD吸收电路则用于减小MOSFET的开关损耗。 4. 取样电路通过取样电阻、隔离放大器、整流、滤波和A/D转换等步骤，将电流信息转化为数字信号供CPLD分析。 5. A/D转换器选择12位四通道的AD7864，与CPLD的接口包括数据输出、控制线和状态线，并通过光耦隔离进行电气隔离，确保信号传输的准确性和稳定性。 基于CPLD的28V直流SSPC设计，通过高效利用CPLD的特性，实现了高集成度、快速响应、强抗干扰和高可靠性的目标，为紧凑空间内的电源管理提供了优化解决方案。同时，细致的硬件设计确保了各组件间的协调工作，增强了系统的整体性能。