基于DSP+CPLD的低压断路器群组控制器研究

摘要：介绍了一种基于DSP和CPLD的低压断路器智能控制器的设计，该控制器以模块化的形式，能够控制多个断路器实现故障保护。重点叙述了控制器的硬件系统构成，包括信号调理电路、脱扣控制电路和GPRS通信模块电路。设计出的智能控制器具有结构灵活、可靠性高、通信能力强、智能化程度高等特点。
关键词：群组控制器；GPRS；DSP；CPLD；低压断路器

0 引言
智能电网的发展，对低压电器的智能化提出了较高的要求，目前国内使用较多的小型断路器的智能化稳定性不够，在于其体积较小，将信号采集电路、动作执行和智能脱扣器都安装在本体内，开关内的强电场产生的电磁干扰和高温，使得断路器可靠性降低。本文介绍的智能控制器脱离于断路器本体，并且能够连接多个断路器，实现对多个断路器的监控。

1 控制器的总体结构
群组智能控制器的核心采用DSP TMS320F2812芯片，辅以CPLD EPM3128芯片来实现键盘和液晶的时序逻辑，减少扩展芯片带来的体积问题，外围电路主要包括信号调理电路和脱扣控制电路等。为适应智能电网的无线通信，在智能控制器中添加GPRS模块，使得断路器能够更好地融入到智能电网中。

2 控制器的硬件设计
所采集的多个断路器的电压、电流等信号，经过信号调理电路进行调理后送入DSP处理器，经过信号的变换、运算和判断等处理，断路器有故障时通过脱扣电路实现脱扣。系统总体结构框图如图1所示。

2．1 信号调理电路模块设计
信号调理模块的主要功能，一是低通滤波，滤除高频噪声；二是信号放大，由于检测电流范围较大，为适应较大的动态范围，提高A／D采样分辨率，使变换后的数字信号尽可能准确反映模拟信号的大小，设计了两路放大环节。一路有较大的放大倍数，放大小电流时的信号；另一路放大倍数较小，进行大电流时的信号放大。因为A／D转换器的信号输入范围有限，为防止大电流信号时产生过高的输入电压，对检测电路和A／D转换器造成损坏，设计了电平限幅保护电路。

图2为每一相大电流信号滤波、平移、放大和限幅电路。由于A／D转换器输入电压范围为0～3 V；而输入信号是直流偏移电平为0 V的交变正弦波，所以设计电平偏移电路抬高电流信号。低通滤波和信号放大由两级运放组成。