一種納秒級(jí)高壓脈沖電源dsp嵌入式控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及DSP控制器，具體涉及一種納秒級(jí)高壓脈沖電源DSP嵌入式控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖電源是指輸出形式為脈沖功率的一種電源。脈沖電源的應(yīng)用已十分廣泛。在軍事上，其應(yīng)用領(lǐng)域包括電磁發(fā)射與電磁炮、雷達(dá)、衛(wèi)星推進(jìn)、受控激光核聚變，等;在工業(yè)上，其應(yīng)用領(lǐng)域包括激光切割、VOC治理、廢水治理、靜電除塵、臭氧生成、食品保鮮，等;在醫(yī)學(xué)上，其應(yīng)用領(lǐng)域包括X射線治療、心臟起搏器和去顫器、結(jié)石粉碎等。
[0003]納秒級(jí)脈沖電源最近出現(xiàn)的一種新型脈沖電源，其顯著特點(diǎn)是輸出脈沖的上升沿陡、脈沖寬度窄。根據(jù)脈沖功率技術(shù)的基本原理:能量(E)等于功率(P)乘以功率作用時(shí)間(t)，S卩:E=Pt;由此可知:當(dāng)能量一定時(shí)，縮短脈沖時(shí)間就可以增大功率。所以，納秒級(jí)脈沖電源相對(duì)于普通脈沖電源具有更高的瞬時(shí)功率，從而在實(shí)際應(yīng)用中更加節(jié)能，也具有更好的實(shí)際應(yīng)用效果。
[0004]然而，從控制角度而言，脈沖寬度越窄，脈沖電源的控制難度越高，這主要體現(xiàn)在:脈沖寬度越窄，其對(duì)控制精度的要求越高，進(jìn)而對(duì)各部分的抗干擾要求也越高;脈沖寬度越窄，相同能量下其瞬時(shí)電流越大，瞬時(shí)電流越大其取樣信號(hào)的失真性越大;脈沖寬度越窄，對(duì)故障報(bào)警的反應(yīng)速度要求越高，而且由于干擾較強(qiáng)，誤報(bào)警的可能性也隨之增加。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種新型的納秒級(jí)高壓脈沖電源DSP嵌入式控制器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要針對(duì)現(xiàn)有控制器的控制精度低且存在誤報(bào)警的問(wèn)題，發(fā)明了一種納秒級(jí)高壓脈沖電源DSP嵌入式控制器，解決納秒級(jí)高壓脈沖電源的控制、監(jiān)測(cè)、信息反饋、故障處理等問(wèn)題，增加可靠性;通過(guò)對(duì)數(shù)字量的采集、計(jì)算、反饋、調(diào)節(jié)等步驟進(jìn)行精確控制，高精度采樣信號(hào)、高可靠性的反饋回路與快速反應(yīng)的軟件系統(tǒng)一起，提高了故障報(bào)警系統(tǒng)的反應(yīng)速度和可靠性，降低了誤報(bào)警的可能性。
[0006]本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)施的:一種納秒級(jí)高壓脈沖電源DSP嵌入式控制器，與納秒級(jí)高壓脈沖電源相連從而完成信號(hào)傳輸和功能控制，由硬件和軟件構(gòu)成，硬件包括控制單元、光電隔離模塊、外圍模塊、電源模塊，其特征在于，所述控制單元包括核心控制單元、時(shí)鐘模塊、隨機(jī)存儲(chǔ)器、參數(shù)日歷模塊、EEPROM模塊、編程口 JTAG，其中外圍模塊整個(gè)硬件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，可靠性高。
[0007]所述外圍模塊，包括三相同步信號(hào)檢測(cè)模塊，用于處理三相交流電壓信號(hào)并產(chǎn)生三相同步信號(hào);三相晶閘管觸發(fā)模塊，用于驅(qū)動(dòng)三相調(diào)壓電路中的晶閘管從而完成輸入調(diào)壓；IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，用于驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路完成脈沖發(fā)生過(guò)程;若干路模擬量采集電路;若干路數(shù)字量輸入電路;若干路數(shù)字量輸出電路;若干路通訊接口電路。
[0008]上述通訊接口電路與通訊接口硬件中斷(屬于軟件系統(tǒng))實(shí)現(xiàn)控制器的通訊功能，通訊口支持MODBUS通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離與上位機(jī)通訊連接。
[0009]上述核心控制單元F28335，其時(shí)鐘頻率可達(dá)150MHz，具有高速處理能力，使系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集處理數(shù)據(jù)的能力大大提高。
[0010]上述光電隔離模塊，將核心控制單元與外圍模塊(電路)完全隔離，完全杜絕了外圍接口對(duì)DSP核心控制單元的干擾，系統(tǒng)抗干擾能力獲得極大提高。
[0011]上述三相同步信號(hào)檢測(cè)模塊、三相晶閘管觸發(fā)模塊與同步信號(hào)硬件中斷(屬于軟件系統(tǒng))完成對(duì)三相晶閘管(納秒級(jí)高壓脈沖電源的三相調(diào)壓電路中的構(gòu)件)調(diào)壓控制，同步信號(hào)提供三相晶閘管基準(zhǔn)時(shí)間和時(shí)序，三相晶閘管觸發(fā)電路完成對(duì)控制器觸發(fā)脈沖信號(hào)的隔離、轉(zhuǎn)換、輸出控制。
[00?2]作為優(yōu)選，所述模擬量米集電路，包括模擬量光電隔離放大器、三相交流輸入電壓采集電路、三相交流輸入電流采集電路、變壓器油溫監(jiān)測(cè)電路、IGBT溫度檢測(cè)電路、脈沖功率發(fā)生器直流母線電壓采集電路、4-20mA模擬量采集電路、輸出脈沖峰值電壓\電流檢測(cè)電路。
[0013]上述模擬量采集電路與軟件系統(tǒng)的模擬量采集硬件中斷配合完成外部模擬量信號(hào)的采集，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)采集的三相交流輸入電壓、三相交流輸入電流、脈沖母線電壓、輸出脈沖電壓峰值、輸出脈沖電流峰值、IGBT溫度、變壓器油溫，調(diào)節(jié)三相晶閘管的導(dǎo)通角以調(diào)整輸入三相電壓，從而完成對(duì)脈沖母線電壓、輸出脈沖峰值電壓、輸出脈沖峰值電流的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)控制器的閉環(huán)控制。電壓取樣采用RC均壓技術(shù)，電流取樣采用高速霍爾傳感器技術(shù)，取樣信號(hào)傳輸過(guò)程全部屏蔽處理，有效提高了采樣信號(hào)精度。
[0014]作為優(yōu)選，所述數(shù)字量輸入電路，包括主回路合閘數(shù)字量輸入模塊、隔離開(kāi)關(guān)合閘數(shù)字量輸入模塊、重瓦斯數(shù)字量輸入模塊、輕瓦斯/低油位數(shù)字量輸入模塊、遠(yuǎn)程啟停數(shù)字量輸入模塊。
[0015]作為優(yōu)選，所述數(shù)字量輸出電路，包括設(shè)備啟停輸出模塊、報(bào)警信號(hào)輸出模塊、故障信號(hào)輸出模塊、運(yùn)行狀態(tài)模塊。
[0016]作為優(yōu)選，納秒級(jí)高壓脈沖電源DSP嵌入式控制器上還設(shè)置有數(shù)字量輸入輸出接口、模擬量采集端口、同步信號(hào)輸入端口、三相觸發(fā)信號(hào)輸出端口、溫度采集接口、光纖端口；其中，數(shù)字量輸入輸出接口。
[0017]作為優(yōu)選，所述IGBT驅(qū)動(dòng)電路包括兩級(jí)光電隔離電路;采用光纖傳輸至脈沖功率發(fā)生器的IGBT模塊(脈沖發(fā)生器主要器件是IGBT模塊)，降低電磁干擾，保證IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)精度;所述IGBT驅(qū)動(dòng)電路與IGBT觸發(fā)硬件中斷(屬于軟件)完成對(duì)PWM信號(hào)的脈寬和頻率控制，IGBT驅(qū)動(dòng)電路完成控制PWM觸發(fā)信號(hào)的隔離、轉(zhuǎn)換、輸出控制。IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用高速光電隔離模塊隔離，光纖傳輸，并與高速核心控制單元F28335配合，有效提高了控制器的控制精度。
[0018]作為優(yōu)選，所述電源模塊，包括DSP控制核心電源、外部接口電路電源，電源模塊采用多級(jí)隔離電路;為嵌入式控制器的各個(gè)功能模塊提供獨(dú)立工作電源，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)抗干擾能力。
[0019]所述納秒級(jí)高壓脈沖電源DSP嵌入式控制器，其軟件系統(tǒng)，包括DSP/B10S操作系統(tǒng)、初始化、異常管理、軟件中斷管理、參數(shù)日歷軟件中斷、數(shù)字量I/o軟件中斷、模擬量采集硬件中斷和通訊接口硬件中斷。通訊接口硬件中斷有COMl通訊中斷和COM2通訊中斷，從而對(duì)通訊接口電路進(jìn)行管理;COMl通訊中斷和COM2通訊中斷實(shí)現(xiàn)C0M1、C0M2的MODBUS協(xié)議通訊，上位機(jī)從機(jī)功能。模擬量采集中斷完成三相輸入電壓、三相輸入電流、變壓器油溫、IGBT溫度、直流母線電壓、輸出脈沖的峰值電壓和峰值電流的采集、計(jì)算。系統(tǒng)軟件中斷，主要由系統(tǒng)周期函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)的軟件中斷；參數(shù)日歷軟件中斷主要讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)，刷新控制器日期時(shí)間，同時(shí)在有參數(shù)修改完成時(shí)，將運(yùn)行參數(shù)寫(xiě)入EEPROM模塊保存；數(shù)字量I/O軟件中斷主要完成數(shù)字量輸入開(kāi)關(guān)電路的狀態(tài)掃描、數(shù)字量輸出開(kāi)關(guān)電路的控制輸出；初始化完成程序的控制參數(shù)的初始化與DSP/B10S操作系統(tǒng)特殊功能的配置;異常管理:當(dāng)軟件異常時(shí)，產(chǎn)生看門(mén)狗復(fù)位信號(hào)，使軟件重新開(kāi)始運(yùn)行。
[0020]上述軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，有效提高了系統(tǒng)反應(yīng)速度;故障反饋回路，采用高速光電隔離模塊，提高了信號(hào)抗干擾能力。
[0021]綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明提供的DSP嵌入式控制器為納秒級(jí)高壓脈沖電源解決控制、監(jiān)測(cè)、信息反饋、故障處理等問(wèn)題，提高可靠性;本發(fā)明通過(guò)對(duì)輸出電壓、輸出電流等模擬量的采集，轉(zhuǎn)換成4-20mA模擬量輸入模擬量采集電路(模塊)，經(jīng)過(guò)計(jì)算輸