CPLD在發(fā)射機控制保護系統(tǒng)中的應用

摘要：可編程控制器（PLD）自20世紀60年代末出現(xiàn)以來，就以其靈活、高效、可靠性高等優(yōu)點受到設(shè)計者的青睞。而CPLD是20世紀90年代推出的一種復雜的PLD，其主要特征是集成規(guī)模大于1000門以上的可編程邏輯器件。它以其更大的容量，更快的速度，更強的仿真能力，增強了電路設(shè)計的靈活性。不但降低了開發(fā)成本，而且減小了設(shè)計風險。因此，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應用。根據(jù)發(fā)射機的工作特點，介紹了用CPLD完成對發(fā)射機的控制和保護功能。

關(guān)鍵詞：可編程控制器；復雜的可編程控制器；發(fā)射機；控制保護系統(tǒng)

0 引言

雷達發(fā)射機的控制保護電路中的邏輯控制，大多采用＋15V的CMOS邏輯，各種故障的比較采用的是模擬比較。這不僅使元器件分散，不易集成（因為沒有＋15V電壓的可編程器件），不能編程，修改困難。最主要的問題是采樣電壓都是模擬電壓，不能與單片機和計算機連，不易做液晶顯示。而現(xiàn)在進口的發(fā)射機基本上都帶液晶顯示，界面良好，想看某個電壓就可以顯示某個電壓，并且已經(jīng)把這一部分電路模塊化了。同時，一些大型的數(shù)控機床及環(huán)境實驗箱現(xiàn)在也都是用數(shù)字信號控制和顯示的，所以，模擬信號數(shù)字化是發(fā)射機控制保護電路的發(fā)展方向。

現(xiàn)在采用先進的CPLD技術(shù)，將控制開關(guān)機順序的組合邏輯用一片CPLD來實現(xiàn)；而故障比較部分用A/D變換器把采樣的模擬信號變成數(shù)字信號，再用另一片CPLD進行數(shù)字比較，使各路的故障比較由原來的并行工作，改成串行工作。這兩部分完成了控制保護系統(tǒng)的控制和保護兩大功能，而且大大減少了元器件數(shù)量。

本文就如何用CPLD實現(xiàn)預熱延時、風冷延時，加電的順序控制，各種故障的指示，消除按鍵的抖動等功能；如何用CPLD實現(xiàn)串行采樣、數(shù)字比較；如何實現(xiàn)各種取樣的模擬電壓與數(shù)字信號的銜接；如何解決電平變成＋5V后，可能會帶來控制保護系統(tǒng)的誤報故障；以及如何在控制保護電路地跟發(fā)射機地連在一起時，濾掉紋波保證A/D的精度等方面，進行了簡述。

本系統(tǒng)的技術(shù)特點如下：

——使用了先進的CPLD技術(shù)，使編程和修改更加容易，可移植性增強；

——元器件數(shù)量減少，控制簡單方便，提高了系統(tǒng)的可靠性；

——有各種故障指示，當出現(xiàn)故障時可以準確定位。

1 對發(fā)射機控制保護系統(tǒng)的要求

發(fā)射機由于其行波管非常昂貴，而且行波管的陰極電壓和收集極電壓都是高壓，輸出功率很大，所以，發(fā)射機的控制保護系統(tǒng)尤為重要。要求在出現(xiàn)任何一種故障時，控制保護系統(tǒng)都能發(fā)現(xiàn)故障，并且切斷供給行波管的高壓。控制保護系統(tǒng)分為控制和保護二部分，各部分具體要求如下。

1.1 控制部分

1.1.1 開關(guān)機順序

開機時燈絲要有足夠的預熱時間，一般預熱時間需要3～5min。只有在燈絲電壓達到一定的幅度，預熱達到要求時間，以及沒有任何故障的情況下，才允許加高壓。待高壓加到一定的幅度才允許加觸發(fā)脈沖。關(guān)機時，應先切斷高壓，后切斷低壓，而且低壓切斷后，要求風冷延時斷電，使行波管的風機繼續(xù)工作1～2min，再切斷電源。所以，控制保護電路中要具有預熱延時和風冷延時功能。

1.1.2 故障處理

在高壓加上后，如果出現(xiàn)任何故障，應該立即切斷高壓，以免造成行波管或高壓電源損壞。

1.1.3 顯示

發(fā)射機在正常工作時應有顯示，在故障發(fā)生時也應該有顯示。

在正常工作時，加上低壓，“預熱”燈亮。預熱時間達到后，如果沒有任何故障，“待機”燈亮，這時按下“高壓通”鍵，“高壓通”燈亮。

發(fā)生故障時，無論是何種故障，該故障對應的顯示燈都應亮。共有11種故障燈，分別是陰極過壓、收集極過壓、燈絲欠壓、螺旋線過流、總供電過流、重頻故障、反射功率故障、行波管過熱、二組合過熱、光纖故障、門開關(guān)故障。

1.2 保護部分

發(fā)射機具有過壓保護、過流保護、溫度保護、占空比保護、駐波保護、門開關(guān)保護等功能。

1.2.1 過壓保護

對于行波管來說，它的陰極和收集極電壓都很高，現(xiàn)在大多采用開關(guān)電源，電壓很快就升到行波管要求的陰極和收集極電壓。如果反饋環(huán)路一旦失控，將使行波管因為過壓而燒毀。所以，必須檢測行波管陰極和收集極電壓，一旦出現(xiàn)過壓立刻將高壓切斷。主要是切斷開關(guān)電源的脈寬調(diào)制器的輸出脈沖，使主功率器件沒有驅(qū)動脈沖，達到保護的目的。

1.2.2 過流保護

包括螺旋線過流保護和總供電的過流保護。前者主要是保護行波管，防止行波管的螺旋線因電流過大而燒毀。后者是保護高壓電源和行波管，防止高壓電源短路或電流過大造成對行波管和高壓電源的損害。

1.2.3 溫度保護

發(fā)射機由于輸出功率大，使得其本身的功耗較大，另外，一些功率器件也比較熱，雖然有風冷系統(tǒng)，但為了安全而在關(guān)鍵件上另加溫度保護電路，一旦超過所設(shè)定的溫度門限，立即切斷高壓，使該器件不致因溫度過高而損壞。

1.2.4 占空比保護

脈沖行波管的占空比是行波管的主要指標，如果超過允許的最大占空比會損害行波管，所以，對輸入脈沖的占空比要有限制，一旦超過，立即切斷高壓，使行波管不工作。