可编程逻辑器件在家电测试仪中的应用.pdf
第20卷第3期2001年5月 无 锡 轻 工 大 学 学 报Journal of Wuxi University of Light Industry Vol.20,No.3May.,2001文章编号:1009-038X(2001)03-0302-05 收稿日期:2000-10-10;修订日期:2001-03-15.基金项目:教育部高等学校骨干教师计划项目(教技司200065号)资助课题.作者简介:金小俊(1977-),男,江苏南京人,控制理论与控制工程硕士研究生.可编程逻辑器件在家电测试仪中的应用金小俊,纪志成,孙星海(无锡轻工大学信息与控制学院,江苏无锡214036)摘 要:在分析可编程逻辑器件(PLD)的特点、设计技术及方法的基础上,重点介绍了采用PLD设计家电测试仪 绝缘、耐压测试仪.与传统方法相比,这种方法更加经济、可靠.关键词:可编程逻辑器件;家电测试仪;在系统编程中图分类号:TP2文献标识码:AThe Application of PLD in Household Electronic AppliancesTesterJ IN Xiao2jun,J I Zhi2cheng,SUN Xing2hai(School of Information and Control Engineering,Wuxi University of Light Industry,Wuxi 214036,China)Abstract:On the base of analyzing the characteristics and designing methods of programmable logiccomponent,a new kind of designing method of tester of household electronic appliances with PLD isintroduced in this paper,which is more economical and stable than traditional methods.Key words:PLD;household electronic appliancestester;system programmable可编程逻辑器件,简称PLD(ProgrammableLogic Device),自20世纪80年代初推向市场以来,已获得了很大的发展.与传统数字系统设计所采用的标准逻辑器件相比,PLD器件的主要优点为:(1)规模大,一片PLD器件规模可达百万门以上;(2)实现了硬件的软件化设计,通过编程可达到硬件结构的重构目的.这不仅可以降低系统设计成本,还可以充分利用各开发软件提供的元件库或专用模块提高设计效率、缩短设计周期.Lattice公司于1992年首次推出系统编程技术(ISP技术),它无需昂贵的专用编程器,可直接对安装在用户目标板上的PLD器件进行编程下载,也可在装配好后进行系统的逻辑设计和编程下载,并能根据系统硬件功能需要实时地加以修改或按预定程序改变逻辑组态,从而使整个硬件设计变得像软件设计那样灵活而易于修改,这是标准逻辑器件所无法比拟的.1 家电测试仪的组成本测试仪主要用来对家电产品进行绝缘、耐压测试,由直流电源、高压发生装置、绝缘电阻测试仪、高压泄漏电流测试仪、可编程逻辑器件(PLD)、控制电路等部分组成.图1电路中,K0为电源开关,K1为绝缘自检按钮,K2为高压自检按钮,LEM为电流检测模块,L(M)和G为输出端子,用于连接被测家电.图1 测试仪组成Fig.1Test meter structure2PLD器件的设计方法及软件设计2.1 设计方法采用ISP技术进行PLD设计,在设计过程中,首先要根据系统要求,完成整个系统逻辑功能设计,然后将此逻辑功能按照开发软件的规定,用原理图描述或硬件电路描述语言描述(如ABEL语言、VHDL语言),同时根据所需要的速度和密度选择合适的PLD器件,经过编译、分析优化、适配,产生可下载的J EDEC文件(即熔丝图)和其它报告文件.此时再对其进行功能或时序仿真,若功能和波形不能满足要求,则对所设计的逻辑再修改直至符合要求,最后将此J EDEC文件下载至用户目标板上的PLD器件中,至此,设计完成.简化的设计步骤如图2.2.2 测试过程分析系统首先进行自检,自检正常方可使用.进行自检时,自检/检测开关切换到自检状态,按下绝缘自检按钮,绝缘测试指示灯XD1亮,继电器KM1线圈得电,如绝缘测试电路工作正常,XD2亮.按下高压自检按钮,高压测试指示灯XD4亮,KM3得电,将82k电阻串入测试回路,加1 500 V高压,如高压测试电路正常,XD5亮.当进行测试时,按下启动按钮,绝缘测试指示灯XD1亮,继电器KM2触点闭合,将被测家电接入测试回路,加500 V直流电压,绝缘测试时间由定时器1控制,暂定为6秒.6秒后,若被测绝缘电阻大于或等于设定值(可调),则XD3亮,若小于设定值,则报警.继电器KM2释放,绝缘测试结束.经过延时切换,高压测试指示灯XD4亮,同时继电器KM4闭合,进入高压测试阶段,加1 500 V高压(可调),若高压泄漏电流小于击穿电流设定值(可调),XD6亮,反之报警.高压测试时间由定时器3控制,暂定为6秒,6秒后,KM4释放,高压测试结束.通过检测线上的检测开关检测到下一个家电到时,发出一个脉冲复位,进行下一次测试.图2 简化的设计步骤Fig.2Simplified design2step2.3PLD的选型及配置在进行系统设计之前,必须选好PLD的芯片型号,以便考虑该片资源是否够用.作者所选用的303第3期金小俊等:可编程逻辑器件在家电测试仪中的应用PLD芯片为Lattice公司的1032E270LJ84,该器件包含192个逻辑宏单元,有64个I/O口,资源足够使用.由以上分析可知,PLD器件输入信号包括:自检/检测选择信号,高压、绝缘自检信号,启动信号,复位信号,高压自检状态、绝缘自检状态信号,高压运行状态检测、绝缘运行状态检测信号.输出信号应控制:绝缘自检回路、绝缘测试信号、绝缘测试结果指示灯XD2、XD1和XD3,高压自检回路、高压测试信号、高压测试结果指示灯XD5、XD4和XD6,绝缘测试、高压测试报警信号J YWARN和GY2WARN,绝缘自检、测试线圈KM1和KM2得失电,高压自检、测试线圈KM3和KM4得失电.2.4PLD设计Lattice公司的PLD器件采用的软件是ispEx2pert 7.0,它提供了原理图输入方式、语言输入方式及原理图和语言混合输入方式,作者采用第三种输入方式,即设计出整个系统的逻辑功能原理图,对于一些开发软件的库中没提供的元件用ABEL语言描述它,使之实现所想要的逻辑功能.PLD部分的设计如图3.图3 系统原理图Fig.3System principle schema 图3中的“NEW111”是一个带使能端的四位比较器,是用ABEL语言描述得到的,它们的作用就是把测得的绝缘电阻、高压泄漏电流值同安全值(设定值)比较,若符合要求,合格指示灯亮,反之报警.在 实 际 运 用 中,为 了 能 方 便 改 变 设 定 值,“NEW111”的A02A3接拨盘开关,图中的A02A3端分别固定为10和8,以便仿真时用.“LATCH”是一个锁存器,锁存测到的绝缘电阻、高压泄漏电流数据.“PULSE”是一个脉冲发生器,它的作用是把一个高电平信号变成一个脉冲信号,当测试加500 V电压或1 500 V高压一定时间后,这个脉冲信号发给锁存器和比较器的使能端,把测得的绝缘电阻、泄漏电流数据送进来比较.首先测试绝缘电阻,加500V电压的时间由403 无 锡 轻 工 大 学 学 报 第20卷“TIMER1”定时器控制,定时比较测得的电阻数据.经过延时,开始测试高压泄漏电流,加1 500 V高压的时间由“TIMER3”定时器控制,定时比较测得的泄漏电流数据.经过一段时间,当检测线上的检测开关检测到下一个家电到时,发出一个脉冲复位,进行下一次测试.图中 的JCEN、GYJC、J YJC、GYZT、J YZT、QDEN分别代表自检/检测按钮、高压自检按钮、绝缘自检按钮、高压自检回路状态信号、绝缘自检回路状态信号和启动按钮.3 绝缘高压测试线路设计3.1 绝缘电阻测试仪绝缘电阻的测试按部标要求是在加500 V直流电压的条件下进行测量的.高压稳压电路如图4图4 高压稳压电路Fig.4Regulator circuit of high voltage所示,经变压器升压,整流,滤波后的高压分压后作为基准信号加到运放同相输入端,当此信号因高压的变动而变化时,经运放开环放大后控制调整管的基极电位,继而改变其VCR的导通状况来实现输出电压的稳定.具体的调整过程是:当高压升高时,运放同相端电压随之升高.由于反相端被精密稳压管箝位,故此升高的电压信号经运放放大后输出电位升高,晶体管基极电位升高,VCR电压下降,输出高压随着下降,直至降到设定值.3.2 高压泄漏电流测试根据国家有关规定,测量电气强度应施加1 000 V交流高压1 min无击穿、闪络为合格,一般以泄漏电流小于10 mA为合格标准,对于出厂检测一般施加1 S高压来代替.高压测试的关键是测量高压泄漏电流,作者采用LEM电流模块,该模块具有原副边高度绝缘,测量精度高,体积小,质量轻,反应时间快等优点,但重要的是LEM模块可以测量任意波形的电流,甚至对瞬态峰值的测量,副边电流忠实地反应原边电流的波形.LEM电流模块有许多型号,考虑到高压泄漏电流数值较小,故选择BLB 0.05电流模块,该模块的测量范围00.07A,线性度1%,原边电路耐压2 000 V/min,匝数比11,频率范围0100 KHz.该测试电路如图5.图5 压泄漏电流测试电路图Fig.5High voltage leakage current circuit4PLD设计仿真各厂家开发软件都提供了仿真功能,仿真之前,要编写仿真程序,用它对PLD软件设计部分进行逻辑或时序仿真.绝缘电阻的设定值为10 M,而仿真时给定的测到的绝缘电阻为9 M,所以应报警;高压泄漏电流的设定值为8 m,而仿真时给定的测到的泄漏电流为7 m,因此不报警.仿真结果如图6所示.503第3期金小俊等:可编程逻辑器件在家电测试仪中的应用图6 仿真曲线Fig.6Simulated curves5 结 论用PLD代替PLC来设计家电测试仪是完全可行的,它不仅缩小了电路体积、提高了产品的集成度,而且成本大大降低,由于采用ISP技术,电路设计也具有更大的灵活性.参考文献:1黄正瑾.在系统编程技术及其应用M.南京:东南大学出版社,1999.2潘松主编.EDA技术简明教程M.杭州:杭州电子工业学院出版社,1999.3纪志成,孙星海,范茂兴等.可编程序控制器在绝缘、耐压测试仪的应用J.家用电器科技,1997(3):3739.(责任编辑:朱 明)603 无 锡 轻 工 大 学 学 报 第20卷
