標題淺談ARD3電動機保護器設計原理

繼電器控制電路如圖3所示。JDQ1～JDQ4與CPU連接，三極管QJ11～QJ14的供電電壓是+5V，三極管QJ1～QJ4的供電電壓是+24V�，F以QJ11，QJ1這路控制電路來說明電路工作原理，當CPU輸出高電平時三極管QJ11不導通，OUT11不會輸出電流光藕不會導通，JT1也輸出高電平，QJ1不會導通繼電器不會動作。當CPU輸出低電平時三極管QJ11導通，OUT1輸出高電平使光耦導通， JT1變為低電平，三極管QJ1導通OUT1輸出低電平使繼電器發生動作。圖3中二極管DJ1～DJ4作為繼電器續流二極管。

 

 

1.3       通訊單元

 通訊電路如圖4所示。通訊電路實現將CPU串口輸出電平轉換到RS485電平。本電路的巧妙之處在于數據收發直接由硬件來控制，不用CPU參與控制，這樣可以節省CPU資源簡化程序設計。

 

圖4通訊電路

                                            Fig.4 Communications circuit

 

 

1.4      CPU單元

CPU單元是電機保護器的核心單元。信號采集，各種報警處理，通信功能，顯示功能……都是由它來完成的。本產品采用的CPU芯片是瑞薩公司的H8/3687芯片，該芯片功能如下：62條基本指令； RTC（片上實時時鐘，可作為自由運算計數器使用），SCI（異步或者時鐘同步串行通信接口）2路，1路IIC接口，8路10位A/D，8位定時器2個（Timer B1,TimerV），16位定時器1個（TimerZ），看門狗定時器，14位PWM，45個I/O引腳（H8/3687N有43個I/O引腳），包括8個可直接驅動LED的大電流引腳（I_OL=20mA,@V_OL=1.5V），片上復位電源POR電路，片上低電壓檢測電路（LVD）。該芯片有兩種封裝形式：LQFP-64（10mm×10mm）FP-64（14mm×14mm） 。CPU單元電路如圖5所示。

 

圖5 CPU電路

                                                       Fig.5 Cpu circuit

 

因為A/D功能，IIC功能，RTC，定時器，看門狗等功能都已經集成到芯片內部，所以CPU單元的外圍電路十分簡潔，各引腳只需外接增加端口驅動能力的上拉電阻和穩定信號的濾波電容即可。

 

 

2 軟件設計

系統軟件要完成三相電流、1路剩余電流、三路電壓A/D，各種保護量計算，保護功能判斷處理，顯示電壓、電流，故障記錄，按鍵處理，通訊，變送等功能。只有合理安排程序流程來完成這些功能，保護器才能可靠工作，。程序流程圖如圖6所示：

 電動機保護器作為保護電動機裝置要具有很強的抗干擾性。在本產品軟硬件設計過程中采取如下措施提高產品的抗干擾性：1硬件方面：電源部分加EMC濾波器，高頻變壓器次級與初級加高壓電容，輸出部分加濾波電路；信號采集部分增加濾波電路；在作信號處理的各芯片輸入口處加端口保護電路；在各芯片電源輸入處加去藕電容；繼電器兩端并聯續流二極管，加光耦與CPU端口隔離；不使用的CPU端口定義為輸出狀態；PCB板布局時模擬部分與數字部分作分區處理，模擬信號在模擬區域內布線，數字信號數字區域內布線，二者不進入彼此區域內；布線時盡量加粗電源線與地線，信號線走線時走145º線，不走直角線；使用CPU內部看門狗監控程序運行。2軟件方面：各路信號采集都使用軟件濾波，增加采樣值的準確性。通過采取一系列的措施，產品的抗干擾性能大幅提高，本產品一次性順利通過3C安全認證型式試驗。