刘亚锋，李 奎

(陕西群力电工有限责任公司，陕西宝鸡，721300)

1 引 言

随着电子设备配电系统智能化程度越来越高，传统配电系统存在电缆过长及遥控配电系统离散控制线过多、自动化程度不高等缺点，无法满足新型配电系统的需求。固体功率控制器(SSPC)是集断路器线路保护功能和固体继电器开关功能于一体的智能开断装置，它采用功率MOSFET作为开关器件，具有开关速度快、无触点、无电弧、电磁干扰小、可靠性高以及便于计算机控制等特点，逐步被广泛应用于电子设备的配电系统，可以减少配电系统的器件数量、重量和成本，使配电系统操控简单，维护方便，提升了系统的电磁兼容特性和配电系统的运行可靠性，实现了配电系统的智能化控制。

目前，国内多组数输出固体功率控制器的研制尚处于起步阶段，在通信处理电路设计时,一般采用一个处理器集中控制所有组的功率驱动、电流信号采集、电压信号采集及短路保护状态信号的处理，存在程序设计难度大、通信延迟和可靠性低等问题。本文介绍了一种八组数输出CAN总线接口固体功率控制器的通信处理电路设计，采用模块化的设计思路，具有各组的参数一致性好、通信可靠及易于移植等优点，可实现不同组数输出固体功率控制器的设计。

2 总体设计方案

本方案中通信处理电路采用模块化设计思路，由CAN收发器、主处理器及八个子处理器组成，各子处理器独立负责每组的功率驱动、电流信号采集、电压信号采集及短路保护状态信号的处理。该设计方案在主处理、子处理器软件不需要变动的情况下，可实现不同组数输出固体功率控制器的设计。电原理框图如图1所示。

图1 电原理框图

当上位机通过CAN总线向主处理器发送接通/关断指令时，主处理器相应I/O口置高电平/低电平，子处理器相应I/O口识别到高电平/低电平后，将连接功率驱动电路的相应I/O口置高电平/低电平，从而快速接通/关断功率输出电路。

当某一组出现过流或欠压时，由子处理器负责对采集到的信号进行判断，执行过流保护或欠压保护，并将过流保护状态信号或欠压保护状态信号传输至主处理器保存；当上位机通过CAN总线向主处理器发送查询指令时，主处理器将产品每组的负载电流、负载电压以及状态信息(开关状态、过流保护状态、短路保护状态等)发送至上位机。

3 硬件电路设计

本方案中，上位机与主处理器之间采用CAN总线通信，主处理器与子处理器之间采用I2C串行通信。

CAN总线接口芯片采用隔离式CAN收发器，它集成了隔离通道与CAN收发器，实现了总线与CAN控制器之间的隔离，提高了接口电路的抗干扰能力，隔离式CAN收发器简化电路原理图如图2所示。

图2 隔离式CAN收发器简化电路原理图

主处理器具有CAN模块，可直接与隔离式CAN收发器组成CAN总线接口电路，简化了电路设计难度。CAN总线接口电路原理图如图3所示。

图3 CAN总线接口电路原理图

图4 I2C总线通信原理图

子处理器具有同步串行端口(SSP)模块和10位模数转换器(A/D)模块。由于主处理器和子处理器均含有同步串行端口模块，可直接读取数据，因此两者之间的通信采用I2C串行通信，为了软件的通用性强，子处理器采用硬件设置地址。I2C总线通信原理图如图4所示。

4 软件设计

4.1 CAN总线通信部分

上位机与主处理器之间采用CAN总线通信。由于CAN协议只定义了物理层和数据链路层，在实际应用时需设计应用层协议。在设计应用层协议时，需要定义数据帧当中的3个位场，包括仲裁场(包含11位报文标识符和1位RTR位)、控制场(包含4位数据长度码DLC，用来指示数据场中的数据字节个数)和数据场(包括0-8个字节的数据)。本方案中定义的11位报文标识符如表1所示。CAN总线通信软件流程设计如图5所示。

表1 11位报文标识符定义

图5 CAN总线通信软件流程图

4.2 I2C总线通信部分

主处理器作为I2C通信的主控制器，工作在主控模式，子处理器工作在从动模式。本方案中I2C通信数据帧及各个域的定义如表2所示。I2C总线通信软件流程设计如图6所示。

表2 I2C通信数据帧及各个域的定义

图6 I2C总线通信软件流程图

6 主要特点

1)采用模块化的设计思路，具有各组的参数一致性好、通信可靠及易于移植等优点，在软件不需要变动的情况下，可实现多组数输出固体功率控制器的设计。

2)采用子处理器独立负责每组的电流信号采集、电压信号采集、反时限过流保护及短路保护状态信号的处理，各组之间互不影响。

3)采用硬件来设置子处理器的地址，提高了子处理器的程序通用性。

7 结束语

采用该通信处理电路的八组输出固体功率控制器，可完成负载电压查询、负载电流查询、反时限过流保护、状态查询等通信功能，达到了与上位机可靠通信的目的，实现了产品设计的预定功能。