低壓電器專用芯片的制作方法

專利名稱：：低壓電器專用芯片的制作方法
技術領域：
：本發明屬于微電子技術應用領域，具體涉及一種低壓電器專用芯片。
背景技術：
：目前，在微電子技術應用領域，交流接觸器是一種典型的電器元件，當線圈通電以后，在電磁力的作用下，動鐵芯以很高的速度帶動動觸頭運動，運動到一定行程后，動、靜觸頭發生碰撞，引起觸頭的多次彈跳，然后又發生動、靜鐵芯間的碰撞，再次產生彈跳。按照國家標準中規定，接觸器應當在85%~110%的額定電壓下完成吸合，目前的交流接觸器就可以達到此項要求，但是在此電壓范圍之外接觸器仍然有可能完成閉合，存在的隱患和問題一、在電壓過高的條件下閉合接觸器觸頭時，由于其電壓過高會導致接觸器線圈中流過的電流過大，從而使得接觸器觸頭閉合速度太快，引起較強的振動，由于接觸器觸頭閉合過程中的流過觸頭的電流為6倍額定工作電流，因此會造成觸頭嚴重的燒蝕；二、由于接觸器的主要用途是接通和分斷交直流主電路及大容量控制電路，其中包括鼠籠式電動機的啟動等，在電壓過低的條件下閉合接觸器觸頭時，電動機為了維持恒定的輸出功率，必須增大電流，在這種條件下工作的電動機非常容易被燒毀；三、當電壓跌落到臨界點時，接通傳統的交流接觸器會出現觸頭劇烈振動的情況，這時主回路的電流會出現時斷時續的狀態，容易成受控電器運行狀態不穩定；四、傳統的接觸器，由于受到外部交流電的直接控制，無論在吸合或保持狀態下線圈兩端的電壓始終保持不變，在吸合階段，較大的吸合電壓會使得觸頭運動速度過快，從而引起觸頭的多次碰撞；在觸頭狀態穩定后，線圈兩端的電壓和電流一直處于余量很大的狀態，浪費很多的能量。
發明內容為了克服上述現有技術的缺點，本發明提供了一種低壓電器專用芯片，能夠使系統的吸力特性與反力特性得到合理的配合，并保持穩定，不受電源電壓波動的影響，能夠使受控設備具有電氣工作壽命長、交流接觸器運行能耗低、銅鐵等原材料需求小、工作噪音小的特點，同時還提高了受控設備的安全性、電氣部件的穩定性、系統算法的保密性及不同接觸器的通用性。為了達到以上目的，本發明采用的技術方案為一種低壓電器專用芯片，包括模數轉換器l、內部電壓參考2、高低電壓比較器3、有效值算法控制器4、單值算法控制器5、上電復位器6、內建時鐘晶振7、電可擦寫可編程只讀存儲器8、狀態監測控制器9、控制信號發生器10、寄存器文件11、通用異步收發傳輸器12、高電壓驅動器13、外部時鐘晶振接收器14、輸入輸出控制器15、時鐘晶振控制器16，其中內部電壓參考2的2D輸出端同模數轉換器1的1D輸入端相連，內部電壓參考2的2E輸出端同高低電壓比較器3的3D輸入端相連，模數轉換器1的1E輸出端同有效值算法控制器4的4D輸入端相連，模數轉換器1的1F輸出端同單值算法控制器5的5D輸入端相連，有效值算法控制器4的4E輸出端分別同電可擦寫可編程只讀存儲器8的8D輸入端、狀態監測控制器9的9E輸入端相連，單值算法控制器5的5E輸出端分別同電可擦寫可編程只讀存儲器8的8E輸入端、狀態監測控制器9的9D輸入端相連，電可擦寫可編程只讀存儲器8的8F輸出端同控制信號發生器10的10D輸入端相連，電可擦寫可編程只讀存儲器8的8H輸出輸入雙向端同通用異步收發傳輸器12的12D輸入輸出雙向端相連，控制信號發生器10的10F輸入端同寄存器文件11的11E輸出端相連，控制信號發生器10的10E輸出端同高壓驅動器13的13B輸入端相連，高低電壓比較器3的3E輸出端同狀態監測控制器9的9F輸入端相連，狀態監測控制器9的9G輸出端同電可擦寫可編程只讀存儲器8的8G輸入端相連，狀態監測控制器9的9H輸入輸出雙向端同寄存器文件11的11D輸出輸入雙向端連接，上電復位器6的6D輸出端同有效值算法控制器4的4B輸入端相連接，上電復位器6的6E輸出端同單值算法控制器5的5B輸入端相連接，上電復位器6的6F輸出端同電可擦寫可編程只讀存儲器8的8B輸入端相連接，上電復位器6的6G輸出端同控制信號發生器10的10B輸入端相連接，上電復位器6的6H輸出端同狀態監測控制器9的9B輸入端相連接，上電復位器6的6I輸出端同寄存器文件11的IIB輸入端相連接，內建時鐘晶振7的7D輸出端同時鐘晶振控制器16的16D輸入端相連接，外部時鐘晶振接收器14的14D輸出端同時鐘晶振控制器16的16E輸入端相連接，時鐘晶振控制器16的16G輸出端同有效值算法控制器4的4C輸入端相連接，時鐘晶振控制器16的16H輸出端同單值算法控制器5的5C輸入端相連接，時鐘晶振控制器16的161輸出端同電可擦寫可編程只讀存儲器8的8C輸入端相連接，時鐘晶振控制器16的16J輸出端同控制信號發生器10的IOC輸入端相連接，時鐘晶振控制器16的16K輸出端同狀態監測控制器9的9C輸入端相連接，時鐘晶振控制器16的16L輸出端同寄存器文件11的11C輸入端相連接，時鐘晶振控制器16的16F輸出端同通用異步收發傳輸器12的12E輸入端相連接，輸入輸出控制器15的15D輸出端同模數轉換器1的1A輸入端相連接，輸入輸出控制器15的15E輸出端同內部電壓參考2的2A輸入端相連接，輸入輸出控制器15的15F輸出端同高低電壓比較器3的3A輸入端相連接，輸入輸出控制器15的15G輸出端同內建時鐘晶振7的7A輸入端相連接，輸入輸出控制器15的15H輸入輸出雙向端同電可擦寫可編程只讀存儲器8的8A輸出輸入雙向端相連接，輸入輸出控制器15的15I輸入端同控制信號發生器10的10A輸出端相連接，輸入輸出控制器15的15J輸出輸入雙向端同通用異步收發傳輸器12的12A輸入輸出雙向端相連接，輸入輸出控制器15的15K的輸入端同高電壓驅動器13的13A輸出端相連接，輸入輸出控制器15的15L輸出端同外部時鐘晶振接收器14的14A輸入端相連接。本發明的工作原理為由外部電壓參考通過輸入輸出控制器15與芯片內部相連或者直接用內部電壓參考2作為基準電壓參考，此參考作用于模數轉換器1和高低壓比較器3，由外部的采樣電壓同輸入輸出控制器15相連接，把采樣的電壓信號送給模數轉換器1，同時通過參考電壓作為基準進行模數轉換，把轉換完成的10位2進制數據送到有效值算法控制器4和單值算法控制器5，通過有效值算法控制器4可以得到一個8位2進制數據，同樣通過單值算法控制器5也可以得到一個8位2進制數據，這兩個數據分別送給狀態監測控制器9，狀態監測控制器9根據內部算法取出其中一個8位2進制數據，同時在電可擦寫可編程只讀存儲器8中就相應數據進行匹配，匹配到匹配數據，則取出相應的頻率和占空比數據，把他們發送到控制信號發生器10，高壓驅動器13把這一信號通過輸入輸出控制器15輸出到芯片外部，對于高低電壓比較器3也是同過前邊提到的參考電壓作為基準，通過輸入輸出控制器15同外部的電壓高低限和反饋電壓進行比較，得到三種狀態的反饋值送到狀態監測控制器9，狀態監測控制器9對這三種的反饋值敏感度較高會優先處理，從寄存器文件中得到默認的狀態，把特定狀態信號送到控制信號發生器10，高壓驅動器13把這一信號通過輸入輸出控制器15輸出到芯片外部，上電復位器6在芯片上電的時候對芯片上的所有寄存器進行復位，通過輸入輸出控制器15同外部的特定連接端口對選用內建還外部時鐘進行選擇，選為內建時，內建時鐘晶振7產生的兩種時鐘頻率，通過時鐘晶振控制器16的選擇，給芯片中其它部件提供時鐘頻率；選為外部時，外部時鐘通過輸入輸出控制器15輸入，外部時鐘晶振接收器14進行接收，同過時鐘晶振控制器16的選擇，給芯片中其它部件提供時鐘頻率，芯片在測試模式的情況下，通過輸入輸出控制器15的特定端口，外部同計算機相連接，內部同通用異步收發傳輸器12連接，對電可擦寫可編程只讀存儲器8中的數據進行讀寫操作。芯片通過采集得到的電壓數據和電流數據，判斷主回路所處的工作狀態、外部電壓狀態。當外部電壓信號滿足要求時，芯片執行吸合過程，芯片發出的控制信號直接施加外部的MOSFET模塊的門極以達到控制MOSFET模塊通斷的目的。由于本發明通過低壓電器專用芯片采集到電壓和電流的采樣回饋值，具有以下特征一、以該芯片作為核心的專用集成電路為控制核心的交流接觸器產品經優化后可以大幅度的減小銅、鐵等原材料的使用量，降低接觸器成本；二、在啟動階段根據電流的變化率，降低觸頭和鐵芯的閉合速度，減少觸頭的振動和彈跳，從而延長接觸器壽命；三、在吸持階段，保持線圈電壓在較低的數值，大幅度的降低接觸器運行能耗。實驗的目就是為了從這三個方面來驗證智能控制的功效，為此我們對鐵芯重量，線圈匝數及重量進行了測量；對吸合階段的彈跳和振動作了測量和對比；對吸持階段接觸器功耗進行了測量和對比，從而驗證了專用集成電路在節能，降噪，減小振動，延長壽命等方面的功效；四、采用芯片所以減少了整個系統的外部器件，把模數轉換、電壓比較、高壓預驅動、邏輯算法都整合到了一起，所有器件的穩定性也得到了很大的提高；五、通過在芯片硬件的設計中加入了一系列的保護算法，使得芯片對系統算法有了較高的保密性，直接通過芯片內部的數據調整就可以直接應用在不同的接觸器上，提高了通用性。圖1是本發明的結構框圖。圖2是接觸器吸合、釋放電壓范圍示意圖。圖3是CJ20-630交流接觸器振動圖形。圖4是智能接觸器觸頭振動圖形。圖中1、模數轉換器；2、內部電壓參考；3、高低電壓比較器;4、有效值算法控制器；5、單值算法控制器；6、上電復位器；7、內建時鐘晶振；8、電可擦寫可編程只讀存儲器；9、狀態監測控制器；10、控制信號發生器；11、寄存器文件；12、通用異步收發傳輸器；13、高電壓驅動器；14、外部時鐘晶振接收器；15、輸入輸出控制器;16、時鐘晶振控制器。具體實施例方式下面將結合附圖對本發明作進一步詳細的描述。參見圖1，本發明由外部電壓參考通過輸入輸出控制器15與芯片內部相連或者直接用內部電壓參考2作為基準電壓參考，此參考作用于模數轉換器1和高低壓比較器3。由外部的采樣電壓同輸入輸出控制器15相連接，把采樣的電壓信號送給模數轉換器1，同時通過參考電壓作為基準進行模數轉換，把轉換完成的10位2進制數據送到有效值算法控制器4和單值算法控制器5，通過有效值算法控制器4可以得到一個8位2進制數據，同樣通過單值算法控制器5也可以得到一個8位2進制數據，這兩個數據分別送給狀態監測控制器9，狀態監測控制器9根據內部算法取出其中一個8位2進制數據，同時在電可擦寫可編程只讀存儲器8中就相應數據進行匹配，匹配到匹配數據，則取出相應的頻率和占空比數據，把他們發送到控制信號發生器10，高壓驅動器13把這一信號通過輸入輸出控制器15輸出到芯片外部，對于高低電壓比較器3也是同過前邊提到的參考電壓作為基準，通過輸入輸出控制器15同外部的電壓高低限和反饋電壓進行比較，得到三種狀態的反饋值送到狀態監測控制器9，狀態監測控制器9對這三種的反饋值敏感度較高會優先處理，從寄存器文件中得到默認的狀態，把特定狀態信號送到控制信號發生器10，高壓驅動器13把這一信號通過輸入輸出控制器15輸出到芯片外部，上電復位器6在芯片上電的時候對芯片上的所有寄存器進行復位，通過輸入輸出控制器15同外部的特定連接端口對選用內建還外部時鐘進行選擇，選為內建時，內建時鐘晶振7產生的兩種時鐘頻率，通過時鐘晶振控制器16的選擇，給芯片中其它部件提供時鐘頻率；選為外部時，外部時鐘通過輸入輸出控制器15輸入，外部時鐘晶振接收器14進行接收，同過時鐘晶振控制器16的選擇，給芯片中其它部件提供時鐘頻率，芯片在測試模式的情況下，通過輸入輸出控制器15的特定端口，外部同計算機相連接，內部同通用異步收發傳輸器12連接，對電可擦寫可編程只讀存儲器8中的數據進行讀寫操作。芯片通過采集得到的電壓數據和電流數據，判斷主回路所處的工作狀態、外部電壓狀態。當外部電壓信號滿足要求時，.芯片執行吸合過程。芯片發出的控制信號直接施加外部的絕緣柵極場效應晶體管模塊的門極以達到控制絕緣柵極場效應晶體管模塊通斷的目的。參見圖1，模數轉換器1是10位逐次比較型模數轉換器，在本發明中工作時采樣率為1.6KHz。轉換算法為換算結果=(模數轉換器輸入電壓/參考電壓)X1024。連接到外部基準源，也可以接到內部基準源。經模數轉換器轉換后得到一個10位、1.6KHz的并行數據流數據，經與存取模數轉換器直流分量補償值校準精度后，再與存取模數轉換器幅度補償系數相乘調整動態范圍，在0-1023之間做鉗位后得到模數轉換器輸出數據，最終輸出此數據。其中存取模數轉換器直流分量補償值是一個10位有符號數，采用二進制補碼格式，高位為符號位。調整范圍(+/-)512，存取模數轉換器直流分量補償值寄存器，用來存取模數轉換器直流分量補償值。存取模數轉換器幅度補償系數是一個8位浮點數，高位為整數位，調整范圍1倍2倍，存取模數轉換器幅度補償系數寄存器，用來存取模數轉換器幅度補償值。參見圖1，內部電壓參考2，其功能就是基準輸出一個穩定的電壓值。參見圖l，高低電壓比較器3內部有三個獨立的比較器，其中兩個為低壓型比較器，起到下限比較和過流比較的作用，另一個為高壓型比較器，起到上限比較的作用。參見圖1，有效值算法控制器4，有效值算法為取1周期內16次值的平均值，其刷新信號周期為0.625ms，有效值每次都保持16個單點值的計算，采用時間軸移動的方式進行，即用最新的單點值替換最早的單點值求平均值，平均值結果再取最高10位數據(平均值輸出=平均值/1024)。在上電后輸入的模數轉換器的單點值個數未達到16之前，平均值輸出的值是4個單點值的平方和再除以4096;當達到16個輸入時，平均值輸出的值是按16個單點值的平方和再除以16384。參見圖1，單值算法控制器5，單值算法其刷新信號周期為0.625ms，每間隔此周期采出一組數據輸出。參見圖1，上電復位器6，產生低電平有效復位信號，復位電平為4.0V。參見圖l，內建時鐘晶振7，工作電壓4.5V5.5V，它由2個子振蕩器構成，一個工作在240K，一個工作在8M，2%誤差，240K只用來從電可擦寫可編程只讀存儲器中讀取內部時鐘晶振調整碼/內部8M時鐘晶振調整碼調整8M的時鐘精度，調整完成后，整個芯片工作在8M。參見圖1，電可擦寫可編程只讀存儲器8，電可擦寫可編程只讀存儲器中存儲的數據分為三大塊:第一塊為啟動態有效值表/單值表(256byte)和保持態有效值表/單值表(128byte)，通過同輸出數據進行匹配映射為相應的地址，據相應的地址在電可擦寫可編程只讀存儲器中査出占空比數據；第二塊為可調參數表(64byte)，上電復位后硬件讀取相應地址上的數據，更新相應寄存器，第三塊為預設參數表(64byte)，上電復位時讀取相應地址上的數據，更新相應寄存器。存放異或和數據，存放數據恒為0，存放內部8MHz振蕩器的校準參數內部時鐘晶振調整碼，存放內部8MHz振蕩器的校準參數內部8M時鐘晶振調整碼，存放模數轉換器校準參數存取模數轉換器直流分量補償值，存放模數轉換器校準參數存取模數轉換器幅度補償系數，存放輸出模式，第二組比較器使能的時候，單路門限使能設置值。存放電可擦寫可編程只讀存儲器的加密位，它只在測試模式下有效，正常模式下無效，當通用異步收發傳輸器向該地址的值寫入XX時，表示電可擦寫可編程只讀存儲器被加密，通用異步收發傳輸器無法讀寫電可擦寫可編程只讀存儲器。參見圖1，狀態監測控制器9，整個數據通路部分的工作狀態分為空閑態(0狀態)，啟動態(A狀態)，保持態(B狀態)，系統復位后位于0狀態，驅動端口輸出為低電平。O狀態轉到A狀態的條件是在設定時間內(可調0ms150ms，步長為10ms，)，有效值連續滿足上下限條件(々《X^4)，則進入A狀態，4和^為可設定值，《為前邊提到的有效值。在進入A狀態期間，驅動端口輸出波形，就是有效值控制的控制信號發生器或單點控制輸出的控制信號發生器所產生的脈沖波形(其參數由A狀態有效值表/單值表、可調參數表給出)。此階段，在O狀態控制信號發生器控制采用輸出為衡定低電平，同時開始進行0狀態到A狀態的檢測，在滿足A狀態之后控制信號發生器采用啟動控制數據區控制參數和A狀態控制信號發生器基本設置參數；A狀態進入B狀態的條件是進入A狀態后，當有效值滿足上下限條件(S^X"^)且延時達到設定時間(10ms150ms，步長為10ms)，則進入B狀態。^和^為可設定值，J^為前邊提到的有效值。在此期間，驅動端口輸出波形，就是有效值控制的控制信號發生器或單點控制輸出的控制信號發生器所產生的脈沖波形(其參數由A狀態和保持態有效值表/單值表、可調參數表給出)。此階段，在滿足A狀態進入B狀態之前控制信號發生器采用啟動控制數據區控制參數和A狀態控制信號發生器基本設置參數，在進入B狀態后控制信號發生器采用保持控制數據區控制參數和B狀態控制信號發生器基本設置參數；B狀態轉到0狀態的條件是B狀態上下限條件不滿足(C"義3^)，且達到設定時間(10ms150ms，步長為10ms)。C,.禾口Q為可設定，X3為前邊提到的有效值。在B狀態期間，驅動端口輸出波形，就是有效值控制的控制信號發生器或單點控制輸出的控制信號發生器所產生的脈沖波形(其參數由B狀態有效值表/單值表、可調參數表給出)。此階段，在滿足B狀態進入0狀態之前控制信號發生器采用保持控制數據區控制參數和B狀態控制信號發生器基本設置參數，在進入O狀態后控制信號發生器采用輸出為衡定低電平，同時開始進行0狀態到A狀態的檢測。以上是單純由模數轉換器的有效值或者單點值決定的狀態轉換條件，并且狀態轉換只能是0+A^B^O的過程，不能有O^B，A^0，B+A的轉換。如果比較器使能，則狀態轉換可以從任何狀態向0狀態轉換。參見圖l，控制信號發生器IO，控制信號發生器輸出3k30k，每步0.5k;啟動和保持態采用不同頻率，并可分別設定。占空比輸出范圍為0%，2%98%，100%，每步0.5°/。。啟動態和保持態的占空比參數分別來自啟動控制數據區和保持控制數據區。占空比級數為100%+0.5%=200，最小脈寬為0.5%/30k=0.166us-6MHz，由于本系統時鐘為8MHz，所以實現最小脈寬為0.125us〈0.166us能滿足最大頻率30k，占空比為0.5%的要求。參見圖l，寄存器文件ll，具有以下功能:<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>器讀寫，TH常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的184H/185H中讀出。STSTEP空閑態轉啟動態步長寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的186H/187H中讀出。KPHV啟動態轉保持態上限值寄存器。測試模式下通過通用異歩收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的188H/189H中讀出。KPLV啟動態轉保持態下限值寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的18AH/18BH中讀出。KPTIM啟動態轉保持態時間。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的18CH/18DH中讀出。KPSTEP啟動態轉保持態步長。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的18EH/18FH中讀出。IDLEHV保持態轉空閑態上限值寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的190H/191H中讀出。IDLELV保持態轉空閑態下限值寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的192H/193H中讀出。IDLETIM保持態轉空閑態時間寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的194H/195H中讀出。IDLESTEP保持態轉空閑態步長寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的196H/197H中讀出。STFRE啟動態控制信號發生器頻率寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的198H/199H中讀出。KPFRE保持態控制信號發生器頻率寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的19AH/19BH中讀出。GLHTIM單路門限比較上限時間寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的19CH/19DH中讀出。GLHSTEP單路門限比較上限步長寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的19EH/19FH中讀出。GLLTIM單路門限比較下限時間寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的1A0H/1A1H中讀出。19G1XSTEP單路門限比較下限步長寄存器。測試模式下通過通用異歩收發傳輸器讀寫，正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的1A2H/1A3H中讀出。STATUS工作狀態寄存器。0(初始態)，1(啟動態)，2(保持態)。測試模式下通過通用異步收發傳輸器只讀。E2ERR電可擦寫可編程只讀存儲器數據錯誤寄存器。0:正確，l:錯誤。測試模式下通過通用異步收發傳輸器只讀。正常模式下該值由硬件置位。PWMCLMP控制信號發生器鉗位寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫。正常模式下由硬件置位和復位。PWMDUTY控制信號發生器占空比寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫。PWMFRE控制信號發生器頻率寄存器。當前控制信號發生器的頻率，工作狀態寄存器決定它來自啟動態控制信號發生器頻率寄存器或者保持態控制信號發生器頻率寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫。TRIMO內部時鐘晶振調整碼。測試模式下由通用異步收發傳輸器讀寫。正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的1C2H中讀出。TRIM1內部8M時鐘晶振調整碼。測試模式下由通用異步收發傳輸器讀寫。正常模式下從電可擦寫可編程只讀存儲器的1C3H中讀出。R時鐘晶振_STA內部8M時鐘晶振穩定標志。測試模式下通過通用異步收發傳輸器只讀。R時鐘晶振—CLOSE關閉內部8M時鐘晶振。測試模式下通過通用異步收發傳輸器只寫。R時鐘晶振OPEN打開內部8M時鐘晶振。測試模式下通過通用異步收發傳輸器只寫。BAUD一HIGH通用異步收發傳輸器波特切換指示。測試模式下通過通用異步收發傳輸器只寫。XORSUM電可擦寫可編程只讀存儲器異或和結果寄存器。測試模式下通過通用異步收發傳輸器只讀。正常模式下由硬件求異或(電可擦寫可編程只讀存儲器的000H地址到1A7H地址內容的異或和)得到。E2W麗寫電可擦寫可編程只讀存儲器完成標志。測試模式下通過通用異步收發傳輸器只讀。寫該寄存器可以自動清除該標志位。STDUTY啟動態缺省的占空比。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫。正常模式下，如果電可擦寫可編程只讀存儲器校驗出錯，而且狀態處在啟動態，則控制信號發生器的占空比用該值(表示56%)oKPDUTY保持態缺省占空比。測試模式下通過通用異步收發傳輸器讀寫。正常模式下，如果電可擦寫可編程只讀存儲器校驗出錯，而且狀態處在保持態，則控制信號發生器的占空比用該值(表示10%)。CMP2DET比較器2高電平檢出時間。'0表示1個系統時鐘周期(0.125us)。1表示2個系統時鐘周期(0.25us)。最大255表示255個系統時鐘周期(31.875us)。CMP2TIM比較器2高電平保持時間。0表示1個系統時鐘周期(0.125us)。120表示2個系統時鐘周期(0.25us)。最大255表示255個系統時鐘周期G1.875us)。每次檢出比較器2的高電平就保持比較器2高電平保持時間。它與比較器2高電平檢出時間共同起到對比較器2輸出的慮波作用。E2DECRYPT電可擦寫可編程只讀存儲器的解密寄存器。當向1C8H寫入XX時加密電可擦寫可編程只讀存儲器，電可擦寫可編程只讀存儲器禁止通用異步收發傳輸器讀寫。當向22CH寫入YYH時，可以解密。參見圖l，通用異步收發傳輸器12，有l個獨立的串口通用異步收發傳輸器，它只工作在測試模式下，正常模式下它不工作，主要用于芯片的調測功能。串口是半雙工串行通訊接口，不能同時進行串行數據的收發，串口為固定波特率，在調整內部8M時鐘晶振期間為9600，內部8M時鐘晶振穩定后為115200。每個子幀的數據結構包括起始位，8位數據位和停止位，采用高位優先。參見圖1，高壓驅動器13，指標30mA，瞬時20us，150mA，上升時間100ns，下降時間100ns。參見圖l，時鐘晶振控制器16，對內建時鐘晶振7和外部時鐘晶振接收器14的時鐘信號進行選擇。在本發明的低壓電器專用芯片的控制下，接觸器可以達到以下電氣和機械性能一、參見圖2，首先，確定接觸器在額定電壓Ue的80%~110%范圍內穩定吸合，但是在此電壓范圍之外，外部上電時接觸器觸頭完全不動作，這樣就可以保證，吸合電壓過高或過低帶來的不利因素和安全隱患。其次，當接觸器在國標規定的范圍之內閉合之后，外部電壓發生了變化。電壓波動超出了國標規定的范圍則通過采樣電路的監測，在電壓低于75%或高于120%額定電壓Ue的情況下，使得智能控制單元可以切斷控制回路進而切斷主電流回路，之所以要保證釋放接觸器觸頭的電壓上下限要比吸合上下限范圍要寬，是為了防止在吸合電壓邊緣，電壓發生小范圍的波動，如果沒有這樣一個電壓的緩沖區則當電壓在此范圍內變化時接觸器觸頭會發生嚴重的振動。通過這樣的操作可以保證(一)接觸器觸頭在國標規定的范圍內穩定的吸合，而在此范圍之外穩定的不吸合；(二)在運行過程中當電壓超過該范圍時，保證接觸器可以及時地斷開主回路。通過這兩方面的智能操作，可以保證被控設備的穩定安全運行。二、在智能控單元中通過程序數據的方式把經過反復試驗測得的數據存儲下來，在接觸器運行過程中，通過對電壓、電流的采樣以及將采樣得到的數據和原有的試驗數據進行對比，通過電流的變化來判斷，接觸器觸頭在閉合過程中所處的位置。在接觸器的閉合過程中，雖然維持電磁機構線圈的中的電壓保持不變，但是隨著動、靜觸頭之間的氣隙發生快速的變化會引起線圈電感量大幅度變化，從而導致在電壓和電阻恒定的情況下，線圈中的電流會發生劇烈的波動，這樣的電流隨觸頭位移變化曲線是所有交流接觸器所共有的特性，因此通過電流的變化率來判斷觸頭的位移和行程可以到達準確的判斷效果。隨著接觸器位置的變化，不斷的改變接觸器吸合過程中線圈的兩端的電壓，從而保證觸頭在閉合瞬間的速度很小進而可以減小觸頭在閉合過程由于能量過大引起的彈跳，智能控制單元是通過不斷輸出脈寬連續變化的控制信號發生器信號來改變控制線圈電壓。下面將通過實驗，采取對比的方式對本發明的特點作進一步描述。分別針對CJ20-630接觸器以及基于該芯片的專用集成電路的接觸器進行了原理和功能的驗證，這兩種接觸器的額定電壓為220V或380V，接觸器主回路的額定電流為630A。CJ20-630交流接觸器與采用本發明的接觸器的銅鐵用量對比鐵芯線圈(Ue:220v)線圈(Ue:380v)原CJ20-630品質(kg)7.05U71.20采用本發明后的CJ20-630品質(kg)3.5120.510.6節省百分比50.6%44%50%圖3和圖4所示分別為原CJ20-630交流接觸器與采用本發明控制的接觸器觸頭振動圖形對比。有無本發明控制時振動次數、時間以及吸持功率對比原CJ20-630交流接觸器觸頭振動次數觸頭振動時間(ms)吸持功率(w)1,6775220V86118240V107141采用本發明控制的接觸器:觸頭振動次數觸頭振動時間(ms)吸持功率(w)180V20.52.1220V20.52.12術30.71.923吸合階段的振動次數和振動時間，是影響接觸器壽命的最關鍵的因素，觸頭振動的時間越長，振動的次數越多在大電流情況下對其燒蝕越嚴重，從而會直接導致接觸器的壽命變短。國家標準中規定，接觸器應當在85%110%的額定電壓下完成吸合，因此我們按照該標準的規定分別在其80%，100%和110%的額定電壓下對以上的每組數據分別進行了200次測量，取其平均值，振動曲線取其中某次測量結果付出。通過以上的對比可以得出隨著電壓的增加，無慧控制的接觸器在振動、閉合時間、運行時的能耗都會線形的增加。但通過該專用集成電路的優化后，其電氣性能大幅度提高，可以在各電壓等級下保持完全相同的電氣和機械特性。優化之后，在全電壓范圍內接觸器觸頭在吸合階段的振動次數和振動時間大幅度減少，在吸持階段的功耗大幅度降低，節能率在95%以上。綜上所述，通過采用以低壓電器專用芯片為核心的低壓電器專用集成電路的使用，不但可以很好的模擬原有低壓電器的良好特性，同時在其動作特性，臨界電氣特性方面有很好的優化，在加裝了專用集成電路后，在吸合、吸持階段，不斷地根據采樣得到的電流改變輸出控制信號。在控制信號的作用下，保持線圈工作電壓不斷的根據主回路的電壓，電流的變化而變化維持低壓電器的超低能耗運行，在專用集成電路的作用下，交流接觸器控制回路由交流轉換為直流控制，從而可以在結構上簡化針對交流控制使用的分磁環，同時可以使交流接觸嚴格按照國家標準設定吸合和釋放電壓范圍，這樣更有利于保證被控制電器的穩定運行，在吸合電壓下限避免傳統低壓電器的劇烈振動，從而更好的延長觸頭和整個接觸器的使用壽命。加裝該專用集成電路的接觸器的磁系統包括鐵芯和線圈可得到大幅的優化，從而減少材料的使用量。目前采用該低壓電器專用芯片的低壓電器專用集成電路以被應用于CJ20全系列接觸器，性能良好，并通過了電磁相容包括浪涌、快速脈沖群電壓跌落國家三級標準檢驗。權利要求1、低壓電器專用芯片，包括模數轉換器(1)、內部電壓參考(2)、高低電壓比較器(3)、有效值算法控制器(4)、單值算法控制器(5)、上電復位器(6)、內建時鐘晶振(7)、電可擦寫可編程只讀存儲器(8)、狀態監測控制器(9)、控制信號發生器(10)、寄存器文件(11)、通用異步收發傳輸器(12)、高電壓驅動器(13)、外部時鐘晶振接收器(14)、輸入輸出控制器(15)、時鐘晶振控制器(16)，其特征在于內部電壓參考(2)的2D輸出端同模數轉換器(1)的1D輸入端相連，內部電壓參考(2)的2E輸出端同高低電壓比較器(3)的3D輸入端相連，高低電壓比較器(3)的3D輸入端相連，模數轉換器(1)的1E輸出端同有效值算法控制器(4)的4D輸入端相連，模數轉換器(1)的1F輸出端同單值算法控制器(5)的5D輸入端相連，有效值算法控制器(4)的4E輸出端分別同電可擦寫可編程只讀存儲器(8)的8D輸入端、狀態監測控制器(9)的9E輸入端相連，單值算法控制器(5)的5E輸出端分別同電可擦寫可編程只讀存儲器(8)的8E輸入端、狀態監測控制器(9)的9D輸入端相連，電可擦寫可編程只讀存儲器(8)的8F輸出端同控制信號發生器(10)的10D輸入端相連，電可擦寫可編程只讀存儲器(8)的8H輸出輸入雙向端同通用異步收發傳輸器(12)的12D輸入輸出雙向端相連，控制信號發生器(10)的10F輸入端同寄存器文件(11)的11E輸出端相連，控制信號發生器(10)的10E輸出端同高壓驅動器(13)的13B輸入端相連，高低電壓比較器(3)的3E輸出端同狀態監測控制器(9)的9F輸入端相連，狀態監測控制器(9)的9G輸出端同電可擦寫可編程只讀存儲器(8)的8G輸入端相連，狀態監測控制器(9)的9H輸入輸出雙向端同寄存器文件(11)的11D輸出輸入雙向端連接，上電復位器(6)的6D輸出端同有效值算法控制器(4)的4B輸入端相連接，上電復位器(6)的6E輸出端同單值算法控制器(5)的5B輸入端相連接，上電復位器(6)的6F輸出端同電可擦寫可編程只讀存儲器(8)的8B輸入端相連接，上電復位器(6)的6G輸出端同控制信號發生器(10)的10B輸入端相連接、上電復位器(6)的6H輸出端同狀態監測控制器(9)的9B輸入端相連接、上電復位器(6)的6I輸出端同寄存器文件(11)的11B輸入端相連接，內建時鐘晶振(7)的7D輸出端同時鐘晶振控制器(16)的16D輸入端相連接，外部時鐘晶振接收器(14)的14D輸出端同時鐘晶振控制器(16)的16E輸入端相連接，時鐘晶振控制器(16)的16G輸出端同有效值算法控制器(4)的4C輸入端相連接，時鐘晶振控制器(16)的16H輸出端同單值算法控制器(5)的5C輸入端相連接，時鐘晶振控制器(16)的16I輸出端同電可擦寫可編程只讀存儲器(8)的8C輸入端相連接，時鐘晶振控制器(16)的16J輸出端同控制信號發生器(10)的10C輸入端相連接，時鐘晶振控制器(16)的16K輸出端同狀態監測控制器(9)的9C輸入端相連接，時鐘晶振控制器(16)的16L輸出端同寄存器文件(11)的11C輸入端相連接，時鐘晶振控制器(16)的16F輸出端同通用異步收發傳輸器(12)的12E輸入端相連接，輸入輸出控制器(15)的15D輸出端同模數轉換器(1)的1A輸入端相連接，輸入輸出控制器(15)的15E輸出端同內部電壓參考(2)的2A輸入端相連接，輸入輸出控制器(15)的15F輸出端同高低電壓比較器(3)的3A輸入端相連接，輸入輸出控制器(15)的15G輸出端同內建時鐘晶振(7)的7A輸入端相連接，輸入輸出控制器(15)的15H輸入輸出雙向端同電可擦寫可編程只讀存儲器(8)的8A輸出輸入雙向端相連接，輸入輸出控制器(15)的15I輸入端同控制信號發生器(10)的10A輸出端相連接，輸入輸出控制器(15)的15J輸出輸入雙向端同通用異步收發傳輸器(12)的12A輸入輸出雙向端相連接，輸入輸出控制器(15)的15K的輸入端同高電壓驅動器(13)的13A輸出端相連接，輸入輸出控制器(15)的15L輸出端同外部時鐘晶振接收器(14)的14A輸入端相連接。2、根據權利要求1所述的低壓電器專用芯片，其特征在于所說的數模轉換器(1)的1D輸入端輸入電壓參考信號，其電壓參考信號為內部電壓參考(2)輸出，也可以數模轉換器(1)直接從芯片外部得到電壓參考。3、根據權利要求l所述的低壓電器專用芯片，其特征在于所說的高低電壓比較器(3)內部共有三組比較器，分別對輸入電壓的的上限、低限和反饋過電壓進行輸出判斷。4、根據權利要求l所述的低壓電器專用芯片，其特征在于所說的上電復位器(6)在系統上電后給所有連接的器件發出復位信號。5、根據權利要求1所述的低壓電器專用芯片，其特征在于所說的內建時鐘晶振(7)內包括兩組時鐘，輸出給時鐘晶振控制器(16)備選。6、根據權利要求l所述的低壓電器專用芯片，其特征在于所有存儲在電可擦寫可編程只讀存儲器(8)中的數據，必須是先寫然后才能讀，并通過異或和算法保證存儲數據是否正確。7、根據權利要求l所述的低壓電器專用芯片，其特征在于所說的控制信號發生器(10)得到電可擦寫可編程只讀存儲器(8)的不同情況下特定的頻率和占空比控制信號數據，控制信號發生器(10)還得到寄存器文件(11)輸出的預設默認情況的數據，最終控制信號發生器(10)輸出為確認的情況下特定的頻率和占空比數據給高壓驅動器(13)。8、根據權利要求l所述的低壓電器專用芯片，其特征在于系統初始化的時候寄存器文件(11)輸出預設默認情況的數據，系統運行后通過讀出電可擦寫可編程只讀存儲器(8)的內容調整寄存器文件(11)的數據。9、根據權利要求l所述的低壓電器專用芯片，其特征在于所說的外部時鐘晶振接收器(14)包括收到的兩組外部時鐘，輸出給時鐘晶振控制器(16)備選。全文摘要低壓電器專用芯片，是一種智能化控制交流接觸器的器件，通過輸入輸出控制器輸入整流過的電壓信號，模數轉換器對此信號進行轉換，結果通過有效值算法控制器、單值算法控制器、電可擦寫可編程只讀存儲器、狀態監測控制器、控制信號發生器、寄存器文件以及高低電壓比較器等一系列算法，最終從高壓驅動器輸出信號，對交流接觸器進行控制，并通用異步收發傳輸器完成芯片同外部的數據交換作用，具有壽命長、能耗低、銅鐵需求小、工作噪音小的特點，同時還提高了受控設備的安全性、電氣部件的穩定性、系統算法的保密性及不同接觸器間的通用性。文檔編號G05B19/04GK101510484SQ200910021560公開日2009年8月19日申請日期2009年3月17日優先權日2009年3月17日發明者濤馮,姚建軍,戴鵬程,李愛軍,喆楊,白浩博申請人:西安智源電氣有限公司