[發明專利]基于FPGA的固態功率控制器反時限過電流保護裝置

有效

• 申請號: 200910023266.7
• 申請日: 2009-07-10
• 公開（公告）號: CN101599628A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 相征;劉校偉;冀晗;任鵬;徐連軍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H02H3/08
• 分類號: H02H3/08
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于電子電路技術領域，涉及固態功率控制，尤其是一種反時限過電流保護系統，可用于工業監控，電子負載保護，以及飛機航天航空等多個領域。

背景技術

固態功率控制器是基于半導體的一種電路負載監控系統，它從電路負載采集電流數據，然后根據電流值來判斷負載工作是否正常。當檢測到流過負載的電流大于某個固定的額定值時，它會根據電流值大小對負載進行相應的延遲關斷，避免負載因過流而被損壞，實現反時限控制。

目前，固態功率控制器反時限保護方法有以下兩種：

現有技術一，基于模擬電路的反時限控制，早期采用電磁型繼電器實現反時限特性，后來使用整流型繼電器實現。它的實現方法：由運算放大器構成過流電參量形成回路，檢測判斷電路及延時電路組成，檢測判斷電路為整定電參量輸出與過流電參量輸出一同接入放大器的輸入端，輸出端接后級放大電路中延時電路的電容充放電路中線路通斷開關，兩級放大器均接有可調反饋電阻，用以調整啟值及時間基值，如能源部南京自動化研究所提出的專利申請號為90211518的反時限過流器，就是用上述方法實現的。由于這種方法的反時限控制是有電阻和電容值來確定的，存在的缺點：精度低、可靠性差，功耗大等，從而限制了它的應用；

現有技術二，是基于單片機的控制器，包括單片機、由第一電阻R1和電容C1組成的RC充放電回路以及二極管V1，所述RC充放電回路連接二極管V1的負極，所述二極管V1正極連接所述單片機的模/數轉換(A/D)端口，所述二極管V1的正極同時通過第二電阻R2連接到單片機電源輸入端(VCC)。利用單片機應用系統中單片機的模/數轉換端口對RC放電時間檢測進而結合單片機軟件設計來判斷單片機系統斷電時間，使得單片機系統斷電又重新上電后可以由軟件根據所述模/數轉換口轉換結果判斷系統斷電時間，由于單片機無法進行大量的運算，因此多采用查表法來實現，即事先將式中的數值計算好，以表格形式存放在程序存儲器EPROM中，根據電流值直接在存儲器里面直接取值，從存儲器讀取的值就是關斷的時間。如廣東科龍電器股份有限公司提出的專利號：200420071350的一種單片機系統斷電保護電路，就是基于這種方法實現的，這種方法的缺點是：穩定性不夠高，精度不夠高，靈活性差，抗電磁干擾性能比較差。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的缺點，提出一種基于FPGA的固態功率控制器反時限過電流保護系統及方法，以減少反時限過流保護系統的功耗，提高處理速度和精度，增強穩定性和抗干擾能力。

為了實現上述目的，本發明的反時限過電流保護裝置包括：

多路數據寄存器組模塊：用于對外界多路數據進行分組，以區分不同路數的數據，接收FSM控制模塊輸入的地址信號，同時向FSM控制模塊輸出數據；

FSM控制模塊：用于接收多路數據寄存器組輸出的數據，送給反時限過電流保護模塊，并接收反時限過電流模塊計算得到的數據，與基準值進行比較，判決是否執行關斷命令，輸出控制信號；

反時限過電流保護模塊：利用FSM輸入的數據、系數和控制信號完成相應的乘法，加法和鎖存計算，并向FSM控制模塊傳輸計算結果；

輸出控制模塊：接收FSM控制模塊發出的控制信號，輸出給FPGA外界電路；

時鐘管理模塊：為整個FPGA工作模塊提供工作時鐘；

該FSM控制模塊分別與多路數據寄存器組、反時限過電流保護模塊雙向連接，并與輸出控制模塊單向連接。

所述的多路數據寄存器組模塊同時與外界A/D采樣數據輸出端口相連接，接收外界數據。

所述的時鐘管理模塊主要由時鐘處理子模塊、延遲鎖相子模塊和分頻子模塊組成，時鐘處理子模塊與外界時鐘相連接，穩定外界時鐘信號，時鐘處理子模塊輸出時鐘信號，為ip核提供工作時鐘，同時輸出給分頻模塊；分頻模塊輸出分頻時鐘信號給延遲鎖相模塊，延遲鎖相模塊完成時鐘鎖相鎖頻，并輸出時鐘信號。

所述的反時限過電流保護模塊采用3個12×12的乘法器、4個14×24乘法器、一個39比特帶符號位的累加器和一個鎖存器，這些乘法器和累加器的工作時鐘為40MHZ。