[发明专利]基于FPGA的固态功率控制器反时限过电流保护装置

说明书

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，涉及固态功率控制，尤其是一种反时限过电流保护系统，可用于工业监控，电子负载保护，以及飞机航天航空等多个领域。

背景技术

固态功率控制器是基于半导体的一种电路负载监控系统，它从电路负载采集电流数据，然后根据电流值来判断负载工作是否正常。当检测到流过负载的电流大于某个固定的额定值时，它会根据电流值大小对负载进行相应的延迟关断，避免负载因过流而被损坏，实现反时限控制。

目前，固态功率控制器反时限保护方法有以下两种：

现有技术一，基于模拟电路的反时限控制，早期采用电磁型继电器实现反时限特性，后来使用整流型继电器实现。它的实现方法：由运算放大器构成过流电参量形成回路，检测判断电路及延时电路组成，检测判断电路为整定电参量输出与过流电参量输出一同接入放大器的输入端，输出端接后级放大电路中延时电路的电容充放电路中线路通断开关，两级放大器均接有可调反馈电阻，用以调整启值及时间基值，如能源部南京自动化研究所提出的专利申请号为90211518的反时限过流器，就是用上述方法实现的。由于这种方法的反时限控制是有电阻和电容值来确定的，存在的缺点：精度低、可靠性差，功耗大等，从而限制了它的应用；

现有技术二，是基于单片机的控制器，包括单片机、由第一电阻R1和电容C1组成的RC充放电回路以及二极管V1，所述RC充放电回路连接二极管V1的负极，所述二极管V1正极连接所述单片机的模/数转换(A/D)端口，所述二极管V1的正极同时通过第二电阻R2连接到单片机电源输入端(VCC)。利用单片机应用系统中单片机的模/数转换端口对RC放电时间检测进而结合单片机软件设计来判断单片机系统断电时间，使得单片机系统断电又重新上电后可以由软件根据所述模/数转换口转换结果判断系统断电时间，由于单片机无法进行大量的运算，因此多采用查表法来实现，即事先将式中的数值计算好，以表格形式存放在程序存储器EPROM中，根据电流值直接在存储器里面直接取值，从存储器读取的值就是关断的时间。如广东科龙电器股份有限公司提出的专利号：200420071350的一种单片机系统断电保护电路，就是基于这种方法实现的，这种方法的缺点是：稳定性不够高，精度不够高，灵活性差，抗电磁干扰性能比较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点，提出一种基于FPGA的固态功率控制器反时限过电流保护系统及方法，以减少反时限过流保护系统的功耗，提高处理速度和精度，增强稳定性和抗干扰能力。

为了实现上述目的，本发明的反时限过电流保护装置包括：

多路数据寄存器组模块：用于对外界多路数据进行分组，以区分不同路数的数据，接收FSM控制模块输入的地址信号，同时向FSM控制模块输出数据；

FSM控制模块：用于接收多路数据寄存器组输出的数据，送给反时限过电流保护模块，并接收反时限过电流模块计算得到的数据，与基准值进行比较，判决是否执行关断命令，输出控制信号；

反时限过电流保护模块：利用FSM输入的数据、系数和控制信号完成相应的乘法，加法和锁存计算，并向FSM控制模块传输计算结果；

输出控制模块：接收FSM控制模块发出的控制信号，输出给FPGA外界电路；

时钟管理模块：为整个FPGA工作模块提供工作时钟；

该FSM控制模块分别与多路数据寄存器组、反时限过电流保护模块双向连接，并与输出控制模块单向连接。

所述的多路数据寄存器组模块同时与外界A/D采样数据输出端口相连接，接收外界数据。

所述的时钟管理模块主要由时钟处理子模块、延迟锁相子模块和分频子模块组成，时钟处理子模块与外界时钟相连接，稳定外界时钟信号，时钟处理子模块输出时钟信号，为ip核提供工作时钟，同时输出给分频模块；分频模块输出分频时钟信号给延迟锁相模块，延迟锁相模块完成时钟锁相锁频，并输出时钟信号。

所述的反时限过电流保护模块采用3个12×12的乘法器、4个14×24乘法器、一个39比特带符号位的累加器和一个锁存器，这些乘法器和累加器的工作时钟为40MHZ。