[发明专利]一种基于FPGA的可配置数字固态配电系统

说明书

本发明涉及一种全新的基于FPGA的可配置数字固态配电系统，具备关键特性参数可配置、保护特性可编程的优点，避免了关键参数固定、保护特性固定等导致配电受负载特性限制影响应用的适用范围；具备可重构功能可实现保护特性的选择，从而重构成不同的固态电子开关类别，避免了固态配电模式单一导致应用工况限制，应用范围受限。

技术领域

本发明涉及基于FPGA的可配置数字固态配电技术，属于电力电子技术领域。

背景技术

固态配电以固态电子开关为核心部件，固态电子开关采用功率管作为核心控制开关，现在已被广泛应用于各个领域，具有无触点、无电弧、无噪声、响应快、电磁干扰小、寿命长、可靠性高等优点。固态电子开关包含有保护功能的固态电子开关，如基于I²t功能和短路立即跳闸功能的固态功率控制器类产品、基于恒流限流功能的固态限流开关类等产品；和无保护功能的固态电子开关，如固态继电器。但传统固态配电技术具有模式单一，功能受限，应用范围窄等缺点，且控制部分一般采用软件设计实现，可能带来的死机、程序跑飞、程序运行错误、抗干扰弱等可靠性不高的缺点。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种全新的基于FPGA的可配置数字固态配电系统，具备关键特性参数可配置、保护特性可编程的优点，避免了关键参数固定、保护特性固定等导致配电受负载特性限制影响应用的适用范围；功能可重构能实现保护特性的选择，从而重构成不同的固态电子开关类别，避免了固态配电模式单一导致应用工况限制，应用范围受限；采用基于FPGA的控制架构实现了算法的硬件化，既能避免采用模拟电路搭建带来的参数敏感、又避免了采用软件实现方式可能带来的稳定性不高的缺点。

本发明的技术方案是：

一种基于FPGA的可配置数字固态配电系统，包括FPGA主控制器、配置电路和多个配电通道基本单元，其中每一个配电通道基本单元均包含有：隔离供电电路、驱动电路、信号调理电路、隔离电路、功率电路；配电对象为负载；

配置电路完成FPGA主控制器配置参数的存储及加载；通过FPGA主控制器完成对多个配电通道基本单元的并行控制，每一个配电通道基本单元实现一路功率配电输出，各配电通道基本单元之间彼此隔离，从而实现多路配电控制；

隔离供电电路接收一路外部提供的输入电压，内部通过变压器实现DC-DC电压隔离，输出电压供给驱动电路、信号调理电路、隔离电路；

隔离电路实现对模拟量和数字量的隔离，从而实现FPGA主控制器与配电通道基本单元之间的信息交互；

驱动电路接受通过隔离电路后的开通、关断、限流指令，通过调整功率电路中MOSFET栅极电压实现对MOSFET的开通关断控制、开通关断时间控制及恒流闭环调节；同时驱动电路输出的驱动信号通过与信号调理电路实现信号交互，完成开关状态反馈和保护关断状态反馈；

信号调理电路采集功率电路输出的电流信号、电压信号、温度信号并进行模拟信号运算放大后传给隔离电路和驱动电路，同时信号调理电路还将驱动电路采集到的开关状态、保护关断状态处理后传给隔离电路；隔离电路将信号进行隔离后发送给FPGA主控制器。

进一步的，功率电路包含MOSFET功率器件、通道电流采样电路、电压采样电路、温度采样传感器；通过接收一路外部供电输入，完成对负载的配电控制，同时将配电通道的电流信息、电压信息、MOSFET功率器件的温度信号输出给信号调理电路。

进一步的，配置电路采用E2ROM掉电信息存储芯片实现。

进一步的，FPGA主控制器通过采集配电通道基本单元的状态信息完成对配电通道的电压信息、电流信息、温度信息、开关状态、保护状态实时监控及对外传输，同时通过将以上信息进行算法控制完成对配电通道基本单元的控制，从而实现配电。