[发明专利]基于FPGA的温度检测技术

说明书

技术领域

  本发明涉及一种电能综合补偿中功率器件温度检测的方法，尤其是作为功率开关器件的温度检测。广泛应用于可控整流、有源逆变、交流调压、变频器、无触点功率开关等领域，具体的说是一种基于FPGA的温度检测技术。

背景技术

电力电子器件的发展经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段。目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展。电力电子器件主要应用在电机、变换器（逆变器）、变频器、UPS、EPS电源、风力发电、电能质量综合补偿设备等工业控制领域。但IGBT及晶闸管等大功率器件的缺点在于其允许的最高节温（Tj）受限制。过温引起的大功率器件失效是其失效的主要原因之一。所以准确检测功率器件内部节温是保障各种应用设备可靠性的重要措施。目前检测大功率器件内部温度方法大多采用把集成在大功率器件内部的热敏电阻通过电路转换成模拟电信号量，利用模数转换器转换为数字信号，继而计算出IGBT的内部结温。但是通过模拟电路检测的方法存在一些缺点：成本高；检测电路相对复杂，可靠性差。

发明内容

  本发明为了解决上述存在一些电路复杂，成本高等缺陷，提供了一种基于FPGA的数字化温度检测技术，该发明检测速度快实效性好，检测电路相对简单，可靠性高，成本低。

  为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：该发明包括转换电路及FPGA算法部分，通过将IGBT内部的热敏电阻连接到转换电路，热敏电阻随温度的阻值不同相应变化，通过转换电路将阻值的变化转化为三角波信号，把三角波信号输入到FPGA检测引脚。利用FPGA的功能，检测引入三角信号的上升时间，通过FPGA内部的IIR数字滤波器进一步消除干扰，得到稳定的三角波上升时间。通过查表获得热敏电阻的温度。

    有益效果：该种基于FPGA的温度检测技术，与已有的检测方法相比，具有电路结构简单，测量准确，使用可靠及抗干扰性强的优点。

附图说明

   图1是基于FPGA温度检测的原理框图。

   图2是将温度检测电路拓扑图。

  图3 FPGA内部软件计算示意图。

具体实施方式

  见图1是基于FPGA的温度检测技术原理框图，其中最关键的是把热敏电阻（NTC）通过转换电路，把阻值的变化转换为电路电容充电时间的变化，建立阻值和三角波上升沿时间的关系。

  见图2是温度检测电路拓扑图，由电路拓扑图可知本拓扑图的基本元器件有2个MOS管，2个电阻1个电容和FPGA内部的逻辑控制组成。电路非常简单。

[0013]  电路工作原理是：电路通电时SET为高电平,所以RS触发器输出q为低电平，MOS管Q1处于关断状态，MOS管Q2也处于关断状态。此时电源2通过NTC（热敏电阻）给C1充电，当C1上电压高于MOS管Q2导通电压时,Q2导通，SET变为低电平，RS触发器输出q为高电平，MOS管Q1处于开通状态，C1开始放电。当C1放电完全后，FPGA使RS触发器复位，以此循环往复。

  见图3 FPGA检测C1的充电时间（即上升沿）并滤波，再通过查表获得对应的温度。

  该种基于FPGA的温度检测技术，与已有的检测方法相比，具有电路结构简单，测量准确，使用可靠及抗干扰性强的优点。