CN101604002A - 一种固态功率开关的在线检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固态功率开关的检测方法，包括控制中心、微处理器、驱动电路、采样电路、功率电源、固态功率开关、电气负载，其特征在于：由控制中心发布检测命令给微处理器，通过采用微处理器中的内部定时器产生一个瞬时开关信号，驱动电路给固态功率开关施加一个相应的开通信号，功率电源通过固态功率开关注入电气负载一个瞬时电能，通过采样电路检测负载回路上的电流或电压，输出送至微处理器的模数采样端口，取得开通瞬间内负载回路的电压、电流或固态功率开关上的电压降，来判断固态功率开关能否正常工作，本发明的优点是通过对功率控制开关的瞬时开通和关闭，来检测负载回路的电流或电压，从而达到了对功率控制开关进行在线检测的目的。
Description
技术领域
本发明是一种固态功率开关的检测方法，它可用于机电控制系统和固态功率控制器。
背景技术
在当前的机电控制系统和固态功率控制器中，功率控制开关一般采用机械式电磁继电器、断路器，或采用固态功率开关如可控硅SCR(Silicon ControlledRectifier)、金属氧化物场效应晶体管MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor)、可关断可控硅GTO(Gate Turn-Off Thyristor)、绝缘栅门双极晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、固态继电器SSR(Solid-StateRelay)。在现场控制系统中，由于这些功率控制开关直接与功率电源和电气负载相连，大部分系统一般不允许在电气负载处于非正常工作状态时给电气负载加载运行来判断功率控制开关能否正常工作。而是采用离线方式的检测方法，即解除真实电气负载或把开关主体脱离工作系统进行独立检测。离线检测方法已不能满足智能化控制系统的需要，在故障预防和系统健康诊断中，缺少了一个关键的环节。在各类功率控制系统中，随着电力电子技术的发展，电气负载上的控制开关，越来越多地采用固态功率开关，如如可控硅SCR、金属氧化物场效应晶体管MOSFET、可关断可控硅GTO、绝缘栅门双极晶体管IGBT、固态继电器SSR。这类固态开关一般都是与功率电源和电气负载直接相连，当负载处于非工作状态时，是不允许把固态功率开关接通，通过给负载加电使其工作来判断功率控制开关是否功能正常。例如飞机在地面状态就绝不允许接通起落架开关来观察起落架动作来判断控制开关是否功能正常。
发明内容
本发明的目的是旨在提供一种固态功率开关的在线检测方法。通过采用本发明的在线检测方法，可以对使用固态功率开关的机电控制系统和固态功率控制器，对其的使用固态功率开关进行在线检测。本发明设计一种固态功率开关的在线检测方法，包括控制中心、微处理器、驱动电路、采样电路、功率电源、固态功率开关、电气负载，其特征在于：由控制中心发布检测命令给微处理器，通过采用微处理器中的内部定时器产生一个瞬时开关信号，加到固态功率开关的驱动电路，驱动电路给固态功率开关施加一个相应的开通信号，使固态功率开关接通，功率电源通过固态功率开关注入电气负载一个瞬时电能，通过采样电路检测负载回路上的电流或电压，采样电路输出送至微处理器中的内部模数采样端口，微处理器以微秒级的速率进行多次采样，取得开通瞬间内负载回路的电压、电流或固态功率开关上的电压降，来判断固态功率开关能否正常工作。所述的固态功率开关是指可控接通和关断的固态功率开关，如MOSFET、IGBT、GTO、SSR，对于电流过零关断型的可控硅固态开关，在交流功率系统中，其开通时间为半个工频周期。瞬时开关信号的时间范围是20us～20ms。本发明的优点是通过对功率控制开关的瞬时开通和关闭，来检测负载回路的电流或电压，从而达到了对功率控制开关进行在线检测的目的。
附图说明
图1是采用负载电流型在线检测方法的实施例原理框图；
图2是采用负载电压型在线检测方法的实施例原理框图；
图3是采用固态功率开关电压降型在线检测方法的实施例原理框图。
下面结合附图和实例对本发明作详细说明。
具体实施方式
包括控制中心1、微处理器3、驱动电路6、采样电路7、功率电源8、固态功率开关9、电气负载10，其特征在于：由控制中心发布检测命令给微处理器3，通过采用微处理器3中的内部定时器产生一个瞬时开关信号，加到固态功率开关的驱动电路6，驱动电路6给固态功率开关9施加一个相应的开通信号，使固态功率开关9接通，功率电源8通过固态功率开关9注入电气负载10一个瞬时电能，通过采样电路7检测负载回路上的电流或电压，采样电路7输出送至微处理器3中的内部模数采样端口，微处理器3以微秒级的速率进行多次采样，取得开通瞬间内负载回路的电压、电流或固态功率开关9上的电压降，来判断固态功率开关9能否正常工作。所述的固态功率开关9是指可控接通和关断的固态功率开关，如MOSFET、IGBT、GTO、SSR，对于电流过零关断型的可控硅固态开关，在交流功率系统中，其开通时间为半个工频周期。瞬时开关信号的时间范围是20us～20ms。
本发明的在线检测方法是利用固态功率开关比常规机电开关如电磁继电器等响应速度快3～4个数量级的特性，在微秒级的时间内，对固态功率开关进行瞬时通、断控制，利用微处理器的快速采样方法，达到检测功率控制开关是否正常的目的。在微秒级的时间内，目前使用的功率MOSFET、IGBT、GTO都能可靠地完成开通和关断动作，而对于常规的电气负载如马达、灯泡、电磁阀、继电器、电热负载，由于“惯性作用”的普遍性，其响应时间至少都在毫秒级以上。所以瞬时的加载不会对这些电气负载产生不良影响。通过对功率控制开关的瞬时开通和关闭，检测负载回路的电流或电压，从而达到了对其进行在线检测的目的。
本发明的固态功率开关在线检测方法的一种实施例如图1所示，控制中心1，通过串行通讯SCI 2(Serial Communications Interface)给微处理器3发出检测命令，微处理器3中的内部定时器Timer产生一个20us~20ms(典型值取100us)的瞬时开关信号ON/OFF 4，加到功率开关的驱动电路6，驱动电路6给固态功率开关9施加一个相应的开通信号Drv(Driver)，使固态功率开关9接通，功率电源8通过固态功率开关9注入电气负载10一个瞬时电能。通过采样电路7检测负载回路上采样电阻R5 11的电压来获取负载回路上的电流，采样电路输出5送至微处理器3中的内部AD采样端口。微处理器3以微秒级的速率进行多次采样，从而获知在此开通瞬间内负载回路的电流，来判断固态功率开关能否正常工作。微处理器3把对固态功率开关9的检测结果通过串行通讯SCI 2方式上报至控制中心1，达到在线检测、故障预报和健康诊断的目的。如图1所示实施例的特征是通过测量功率回路上的电气负载的电流，来检测阻性类和容性类电气负载上的固态功率开关。
本发明的固态功率开关在线检测方法的另一种实施例如图2所示，控制中心1，通过串行通讯SCI 2给微处理器3发出检测命令，微处理器3中的内部定时器Timer产生一个20us~20ms(典型值取100us)的瞬时开关信号ON/OFF 4，加到功率开关的驱动电路6，驱动电路6给固态功率开关9施加一个相应的开通信号Drv，使固态功率开关9接通，功率电源8通过固态功率开关9注入电气负载10一个瞬时电能。通过采样电路7检测固态功率开关9输出端OUT与功率地之间的电压——即电气负载10上的电压，采样电路输出5送至微处理器3中的内部AD采样端口。微处理器3以微秒级的速率进行多次采样，从而获知在此开通瞬间内电气负载上的电压，来判断固态功率开关能否正常工作。微处理器3把对固态功率开关的检测结果通过串行通讯SCI 2方式上报至控制中心1，达到在线检测、故障预报和健康诊断的目的。如图2所示实施例的特征是通过测量功率回路上的电气负载的电压，来检测阻性类和感性类电气负载上的固态功率开关。
本发明的固态功率开关在线检测方法的第三种实施例如图3所示，控制中心1，通过串行通讯SCI 2给微处理器3发出检测命令，微处理器3中的内部定时器Timer产生一个20us~20ms(典型值取100us)的瞬时开关信号ON/OFF 4，加到功率开关的驱动电路6，驱动电路6给固态功率开关9施加一个相应的开通信号Drv，使固态功率开关9接通，功率电源8通过固态功率开关9注入电气负载10一个瞬时电能。通过采样电路7检测固态功率开关9输入端IN与输出端OUT之间的电压差——即固态功率开关9上的电压降，采样电路输出5送至微处理器3中的内部AD采样端口。微处理器3能以微秒级的速率进行多次采样，从而获知在此开通瞬间内固态功率开关9上的电压降变化，来判断固态功率开关能否正常工作。微处理器3把对固态功率开关的检测结果通过串行通讯SCI 2式上报至控制中心1，达到在线检测、故障预报和健康诊断的目的。如图3所示实施例的特征是通过测量功率回路上固态功率开关的电压降变化，来直接检测固态功率开关的功能。
Claims (3)
1、一种固态功率开关的在线检测方法，包括控制中心、微处理器、驱动电路、采样电路、功率电源、固态功率开关、电气负载，其特征在于：由控制中心发布检测命令给微处理器，通过采用微处理器中的内部定时器产生一个瞬时开关信号，加到固态功率开关的驱动电路，驱动电路给固态功率开关施加一个相应的开通信号，使固态功率开关接通，功率电源通过固态功率开关注入电气负载一个瞬时电能，通过采样电路检测负载回路上的电流或电压，采样电路输出送至微处理器中的内部模数采样端口，微处理器以微秒级的速率进行多次采样，取得开通瞬间内负载回路的电压、电流或固态功率开关上的电压降，来判断固态功率开关能否正常工作。
2、按权利要求1所述的一种固态功率开关的在线检测方法，其特征在于：所述的固态功率开关是指可控接通和关断的固态功率开关，如MOSFET、IGBT、GTO、SSR，对于电流过零关断型的可控硅固态开关，在交流功率系统中，其开通时间为半个工频周期。
3、按权利要求1所述的一种固态功率开关的在线检测方法，其特征在于：瞬时开关信号的时间范围是20us～20ms。
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