CN103166313A

CN103166313A - 一种直流固态功率控制器

Info

Publication number: CN103166313A
Application number: CN201110425856XA
Authority: CN
Inventors: 高胜林; 钱燕娟
Original assignee: Shanghai Aviation Electric Co Ltd
Current assignee: Shanghai Aviation Electric Co Ltd
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2013-06-19

Abstract

本发明公开了一种直流固态功率控制器，包括电源模块，其特征在于该控制器还包括处理器，该处理器与通讯模块连接，该处理器还与通道控制模块连接。本发明的直流固态功率控制器是以计算机控制技术和固态功率控制技术为基础，为远程负载供电控制、负载供电自动保护、总线通讯控制、数据记录及供电系统局部状态监控的设备。模块通过CAN总线、RS422总线与上位机通讯，完成自身配置、控制和状态信息的传递，同时对用电负载状态进行监控。本发明的优点在于采用28V独立供电，总线通讯控制技术，计算机控制技术和固态功率控制技术，实现了体积小，重量轻，达到了真正意义上的分布式配电设备。

Description

一种直流固态功率控制器

技术领域

本发明涉及一种主要用于飞机、装甲、船舶等二次配电系统中，向就近区域的用电设备供电，以计算机控制技术和固态功率控制技术为基础，能够提供远程负载供电控制、负载供电自动保护、总线通讯控制、数据记录及供电系统局部状态监控的直流固态功率控制器。

背景技术

在飞机、装甲、船舶等二次配电系统中，向就近区域的用电设备供电的二次配电系统产品是集继电器的转换功能和断路器的电路保护功能于一体的智能开关设备，它具有无触点、无电弧、无噪声、响应快、电磁干扰小、寿命长、可靠性高以及便于计算机远程控制等优点。但由于现有二次配电系统产品体积大、重量大，在产品批量生产、安装过程中加大了难度，同时这种集中分布式配电方式，不利于在安装空间狭小，重量要求高，对用电设备控制距离要求更高的环境中使用。特别是现有产品属于集中分布式配电，而不是真正意义上的分布式配电。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流固态功率控制器，解决了二次配电系统产品的体积、重量、及分布式配电问题，从而可在安装空间狭小、重量要求高、对用电设备控制距离要求更高的环境中使用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种直流固态功率控制器，包括电源模块，其特征在于该控制器还包括通道管理模块和与该通道管理模块连接的多个固态功率控制器通道模块。通道管理模块包括第一处理器，该第一处理器与通讯模块连接，该第一处理器与逻辑控制单元连接，该逻辑控制单元与多个固态功率控制器通道模块连接，该多个固态功率控制器通道模块还与第一处理器连接。该通讯模块包括RS422芯片、R485芯片和CAN芯片。

本发明的直流固态功率控制器是以计算机控制技术和固态功率控制技术为基础，为远程负载供电控制、负载供电自动保护、总线通讯控制、数据记录及供电系统局部状态监控的设备。模块通过CAN总线、RS422总线与上位机通讯，完成自身配置、控制和状态信息的传递，同时对用电负载状态进行监控。本发明的优点在于采用28V独立供电，总线通讯控制技术，计算机控制技术和固态功率控制技术，实现了体积小，重量轻，达到了真正意义上的分布式配电设备。

附图说明

图1为本发明的连接示意图。

图2为通道管理模块工作原理示意图。

图3为通道工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作详细说明。

本发明直流固态功率控制器的外形图如图1所示，直流固态功率控制器在-20℃～55℃环境下能正常工作，储存温度为-20℃～85℃。

该直流固态功率控制器的外部通信方式采用CAN总线和RS422总线方式，RS485总线为CAN总线提供时钟同步信号。通过双余度的总线（RS422总线和CAN总线）接收来自上位机或控制模块的指令，对指令解析后通过直流SSPC模块控制负载的开通和关断。直流固态功率控制器和上位机之间的交互信息包括：

a.远程负载供电控制：开通、关断；

b.远程负载用电状态监控：电流、负载状态等；

c.供电系统局部状态监控：产品自身BIT功能；

d.负载故障信息上报：用电设备发生短路或过流时，可将该故障信息上报给上位机；

e.负载故障信息下载：当用电设备发生故障时，可将故障信息记录在模块中，可对这些故障信息数据进行下载。

如图1所示，本发明直流固态功率控制器有两路供电设备，一路为直流固态功率控制器提供工作电源，即+28V直流工作电源1；一路为直流固态功率控制器提供功率电源，即+28V直流功率电源2。直流固态功率控制器3由上位机4通过RS485总线、RS422总线、CAN总线对+28V功率电源2进行功率输出控制。功率输出到电阻负载箱（假设的负载）。

如图2所示，该直流固态功率控制器，该控制器包括电源模块，该控制器还包括第一处理器14，与第一处理器14连接的存取器8，该第一处理器14与通讯模块连接，该第一处理器14与逻辑控制单元13连接，该逻辑控制单元13与多个固态功率控制器通道模块16连接，该多个固态功率控制器通道模块16还与第一处理器14连接。该通讯模块包括RS422芯片7、R485芯片6和CAN芯片5。电源模块包括DC-DC模块即直流电源转换模块10与该DC-DC模块连接的第一滤波模块11和第二滤波模块12，该第一滤波模块11为固态功率控制器通道模块提供电源，该第二滤波模块12的输出端与电源芯片15连接，为第一处理器14、逻辑控制单元13、CAN芯片5、RS485芯片6、RS422芯片7、存取器8、看门狗9等提供供电。其中， CAN芯片5、RS485芯片6、RS422芯片7、存取器8、看门狗9、DC-DC模块10、滤波器11、12、逻辑控制单元13、第一处理器14、电源芯片15构成了SSPC（直流固态功率控制器）通道管理模块19； SSPC通道管理模块与多个固态功率控制器通道模块16一起构成了SSPC模块20，即直流固态功率控制器。

上位机通过CAN接口、同步RS485接口、RS422接口分别和CAN芯片5、RS485芯片6和RS422芯片7对直流固态功率控制器进行远程控制。+28直流工作电源通过+28VDC工作电源接口4为直流固态功率控制器提供工作电源。

直流+28V经过DC-DC模块10转换为+5V电压，+5V电压经过+5V_A滤波器11后转换为+5V_A，另外，+5V电压经过+5V_D滤波器12转换为+5V_D。+5V_A为通道模块提供电源16。+5V_D经过电源芯片15后为处理器14、逻辑控制单元13、CAN芯片5、RS485芯片6、RS422芯片7、存取器8、看门狗9等提供供电。

该多个固态功率控制器通道模块的输入端与28V汇流条17连接，该28V汇流条通过防雷装置18接地。+28V功率电源为直流固态功率控制器提供了28V汇流条17，28V功率电进入直流固态功率控制器前，首先需要防雷，通过防雷装置18对直流固态功率控制器起到了保护作用。该直流固态功率控制器为28V用电设备供电，由于新型直流SSPC模块额定电压为28V，所以不需要提供额外的供电电源。

如图2所示，该直流固态功率控制器的通道控制模块设有12通道，单通道额定电流为10A；短路保护时间（阻性负载）合理；启动最大负载电容大；过流保护动作特性定义为反时限保护特性，满足MIL-STD-1760D要求。第一处理器通过逻辑控制单元实现对多个固态功率控制器通道模块的控制，并接收来自多个固态功率控制器通道模块的故障上报信号。

固态功率控制器通道模块工作原理如图3所示。固态功率控制器通道模块包括MOS管24，该MOS管24的栅极通过驱动电路22与逻辑控制单元开关端连接，MOS管24的漏极与电源输入端连接，MOS管24的源极通过采样电阻25与电源输出端连接，MOS管的源极还通过DC-DC隔离电路21与第二处理器23连接，第二处理器通过故障查询命令下发信号线与逻辑控制单元13连接，第二处理器通过故障上报信号线与第一处理器14连接。所述电源输出端接直流负载27后接地，同时所述电源输出端还与续流二极管26的阴极连接，该续流二极管26的阳极接地。

图2的通道管理模块与图3的通道之间的通讯依靠故障查询命令下发信号线TXD和故障上报信号线RXD实现，主要用于负载故障查询命令的下发和负载故障的上报。

由通道管理模块发出的开关命令经过驱动电路转化为驱动信号，对MOS管功率执行器件进行开关控制。由通道管理模块提供的+5V_A经过隔离DC-DC模块给驱动电路、处理器提供电源。第二处理器通过采样电阻得到直流负载的电流值，经过程序处理得到过流和短路信息，若电流值过大，超过短路阀值点，则第二处理器将MOS管关断；若电流值过大，且时间过长，经过过流计算，第二处理器将MOS管关断。当MOS管关断后，直流固态功率控制器停止对直流负载输出功率，若直流负载上具有电感性阻抗，则通过续流二极管泄放掉，启动了保护直流负载的作用。

本发明主要用于飞机、装甲、船舶等二次配电系统中，向就近区域的用电设备供电，以计算机控制技术和固态功率控制技术为基础，能够提供远程负载供电控制、负载供电自动保护、总线通讯控制、数据记录及供电系统局部状态监控的设备。且采用了28V独立供电，实现了体积小，重量轻，达到了真正意义上的分布式配电设备。

Claims

1.一种直流固态功率控制器，包括电源模块，其特征在于该控制器还包括通道管理模块和与该通道管理模块连接的多个固态功率控制器通道模块。

2.按权利要求1所述的直流固态功率控制器，其特征在于：通道管理模块包括第一处理器，该第一处理器与通讯模块连接，该第一处理器与逻辑控制单元连接，该逻辑控制单元与多个固态功率控制器通道模块连接，该多个固态功率控制器通道模块还与第一处理器连接。

3.按权利要求1所述的直流固态功率控制器，其特征在于：该通讯模块包括RS422芯片、R485芯片和CAN芯片。

4.按权利要求1所述的直流固态功率控制器，其特征在于：该控制器包括12个固态功率控制器通道模块。

5.按权利要求1所述的直流固态功率控制器，其特征在于：固态功率控制器通道模块包括MOS管，该MOS管的栅极通过驱动电路与逻辑控制单元开关端连接，MOS管的漏极与电源输入端连接，MOS管的源极通过采样电阻与电源输出端连接，MOS管的源极还与第二处理器连接，第二处理器通过故障查询命令下发信号线与逻辑控制单元连接，第二处理器通过故障上报信号线与第一处理器连接。