CN105514949A - 一种具有防潜通功能的固态功率控制器和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有防潜通功能的固态功率控制器和控制方法，控制器包括串联在母线和地之间的第一场效应管、第二场效应管、采样电阻和负载，第一场效应管和第二场效应管反向串联，还包括电流采样电路、AD转换电路、处理器和驱动电路；电流采样电路，与采样电阻连接，采集采样电阻的模拟电流信号；AD转换电路，与电流采样电路连接，将模拟电流信号转换为数字电流信号；处理器，与AD转换电路连接，根据数字电流信号判断是否需要开启保护功能，及需要开启时，发送驱动信号给驱动电路；驱动电路，分别与处理器、第一场效应管和第二场效应管连接，驱动第一场效应管和第二场效应管同时关断。本发明能避免电流倒灌引起供电系统故障，及降低供电损耗。

Description

一种具有防潜通功能的固态功率控制器和控制方法
技术领域
本发明涉及配电系统，具体涉及一种具有防潜通功能的固态功率控制器和控制方法。
背景技术
目前，传统的直流用电器均采用熔电器、机械开关等进行电路保护、加断电源，该种电路设计不可避免存在机械特性差、一致性差、开关寿命有限的弊端，不能满足航空、航天等苛刻环境的使用，固态功率控制器是集继电器的转换功能和断路器的保护功能于一体的固态元器件，是和固态配电系统相配套的控制负载通断的开关装置。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，适用于高安全性，高可靠性要求的航空航天以及武器装备配电系统中。
在安全性、可靠性要求极高的航空航天配电系统中，为了提高配电系统可靠性，一般采用多母线冗余备份的供电方式，普通SSPC由于Mosfet的寄生二极管，存在潜在通路，一旦出现母线电压不均，或者带容性负载时母线掉电就可能出现电流倒灌，引起灾难性后果。
而为了防止供配电系统存在潜在通路，发生电流倒灌继而引发灾难性后果，现有配电系统一般采用串联二极管的方式进行抑制，但二极管造成较大功耗，增大散热难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有防潜通功能的固态功率控制器和控制方法，能够有效避免电流倒灌引起供电系统故障，以及降低供电时的损耗。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有防潜通功能的固态功率控制器，包括串联在母线和地之间的第一场效应管、第二场效应管、采样电阻和负载，所述第一场效应管和第二场效应管反向串联，还包括电流采样电路、AD转换电路、处理器和驱动电路；
所述电流采样电路，与所述采样电阻连接，用于采集所述采样电阻的模拟电流信号；
所述AD转换电路，与所述电流采样电路连接，用于将模拟电流信号转换为数字电流信号；
所述处理器，与所述AD转换电路连接，用于根据数字电流信号判断是否需要开启保护功能，以及在需要开启保护功能时，发送驱动信号给所述驱动电路；
所述驱动电路，分别与所述处理器、所述第一场效应管和所述第二场效应管连接，用于根据所述驱动信号同时驱动所述第一场效应管和所述第二场效应管关断。
本发明的有益效果是：通过在母线上反向串联两个场效应管，然后采集采样电阻上的电流，在转换为数字量电流信号后，进而通过处理器判断是否需要开启保护功能，当需要时，则发送驱动信号驱动两个场效应管同时关断，从而实现保护功能，且由于第二场效应管反向串联，当关断时，其相当于一个二极管，能够有效防止潜在回路和电流倒灌，并且采用场效应管能偶降低功耗。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进:
进一步，所述保护功能包括：电流反向保护功能、I2T过流反时限保护功能和短路立即保护功能；具体的判断过程为：判断数字量的电流信号是否为负值，若为负值，则表示需要开启电流反向保护功能；若超过设定值而未达到短路值，则表示需要开启I2T过流反时限保护功能；若超过短路值，则表示需要开启短路立即保护功能。
进一步，还包括输入采样电路，与所述固态功率控制器的输入端口连接，采集所述固态功率控制器的模拟输入电压，并经过AD转换电路转换为数字量输入电压后，发送至所述处理器判断所述输入电压是否正常，并将判断结果保存，以被用户调用和查看。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过采集固态功率控制器的输入电压，并经过AD转换电路转换为数字量的输入电压后，发送至处理器判断输入电压是否正常，从而实现监测固态功率控制器的输入电压是否正常工作，并将判断结果保存，使得用户在想了解输入电压状况时，可以调用保存的数据。
进一步，还包括输出采样电路，与所述固态功率控制器的输出端口连接，采集所述固态功率控制器的模拟输出电压，并经过AD转换电路转换为数字量输出电压后，发送至所述处理器判断所述输出电压是否正常，并将判断结果保存，以被用户调用和查看。
采用上述进一步方案的有益效果是:采集固态功率控制器的输出电压，并经过AD转换电路转换为数字量的输出电压后，发送至处理器判断输出电压是否正常，从而实现监测输出给负载的电压是否正常工作，并将判断结果保存，使得用户在想了解输出电压状况时，可以调用保存的数据。
进一步，所述处理器包括FPGA或DSP或微处理器。
进一步，所述处理器还包括通信模块，用于与上位机建立通信连接，并在用户调用保存的判断结果时，将所述保存的判断结果发送至上位机显示或接收上位机的指令驱动第一场效应管和第二场效应管开启。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过通信模块与外部上位机通信，从而将保存的判断结果发送至上位机显示给用户，从而使用户了解控制器的输入电压和输出电压的正常与否，以及将上位机的指令发送至处理器并执行指令。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下:一种用于具有防潜通功能的固态功率控制器的控制方法，包括：
S1，电流采样电路采集所述采样电阻的模拟电流信号，并通过所述AD转换电路转换为数字电流信号；
S2，所述处理器根据数字电流信号判断是否需要开启保护功能，以及在需要开启保护功能时，发送驱动信号给所述驱动电路；
S3，所述驱动电路根据所述驱动信号同时驱动所述第一场效应管和所述第二场效应管关断。
本发明的有益效果是:通过在母线上反向串联两个场效应管，然后采集采样电阻上的电流，在转换为数字量的电流信号后，进而通过处理器判断是否需要开启保护功能，当需要时，则发送驱动信号驱动两个场效应管同时关断，从而实现保护功能，且由于第二场效应管反向串联，当关断时，其相当于一个二极管，能够有效防止潜在回路和电流倒灌，并且采用场效应管能偶降低功耗。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进:
进一步，所述S1还包括采集所述固态功率控制器的模拟输入电压，并经过AD转换电路转换为数字输入电压；
所述S2还包括将数字输入电压发送至所述处理器判断所述输入电压是否正常，并将判断结果保存，以供用户调用和查看。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过采集固态功率控制器的输入电压，并经过AD转换电路转换为数字量的输入电压后，发送至处理器判断输入电压是否正常，从而实现监测固态功率控制器的输入电压是否正常工作，并将判断结果保存，使得用户在想了解输入电压状况时，可以调用保存的数据。
进一步，所述S1还包括采集所述固态功率控制器的模拟输出电压，并经过AD转换电路转换为数字输出电压；
所述S2还包括将数字输出电压发送至所述处理器判断所述输出电压是否正常，并将判断结果保存，以供用户调用和查看。
采用上述进一步方案的有益效果是:采集固态功率控制器的输出电压，并经过AD转换电路转换为数字量的输出电压后，发送至处理器判断输出电压是否正常，从而实现监测输出给负载的电压是否正常工作，并将判断结果保存，使得用户在想了解输出电压状况时，可以调用保存的数据。
进一步，所述S3之后还包括S4，具体为：与上位机建立通信连接，并在用户调用保存的判断结果时，将所述保存的判断结果发送至上位机显示或接收上位机的指令驱动第一场效应管和第二场效应管开启。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过通信模块与外部上位机通信，从而将保存的判断结果发送至上位机显示给用户，从而使用户能够了解控制器的输入电压和输出电压的正常与否，以及将上位机的指令发送至处理器。
进一步，所述S2中保护功能包括电流反向保护功能、I2T过流反时限保护功能和短路立即保护功能，具体的判断过程为：判断数字量的电流信号是否为负值，若为负值，则表示需要开启电流反向保护功能；若超过设定值而未达到短路值，则表示需要开启I2T过流反时限保护功能；若超过短路值，则表示需要开启短路立即保护功能。
附图说明
图1为本发明一种具有防潜通功能的固态功率控制器的结构示意图；
图2为本发明中三母线并联冗余，且只有母线1工作时的等效电路图；
图3为本发明一种用于具有防潜通功能的固态功率控制器的控制方法的流程示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、第一场效应管，2、第二场效应管，3、采样电阻，4、电流采样电路，5、AD转换电路，6、处理器，7、驱动电路，8、输入采样电路，9、输出采样电路。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明中固态功率控制器简写为SSPC，Mosfet1和Mosfet2分别代表第一场效应管和第二场效应管；
如图1所示，一种具有防潜通功能的固态功率控制器，包括串联在母线和地之间的第一场效应管1、第二场效应管2、采样电阻3和负载，所述第一场效应管1和第二场效应管2反向串联，还包括电流采样电路4、AD转换电路5、处理器6和驱动电路7；
所述电流采样电路4，与所述采样电阻3连接，用于采集所述采样电阻3的模拟电流信号；
所述AD转换电路5，与所述电流采样电路4连接，用于将模拟电流信号转换为数字电流信号；
所述处理器6，与所述AD转换电路5连接，用于根据数字量的电流信号判断是否需要开启保护功能，以及在需要开启保护功能时，发送驱动信号给所述驱动电路7；
所述驱动电路7，为悬浮栅驱动电路，分别与所述处理器6、所述第一场效应管1和所述第二场效应管2连接，用于根据所述驱动信号同时驱动所述第一场效应管1和所述第二场效应管2关断。
第一场效应管1的S极和第二场效应管2的S极相连，当固态功率控制器处于关断状态时，如图2所示，SSPC1是其中一条母线上的两个场效应管处于开启状态的等效电路图，SSPC2和SSPC3分别是另外两条母线上的两个场效应管处于关断状态时的等效电路图，由于第一场效应管和第二场效应管处于关断状态，并且第一场效应管和第二场效应管是反向串联在电路中的，其作用相当于二极管，可以有效防止潜在回路和电流倒灌。
保护功能包括：电流反向保护功能、I2T过流反时限保护功能和短路立即保护功能。
处理器6在判断是否需要开启保护功能时，主要是通过判断数字量的电流信号是否为负值，若为负值，则表示此时电路中的电流为反向，需要开启电流反向保护功能；若超过设定值而未达到短路值，则表示此时电路为过流状态，需要开启I2T过流反时限保护功能，按照国际标准保护曲线执行I2T过流反时限保护功能，具体将该保护曲线预先存储在处理器中，当需要开启过流反时限保护功能时，就可以根据从电路中采集得到的电流值查找对应的时间，从而执行过流反时限保护功能；若超过短路值，则表示此时电路处于短路状态，需要开启短路立即保护功能。以上三种保护功能的结果均是通过关断反向串联在电路中的两个场效应管来实现保护功能。
其中，固态功率控制器还包括输入采样电路8，与所述固态功率控制器的输入端口连接，用于采集所述固态功率控制器的模拟输入电压，并经过AD转换电路5转换为数字输入电压后，发送至所述处理器6判断所述输入电压是否正常，并将判断结果保存，以供用户调用和查看。
固态功率控制器还包括输出采样电路9，与所述固态功率控制器的输出端口连接，采集所述固态功率控制器的模拟输出电压，并经过AD转换电路5转换为数字输出电压后，发送至所述处理器6判断所述输出电压是否正常，并将判断结果保存，以供用户调用和查看。
处理器6包括FPGA或DSP或微处理器；
处理器6还包括通信模块，用于与上位机建立通信连接，并在用户调用保存的判断结果时，将所述保存的判断结果发送至上位机显示或接收上位机的指令驱动第一场效应管和第二场效应管开启。
其中，图1是一根母线上的结构示意图，当母线为多根时，母线上串联的电路元器件均同图1中的结构，而处理器可以采用一个，其他的电流采集电路、AD转换电路和悬浮栅驱动电路可以根据母线的数量来设置。
如图3所示，一种用于具有防潜通功能的固态功率控制器的控制方法，包括：
S1，电流采样电路4采集所述采样电阻3的模拟电流信号，并通过所述AD转换电路5转换为数字电流信号；
S2，所述处理器6根据数字电流信号判断是否需要开启保护功能，以及在需要开启保护功能时，发送驱动信号给所述驱动电路7；
S3，所述驱动电路7根据所述驱动信号同时驱动所述第一场效应管1和所述第二场效应管2关断。
S1还包括采集所述固态功率控制器的模拟输入电压，并经过AD转换电路5转换为数字输入电压；
所述S2还包括将数字输入电压发送至所述处理器6判断所述输入电压是否正常，并将判断结果保存。
S1还包括采集所述固态功率控制器的模拟输出电压，并经过AD转换电路5转换为数字输出电压；
S2还包括将数字输出电压发送至所述处理器6判断所述输出电压是否正常，并将判断结果保存。
S3之后还包括S4，具体为：与上位机建立通信连接，并在用户调用保存的判断结果时，将所述保存的判断结果发送至上位机显示或接收上位机的指令驱动第一场效应管和第二场效应管开启。
S2中保护功能包括电流反向保护功能、I2T过流反时限保护功能和短路立即保护功能，具体的判断过程为：判断数字量的电流信号是否为负值，若为负值，则表示需要开启电流反向保护功能；若超过设定值而未达到短路值，则表示需要开启I2T过流反时限保护功能；若超过短路值，则表示需要开启短路立即保护功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种具有防潜通功能的固态功率控制器，其特征在于，包括串联在母线和地之间的第一场效应管(1)、第二场效应管(2)、采样电阻(3)和负载，所述第一场效应管(1)和第二场效应管(2)反向串联，还包括电流采样电路(4)、AD转换电路(5)、处理器(6)和驱动电路(7)；
所述电流采样电路(4)，与所述采样电阻(3)连接，用于采集所述采样电阻(3)的模拟电流信号；
所述AD转换电路(5)，与所述电流采样电路(4)连接，用于将模拟电流信号转换为数字电流信号；
所述处理器(6)，与所述AD转换电路(5)连接，用于根据数字电流信号判断是否需要开启保护功能，以及在需要开启保护功能时，发送驱动信号给所述驱动电路(7)；
所述驱动电路(7)，分别与所述处理器(6)、所述第一场效应管(1)和所述第二场效应管(2)连接，用于根据所述驱动信号同时驱动所述第一场效应管(1)和所述第二场效应管(2)关断。
2.根据权利要求1所述一种具有防潜通功能的固态功率控制器，其特征在于，所述保护功能包括：电流反向保护功能、I2T过流反时限保护功能和短路立即保护功能；具体的判断过程为：判断数字量电流信号是否为负值，若为负值，则表示需要开启电流反向保护功能；若超过设定值而未达到短路值，则表示需要开启I2T过流反时限保护功能；若超过短路值，则表示需要开启短路立即保护功能。
3.根据权利要求1所述一种具有防潜通功能的固态功率控制器，其特征在于，还包括输入采样电路(8)，与所述固态功率控制器的输入端口连接，采集所述固态功率控制器的模拟输入电压，经过AD转换电路(5)转换为数字输入电压后，发送至所述处理器(6)判断所述输入电压是否正常，并将判断结果保存，以供用户调用和查看。
4.根据权利要求1或2或3所述一种具有防潜通功能的固态功率控制器，其特征在于，还包括输出采样电路(9)，与所述固态功率控制器的输出端口连接，采集所述固态功率控制器的模拟输出电压，经过AD转换电路(5)转换为数字输出电压后，发送至所述处理器(6)判断所述输出电压是否正常，并将判断结果保存，以供用户调用和查看。
5.根据权利要求4所述一种具有防潜通功能的固态功率控制器，其特征在于，所述处理器(6)包括FPGA或DSP或微处理器。
6.根据权利要求5所述一种具有防潜通功能的固态功率控制器，其特征在于，所述处理器(6)还包括通信模块，用于与上位机建立通信连接，并在用户调用保存的判断结果时，将所述保存的判断结果发送至上位机显示或接收上位机的指令驱动第一场效应管和第二场效应管开启。
7.一种用于具有防潜通功能的固态功率控制器的控制方法，其特征在于，包括：
S1，电流采样电路(4)采集所述采样电阻(3)的模拟电流信号，并通过所述AD转换电路(5)转换为数字电流信号；
S2，所述处理器(6)根据数字电流信号判断是否需要开启保护功能，以及在需要开启保护功能时，发送驱动信号给所述驱动电路(7)；
S3，所述驱动电路(7)根据所述驱动信号同时驱动所述第一场效应管(1)和所述第二场效应管(2)关断。
8.根据权利要求7所述一种用于具有防潜通功能的固态功率控制器的控制方法，其特征在于，所述S1还包括采集所述固态功率控制器的模拟输入电压，并经过AD转换电路(5)转换为数字输入电压；
所述S2还包括将数字输入电压发送至所述处理器(6)判断所述输入电压是否正常，并将判断结果保存，以供用户调用和查看。
9.根据权利要求7或8所述一种用于具有防潜通功能的固态功率控制器的控制方法，其特征在于，所述S1还包括采集所述固态功率控制器的模拟输出电压，并经过AD转换电路(5)转换为数字输出电压；
所述S2还包括将数字输出电压发送至所述处理器(6)判断所述输出电压是否正常，并将判断结果保存，以供用户调用和查看。
10.根据权利要求9所述一种用于具有防潜通功能的固态功率控制器的控制方法，其特征在于，所述S3之后还包括S4，具体为：与上位机建立通信连接，并在用户调用保存的判断结果时，将所述保存的判断结果发送至上位机显示或接收上位机的指令驱动第一场效应管和第二场效应管开启。
11.根据权利要求7所述一种用于具有防潜通功能的固态功率控制器的控制方法，其特征在于，所述S2中保护功能包括电流反向保护功能、I2T过流反时限保护功能和短路立即保护功能，具体的判断过程为：判断数字量的电流信号是否为负值，若为负值，则表示需要开启电流反向保护功能；若超过设定值而未达到短路值，则表示需要开启I2T过流反时限保护功能；若超过短路值，则表示需要开启短路立即保护功能。
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