CN106370922A - 一种固态功率控制器及其故障电流记录方法 - Google Patents

一种固态功率控制器及其故障电流记录方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种固态功率控制器及其故障电流记录方法，该方法包括：对电流信号进行采样，获取电流采样值；获取并存储当次采样所在的半个窗口长度之前的半个窗口长度的起点至当次采样之间的电流采样值中的电流最大值；判断当次采样的电流采样值是否异常，若是，则获取并存储异常的电流采样值和与当次采样对应的电流最大值，若否，则等待下一个电流信号。本发明由于保存了故障时刻的电流值，可以了解故障时的过流程度；另外，根据存储输出的故障时电流及故障前电流最大值可以了解过流前电流尖峰，大致判断电流走势为浪涌型还是持续增加。

Description

一种固态功率控制器及其故障电流记录方法
技术领域
本发明涉及开关设备领域，尤其涉及一种固态功率控制器的故障电流记录方法和固态功率控制器。
背景技术
传统配电器均采用熔电器、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(SSPC)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，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。
固态功率控制器在发生过流、短路或反向时能够及时切断负载，避免故障加重，但现有固态功率控制器不能提供更多故障时信息，为使用者提供故障前负载状态。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有故障电流记录功能的固态功率控制器，便于了解故障情况及查找故障原因。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种固态功率控制器的故障电流记录方法，包括如下步骤：
步骤1、对电流信号进行采样，获取电流采样值；
步骤2、获取并存储当次采样所在的半个窗口长度之前的半个窗口长度的起点至当次采样之间的电流采样值中的电流最大值；
步骤3、判断当次采样的电流采样值是否异常，若是，执行步骤4，若否，则等待下一个电流信号；
步骤4、获取并存储异常的电流采样值和步骤2中存储的与当次采样对应的电流最大值。
本发明的有益效果是：
1、由于保存了故障时刻的电流值，可以了解故障时的过流程度。
2、根据存储输出的故障时电流及故障前电流最大值可以了解过流前电流尖峰，大致判断电流走势为浪涌型还是持续增加。
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，所述步骤3中判断所述电流采样值是否异常具体包括：
根据短路电流及短路门限值判断电路是否发生短路，在短路时判断为异常；
根据基准电流及反时限参数判断电路是否发生过流，在过流时判断为异常；
判断电流的方向，若反向电流出现的时长达到预设值则判断为异常。
进一步，所述步骤2包括如下步骤：
步骤2.1、初始化第一电流寄存器、第二电流寄存器和计数器；
步骤2.2、将当前电流采样值与第一电流寄存器存储的电流值进行比较，将较大的值存入第一电流寄存器；将当前电流采样值与第二电流寄存器存储的电流值进行比较，将较大的值存入第二电流寄存器；
步骤2.3、每次步骤2.2执行完成后计数器加1；
步骤2.4、将当前第一电流寄存器存储的电流值与第二电流寄存器存储的电流值进行比较，将较大的值存入最大电流寄存器；
步骤2.5、设每个采样的窗口长度的采样次数为N，当所计数量达到N/2的奇数倍时，将第一电流寄存器中的值更新为当前电流采样值，等待下一电流信号返回步骤2.2；
步骤2.6、当所计数量达到N的整数倍时，将第二电流寄存器中的值更新为当前采样电流值，等待下一电流信号返回步骤2.2。
进一步，所述固态功率控制器为直流固态功率控制器。
进一步，所述直流固态功率控制器的电压范围是5～270V。
一种固态功率控制器，包括：
电流采样模块，用于对电流信号进行采样，获取电流采样值；
最大电流模块，用于获取并存储当次采样所在的半个窗口长度之前的半个窗口长度的起点至当次采样之间的电流采样值中的电流最大值；
分析处理模块，用于判断当次采样的电流采样值是否异常，若是，则调用存储模块，若否，则等待下一个电流信号；
存储模块，用于获取并存储异常的电流采样值和最大电流模块中存储的与当次采样对应的电流最大值。
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，所述分析处理模块包括：
短路保护单元，用于根据短路电流及短路门限值判断电路是否发生短路，在短路时调用处理单元；
反时限保护单元，用于根据基准电流及反时限参数判断电路是否发生过流，在短路时调用处理单元；
反向检测单元，用于判断电流的方向，若反向电流出现的时长达到预设值则判断为反向故障，在短路时调用处理单元；
处理单元，用于获取异常的电流采样值和最大电流模块中存储的与当次采样对应的最大电流值，并发送至存储模块。
进一步，所述最大电流模块包括：
初始化单元，用于初始化第一电流寄存器、第二电流寄存器和计数器；
判断单元，将当前电流采样值与第一电流寄存器存储的电流值进行比较，将较大的值存入第一电流寄存器；将当前电流采样值与第二电流寄存器存储的电流值进行比较，将较大的值存入第二电流寄存器；
计数器，用于在所述判断单元每次执行完成后加1，设每个采样的窗口长度的采样次数为N，当所计数量达到N/2的奇数倍时，调用第一更新单元，当所计数量达到N的整数倍时，调用第二更新单元；
第一更新单元，用于将第一电流寄存器中的值更新为当前电流采样值；
第二更新单元，用于将第二电流寄存器中的值更新为当前电流采样值；
进一步，所述固态功率控制器为直流固态功率控制器。
进一步，所述直流固态功率控制器的电压范围是5～270V。
附图说明
图1为本发明实施例所述固态功率控制器(以下称SSPC)原理结构图；；
图2为本发明实施例所述SSPC保护有效域曲线图；
图3为本发明实施例故障电流记录流程图；
图4为本发明实施例最大电流判断流程图；
图5为本发明实施例中的最大电流范围。
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。
如图1所示，SSPC主要包括场效应管、采样电阻、电流采样芯片、悬浮栅驱动电路和处理器。场效应管作为开关，漏极(D极)与母线相连，源极(S极)与采样电阻相连，采样电阻另一端为输出，接负载；电流采样芯片输入端并联在采样电阻两端，经采样和AD转换输出到处理器；处理器实现短路保护算法、I2T过流反时限保护算法、电流反向检测、故障信息反馈及通信功能；处理器根据上位机指令和保护算法输出场效应管驱动信号，经过悬浮栅驱动电路驱动场效应管。
SSPC的故障电流记录流程如图2所示，采集的电流信号经过处理后，经过短路保护算法、I2T过流反时限保护算法和电流反向检测算法，判断是否发生异常，若发生异常则立即将异常发生时刻电流值及此时最大电流模块判断的故障前一段时间内的最大电流值存入存储模块，可以通过与SSPC通信进行读取。
图3为SSPC保护有效域曲线图，当电流值达到短路保护算法阈值时，短路保护模块输出故障信号，此时故障时刻电流及故障前最大电流相同；电流值达到反时限过流保护算法的阈值时，过流反时限保护模块时输出故障信号，此时故障前最大电流为最大电流模块根据图3所示的算法流程计算得出；当电流值达到反向保护算法的阈值时，反向保护模块输出故障信号，此时仅记录故障时刻电流。
每一次进行电流采样时，最大电流模块都会判断该时刻之前一段时间内的最大电流值，图4是最大电流模块判断最大电流的流程图，其步骤如下
步骤1、初始化第一电流寄存器、第二电流寄存器和计数器；
步骤2、将当前电流采样值与第一电流寄存器存储的电流值进行比较，将较大的值存入第一电流寄存器；
将当前电流采样值与第二电流寄存器存储的电流值进行比较，将较大的值存入第二电流寄存器；
步骤3、每次步骤2执行完成后计数器加1；
步骤4、将当前第一电流寄存器存储的电流值与第二电流寄存器存储的电流值进行比较，将较大的值存入最大电流寄存器；
步骤5、设每个采样的窗口长度的采样次数为N，当所计数量达到N/2的奇数倍时，将第一电流寄存器中的值更新为当前电流采样值，等待下一电流信号返回步骤2；
步骤6、当所计数量达到N的整数倍时，将第二电流寄存器中的值更新为当前采样电流值，等待下一电流信号返回步骤2。
结合图5进一步解释上述步骤，当计数值n＝N/2时，第一电流寄存器中的电流值更新为当次采样的电流采样值，当计数值n＝N时第二电流寄存器中的电流值更新为当次采样的电流采样值，计数值n＝Y时为当次采样的计数值，则最大电流寄存器中存储的就是计数值N/2至Y之间的电流值中的最大电流值，以此类推，每当计数值达到N/2的奇数倍时，第一电流寄存器中的电流值更新为当次采样的电流采样值，当计数值达到N的整数倍时，将第二电流寄存器中的值更新为当次采样的电流采样值，最大电流寄存器中存储的是当次采样所在的半个窗口长度之前的半个窗口长度的起点至当次采样之间的电流采样值中的电流最大值。
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 (10)

1.一种固态功率控制器的故障电流记录方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、对电流信号进行采样，获取电流采样值；
步骤2、获取并存储当次采样所在的半个窗口长度之前的半个窗口长度的起点至当次采样之间的电流采样值中的电流最大值；
步骤3、判断当次采样的电流采样值是否异常，若是，执行步骤4，若否，则等待下一个电流信号；
步骤4、获取并存储异常的电流采样值和步骤2中存储的与当次采样对应的电流最大值。
2.根据权利要求1所述的固态功率控制器的故障电流记录方法，其特征在于，所述步骤3中判断所述电流采样值是否异常具体包括：
根据短路电流及短路门限值判断电路是否发生短路，在短路时判断为异常；
根据基准电流及反时限参数判断电路是否发生过流，在过流时判断为异常；
判断电流的方向，若反向电流出现的时长达到预设值则判断为异常。
3.根据权利要求1所述的固态功率控制器的故障电流记录方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：
步骤2.1、初始化第一电流寄存器、第二电流寄存器和计数器；
步骤2.2、将当前电流采样值与第一电流寄存器存储的电流值进行比较，将较大的值存入第一电流寄存器；将当前电流采样值与第二电流寄存器存储的电流值进行比较，将较大的值存入第二电流寄存器；
步骤2.3、每次步骤2.2执行完成后计数器加1；
步骤2.4、将当前第一电流寄存器存储的电流值与第二电流寄存器存储的电流值进行比较，将较大的值存入最大电流寄存器；
步骤2.5、设每个采样的窗口长度的采样次数为N，当所计数量达到N/2的奇数倍时，将第一电流寄存器中的值更新为当前电流采样值，等待下一电流信号返回步骤2.2；
步骤2.6、当所计数量达到N的整数倍时，将第二电流寄存器中的值更新为当前采样电流值，等待下一电流信号返回步骤2.2。
4.根据权利要求1～3任一项所述的固态功率控制器的故障电流记录方法，其特征在于，所述固态功率控制器为直流固态功率控制器。
5.根据权利要求4所述的固态功率控制器的故障电流记录方法，其特征在于，所述直流固态功率控制器的电压范围是5～270V。
6.一种固态功率控制器，其特征在于，包括：
电流采样模块，用于对电流信号进行采样，获取电流采样值，设定每个采样的窗口长度的采样次数为N；
最大电流模块，用于获取并存储当次采样所在的半个窗口长度之前的半个窗口长度的起点至当次采样之间的电流采样值中的电流最大值；
分析处理模块，用于判断当次采样的电流采样值是否异常，若是，则调用存储模块，若否，则等待下一个电流信号；
存储模块，用于获取并存储异常的电流采样值和最大电流模块中存储的与当次采样对应的电流最大值。
7.根据权利要求6所述一种固态功率控制器，其特征在于，所述分析处理模块包括：
短路保护单元，用于根据短路电流及短路门限值判断电路是否发生短路，在短路时调用处理单元；
反时限保护单元，用于根据基准电流及反时限参数判断电路是否发生过流，在短路时调用处理单元；
反向检测单元，用于判断电流的方向，若反向电流出现的时长达到预设值则判断为反向故障，在短路时调用处理单元；
处理单元，用于获取异常的电流采样值和最大电流模块中存储的与当次采样对应的最大电流值，并发送至存储模块。
8.根据权利要求6所述一种固态功率控制器，其特征在于，所述最大电流模块包括：
初始化单元，用于初始化第一电流寄存器、第二电流寄存器和计数器；
判断单元，将当前电流采样值与第一电流寄存器存储的电流值进行比较，将较大的值存入第一电流寄存器；将当前电流采样值与第二电流寄存器存储的电流值进行比较，将较大的值存入第二电流寄存器；
计数器，用于在所述判断单元每次执行完成后加1，设每个采样的窗口长度的采样次数为N，当所计数量达到N/2的奇数倍时，调用第一更新单元，当所计数量达到N的整数倍时，调用第二更新单元；
第一更新单元，用于将第一电流寄存器中的值更新为当前电流采样值；
第二更新单元，用于将第二电流寄存器中的值更新为当前电流采样值。
9.根据权利要求6～8任一项所述一种固态功率控制器，其特征在于，所述固态功率控制器为直流固态功率控制器。
10.根据权利要求9所述一种固态功率控制器，其特征在于，所述直流固态功率控制器的电压范围是5～270V。
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