CN110850198A - 一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路 - Google Patents

一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路，固态功率控制器包括微处理器、功率电路、负载电流调理电路U3及短路电流比较器U4；容性负载判断电路包括10个电阻R1‑R10、运放U1和运放U2。本发明的电路，具有检测速度快(微秒级)、检测准确度高等优点，并且避免了模拟信号转数字信号的过程，提高了可靠性；重复开通的次数和时间可通过软件配置，方便后续更改调节；同时能避免电网功率损耗。

Description

一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路
技术领域
本发明属于航空电气技术领域，具体涉及一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路。
背景技术
随着飞机配电技术的发展，固态功率控制器(SSPC)因为体积小、重量轻、寿命长以及无弧断开等优点得到广泛应用。直流配电也因为能够减轻飞机配电系统的重量以及容易实现不间断供电(UPS)等优点受到越来越多的重视。直流固态功率控制器(DC SSPC)作为飞机直流配电系统的固态功率控制器，其重要性不言而喻。
由于在直流配电系统中，SSPC开关瞬间容易引起很高的电压尖峰和电流尖峰，其中电压尖峰可以通过增加压敏电阻或瞬态电压抑制器解决，通过控制开关速度可以降低开关瞬态的电流尖峰，但效果不明显，过大的电流尖峰容易触发DC SSPC误短路保护，尤其在大容性负载的场合，因此研究带大容性负载的直流固态功率控制器十分重要。
发明内容
本发明的目的在于，本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计了一种应用于航空配电系统负载控制的固态功率控制器，该固态功率控制器通过在固态功率控制器的控制电路上增加容性负载判断电路，对容性负载和短路负载区别对待，从而提高了固态功率控制器带容性负载的能力，并且电压检测电路简单、容易实现。
本发明技术方案:一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路，所述的固态功率控制器为用于航空配电系统的固态功率控制器；所述的固态功率控制器包括微处理器、功率电路、负载电流调理电路U3及短路电流比较器U4；所述的固态功率控制器具有输出电压检测接口；所述的微处理器设有供给外部设备连接的I/O接口；所述的固态功率控制器提供+3.3V电源接口VCC，微处理器输出驱动信号给功率电路，驱动功率电路的开通或关断，功率电路引出负载电流检测接口和输出电压检测接口，负载电流检测接口连接负载电流调理电路U3，实现负载电流调理后，输出信号给短路电流比较器U4，产生短路保护信号给微处理器；
所述的容性负载判断电路包括10个电阻R1-R10、运放U1和运放U2；电阻R1和电阻R2的一端作为容性负载判断电路的输入端，与固态功率控制器的输出电压检测接口连接，电阻R1的另一端接运算放大器U1的反相端，电阻R2的另一端接地；
运算放大器U1的反相端和输出端之间串接电阻R3，运算放大器U1的同相端串接电阻R4后接地，运算放大器U1的输出端串接电阻R5后接运算放大器U2的反相端，运算放大器U2的同相端接电阻R6的一端，电阻R6的另一端串接电阻R8后接+3.3V电源VCC，电阻R8的另一端串接电阻R7后接地，运算放大器U2的同相端和输出端之间串接电阻R9，运算放大器U2的输出端串接电阻R10后接所述微处理器的I/O接口。
其特征在于，运算放大器U1和运算放大器U2由所述固态功率控制器的+3.3V电源接口供电。
其特征在于，电阻R1＝R2＝100kΩ,R3＝R4＝51kΩ,R5＝R6＝10kΩ,R7＝1.21kΩ,R8＝390Ω,R9＝1MΩ,R10＝1kΩ。
其特征在于，固态功率控制器的额定电流为30A，短路保护电流为额定电流的15倍。
还提供一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路，所述的固态功率控制器为用于航空配电系统的固态功率控制器；所述的固态功率控制器包括微处理器、CPLD芯片、功率电路、负载电流调理电路U3及短路电流比较器U4；所述的固态功率控制器具有输出电压检测接口；所述的CPLD芯片设有供给外部设备连接的I/O接口；所述的固态功率控制器提供+3.3V电源接口VCC，微处理器通过CPLD芯片输出驱动信号给功率电路，驱动功率电路的开通或关断，功率电路引出负载电流检测接口和输出电压检测接口，负载电流检测接口连接负载电流调理电路U3，实现负载电流调理后，输出信号给短路电流比较器U4，产生短路保护信号，经过CPLD芯片给微处理器；
所述的容性负载判断电路包括10个电阻R1-R10、运放U1和运放U2；电阻R1和电阻R2的一端作为容性负载判断电路的输入端，与固态功率控制器的输出电压检测接口连接，电阻R1的另一端接运算放大器U1的反相端，电阻R2的另一端接地；
运算放大器U1的反相端和输出端之间串接电阻R3，运算放大器U1的同相端串接电阻R4后接地，运算放大器U1的输出端串接电阻R5后接运算放大器U2的反相端，运算放大器U2的同相端接电阻R6的一端，电阻R6的另一端串接电阻R8后接+3.3V电源VCC，电阻R8的另一端串接电阻R7后接地，运算放大器U2的同相端和输出端之间串接电阻R9，运算放大器U2的输出端串接电阻R10后接所述CPLD芯片的I/O接口；运算放大器U1和运算放大器U2由所述固态功率控制器的+3.3V电源接口供电。
其特征在于，运算放大器U1和运算放大器U2由所述固态功率控制器的+3.3V电源接口供电。
其特征在于，电阻R1＝R2＝100kΩ,R3＝R4＝51kΩ,R5＝R6＝10kΩ,R7＝1.21kΩ,R8＝390Ω,R9＝1MΩ,R10＝1kΩ。
其特征在于，固态功率控制器的额定电流为30A，短路保护电流为额定电流的15倍。
发明的有益效果：
1)使用容性负载判断电路检测输出电压，当功率回路开通时，负载电流冲击到短路保护点，功率回路立即关断后，直接检测输出电压，通过比较器输出离散量比较结果，从而快速判断是否为容性负载还是短路负载，具有检测速度快(微秒级)、检测准确度高等优点，并且避免了模拟信号转数字信号的过程，提高了可靠性；
2)当检测为容性负载时，通过定时周期性开通，达到带容性负载的目的，且重复开通的次数和时间可通过软件配置，方便后续更改调节；
3)当检测为短路负载时，直接关断功率回路，避免了电网功率损耗。
4)通过容性负载比较电路，判断是否为容性负载，从而实现容性负载和短路负载的区别对待，避免现有技术中，容性负载和短路不判断的问题，提高了系统可靠性。
附图说明
图1是第一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路
图2是第二种基于固态功率控制器的容性负载判断电路
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的连接结构进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路，所述的固态功率控制器为用于航空配电系统的固态功率控制器；所述的固态功率控制器包括微处理器、功率电路、负载电流调理电路U3及短路电流比较器U4；所述的固态功率控制器具有输出电压检测接口；所述的微处理器设有供给外部设备连接的I/O接口；所述的固态功率控制器提供+3.3V电源接口VCC，微处理器输出驱动信号给功率电路，驱动功率电路的开通或关断，功率电路引出负载电流检测接口和输出电压检测接口，负载电流检测接口连接负载电流调理电路U3，实现负载电流调理后，输出信号给短路电流比较器U4，产生短路保护信号给微处理器；
所述的容性负载判断电路包括10个电阻R1-R10、运放U1和运放U2；电阻R1和电阻R2的一端作为容性负载判断电路的输入端，与固态功率控制器的输出电压检测接口连接，电阻R1的另一端接运算放大器U1的反相端，电阻R2的另一端接地；
运算放大器U1的反相端和输出端之间串接电阻R3，运算放大器U1的同相端串接电阻R4后接地，运算放大器U1的输出端串接电阻R5后接运算放大器U2的反相端，运算放大器U2的同相端接电阻R6的一端，电阻R6的另一端串接电阻R8后接+3.3V电源VCC，电阻R8的另一端串接电阻R7后接地，运算放大器U2的同相端和输出端之间串接电阻R9，运算放大器U2的输出端串接电阻R10后接所述微处理器的I/O接口。运算放大器U1和运算放大器U2由所述固态功率控制器的+3.3V电源接口供电。
如图2所示，还提供另一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路，所述的固态功率控制器为用于航空配电系统的固态功率控制器；所述的固态功率控制器包括微处理器、CPLD芯片、功率电路、负载电流调理电路U3及短路电流比较器U4；所述的固态功率控制器具有输出电压检测接口；所述的CPLD芯片设有供给外部设备连接的I/O接口；所述的固态功率控制器提供+3.3V电源接口VCC，微处理器通过CPLD芯片输出驱动信号给功率电路，驱动功率电路的开通或关断，功率电路引出负载电流检测接口和输出电压检测接口，负载电流检测接口连接负载电流调理电路U3，实现负载电流调理后，输出信号给短路电流比较器U4，产生短路保护信号，经过CPLD芯片给微处理器；
所述的容性负载判断电路包括10个电阻R1-R10、运放U1和运放U2；电阻R1和电阻R2的一端作为容性负载判断电路的输入端，与固态功率控制器的输出电压检测接口连接，电阻R1的另一端接运算放大器U1的反相端，电阻R2的另一端接地；
运算放大器U1的反相端和输出端之间串接电阻R3，运算放大器U1的同相端串接电阻R4后接地，运算放大器U1的输出端串接电阻R5后接运算放大器U2的反相端，运算放大器U2的同相端接电阻R6的一端，电阻R6的另一端串接电阻R8后接+3.3V电源VCC，电阻R8的另一端串接电阻R7后接地，运算放大器U2的同相端和输出端之间串接电阻R9，运算放大器U2的输出端串接电阻R10后接所述CPLD芯片的I/O接口；运算放大器U1和运算放大器U2由所述固态功率控制器的+3.3V电源接口供电。运算放大器U1和运算放大器U2由所述固态功率控制器的+3.3V电源接口供电。
两个电路中:
电阻R1＝R2＝100kΩ,R3＝R4＝51kΩ,R5＝R6＝10kΩ,R7＝1.21kΩ,R8＝390Ω,R9＝1MΩ,R10＝1kΩ，固态功率控制器的额定电流为30A，短路保护电流为额定电流的15倍。
当容性负载容值小于500uf时，固态功率控制器开通瞬间，电流尖峰达不到固态功率控制器的短路保护点，固态功率控制器能正常开通。
当容性负载容值大于500uf且小于3000uf时，固态功率控制器开通瞬间，电流尖峰达到固态功率控制器的短路保护点，微处理器控制驱动信号关断功率回路，此时容性负载判断电路输出高电平，微处理器检测到此信号后，认为负载为容性负载，间隔2ms的时间内将再次开通，以此往复，直到完全带起容性负载。
当容性负载容值大于3000uf时，固态功率控制器开通瞬间，电流尖峰达到固态功率控制器的短路保护点，微处理器控制驱动信号关断功率回路，此时容性负载判断电路输出低电平，微处理器检测到此信号后，认为负载的容值过大，将触发微处理器的短路保护标志，不再开通功率回路。

Claims (8)

1.一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路，所述的固态功率控制器为用于航空配电系统的固态功率控制器；所述的固态功率控制器包括微处理器、功率电路、负载电流调理电路U3及短路电流比较器U4；所述的固态功率控制器具有输出电压检测接口；所述的微处理器设有供给外部设备连接的I/O接口；所述的固态功率控制器提供+3.3V电源接口VCC，微处理器输出驱动信号给功率电路，驱动功率电路的开通或关断，功率电路引出负载电流检测接口和输出电压检测接口，负载电流检测接口连接负载电流调理电路U3，实现负载电流调理后，输出信号给短路电流比较器U4，产生短路保护信号给微处理器；
所述的容性负载判断电路包括10个电阻R1-R10、运放U1和运放U2；电阻R1和电阻R2的一端作为容性负载判断电路的输入端，与固态功率控制器的输出电压检测接口连接，电阻R1的另一端接运算放大器U1的反相端，电阻R2的另一端接地；
运算放大器U1的反相端和输出端之间串接电阻R3，运算放大器U1的同相端串接电阻R4后接地，运算放大器U1的输出端串接电阻R5后接运算放大器U2的反相端，运算放大器U2的同相端接电阻R6的一端，电阻R6的另一端串接电阻R8后接+3.3V电源VCC，电阻R8的另一端串接电阻R7后接地，运算放大器U2的同相端和输出端之间串接电阻R9，运算放大器U2的输出端串接电阻R10后接所述微处理器的I/O接口。
2.如权利要求1所述的一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路，其特征在于，运算放大器U1和运算放大器U2由所述固态功率控制器的+3.3V电源接口供电。
3.如权利要求2所述的一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路，其特征在于，电阻R1＝R2＝100kΩ,R3＝R4＝51kΩ,R5＝R6＝10kΩ,R7＝1.21kΩ,R8＝390Ω,R9＝1MΩ,R10＝1kΩ。
4.如权利要求3所述的一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路，其特征在于，固态功率控制器的额定电流为30A，短路保护电流为额定电流的15倍。
5.一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路，所述的固态功率控制器为用于航空配电系统的固态功率控制器；所述的固态功率控制器包括微处理器、CPLD芯片、功率电路、负载电流调理电路U3及短路电流比较器U4；所述的固态功率控制器具有输出电压检测接口；所述的CPLD芯片设有供给外部设备连接的I/O接口；所述的固态功率控制器提供+3.3V电源接口VCC，微处理器通过CPLD芯片输出驱动信号给功率电路，驱动功率电路的开通或关断，功率电路引出负载电流检测接口和输出电压检测接口，负载电流检测接口连接负载电流调理电路U3，实现负载电流调理后，输出信号给短路电流比较器U4，产生短路保护信号，经过CPLD芯片给微处理器；
所述的容性负载判断电路包括10个电阻R1-R10、运放U1和运放U2；电阻R1和电阻R2的一端作为容性负载判断电路的输入端，与固态功率控制器的输出电压检测接口连接，电阻R1的另一端接运算放大器U1的反相端，电阻R2的另一端接地；
运算放大器U1的反相端和输出端之间串接电阻R3，运算放大器U1的同相端串接电阻R4后接地，运算放大器U1的输出端串接电阻R5后接运算放大器U2的反相端，运算放大器U2的同相端接电阻R6的一端，电阻R6的另一端串接电阻R8后接+3.3V电源VCC，电阻R8的另一端串接电阻R7后接地，运算放大器U2的同相端和输出端之间串接电阻R9，运算放大器U2的输出端串接电阻R10后接所述CPLD芯片的I/O接口；运算放大器U1和运算放大器U2由所述固态功率控制器的+3.3V电源接口供电。
6.如权利要求5所述的一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路，其特征在于，运算放大器U1和运算放大器U2由所述固态功率控制器的+3.3V电源接口供电。
7.如权利要求6所述的一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路，其特征在于，电阻R1＝R2＝100kΩ,R3＝R4＝51kΩ,R5＝R6＝10kΩ,R7＝1.21kΩ,R8＝390Ω,R9＝1MΩ,R10＝1kΩ。
8.如权利要求7所述的一种基于固态功率控制器的容性负载判断电路，其特征在于，固态功率控制器的额定电流为30A，短路保护电流为额定电流的15倍。
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