CN113382505A - 一种基于宽带电力载波通信的助航灯具驱动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于宽带电力载波通信的助航灯具驱动控制装置，包括：通信传输模块、MCU控制模块、AC/DC功率转换模块和DC/DC功率转换模块，其中，通信传输模块与二次电缆和MCU控制模块分别连接；AC/DC功率转换模块与所述MCU控制模块和DC/DC功率转换模块分别连接；DC/DC转换模块还与MCU控制模块连接；MCU控制模块，通过UART接口与通信传输模块交互应用层数据，通过对采集的电流信号和电压信号进行闭环负反馈控制，输出对应的PWM控制信号，以控制AC/DC功率转换模块和DC/DC功率转换模块执行相应的操作。本发明能够延长使用寿命和提高监测性能。

Description

一种基于宽带电力载波通信的助航灯具驱动控制装置

技术领域

本发明属于民用机场助航灯光领域，具体涉及一种兼具单灯监控模块和助航灯具功能的基于宽带电力载波通信的助航灯具驱动控制装置。

背景技术

机场助航灯光系统是保障机场正常运行的重要环节，是飞机在夜间和复杂天气条件下顺利起飞、着落和滑行的必要目视助航设备。助航灯具为飞行器运行提供路径指示，单灯监控模块实现对助航灯具监视和控制。

现有的机场助航灯光系统中，助航灯具和单灯监控模块相互独立，且单灯监控模块串接在助航灯具和隔离变压器之间。助航灯具将交流恒流源转化为直流恒压源，并为助航灯具驱动装置供电；单灯监控模块也需要将交流恒流源转换为直流恒压源，为整个单灯监控模块供电，同时监控模块通过二次电缆对助航灯具进行监视和控制；隔离变压器实现一次侧和二次侧耦合及隔离，通过二次侧为助航灯具和单灯监控模块供电。这种方式的缺点包括：(1)助航灯具和单灯监控模块分别需要一套独立的功率转换模块，实现交流恒流源到直流恒压源的转换，增加器件损耗；(2)助航灯具和单灯监控模块使用两套独立物料辅材，如外壳结构件、输入输出电缆、部分电子元器件等，增加产品成本；(3)单灯监控模块使用继电器控制助航灯具开或关，随着控制次数增加，继电器易产生机械疲劳，造成控制失效；(4)对助航灯具状态参数检测能力有限，无法感知助航灯具内部温度、湿度、灯珠电流及电压等状态参数。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种兼具单灯监控模块和助航灯具功能的助航灯具驱动控制装置，能够至少解决上述技术问题之一。

本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供一种基于宽带电力载波通信的助航灯具驱动控制装置，包括：通信传输模块、MCU控制模块、AC/DC功率转换模块和DC/DC功率转换模块，其中，所述通信传输模块的模拟侧与二次电缆连接，或与外部专用电力载波通信接口连接，用于通过对宽带电力载波信号的处理、解析及耦合，传输上行方向和下行方向数据；所述通信传输模块的数字侧与所述MCU控制模块连接，以交互应用层数据；所述AC/DC功率转换模块的输入侧与二次电缆连接，所述AC/DC功率转换模块的信号侧与所述MCU控制模块连接，所述AC/DC功率转换模块的输出侧与所述DC/DC功率转换模块连接，用于将交流恒流源转换为直流恒压源，并提高装置的功率因数；所述DC/DC转换模块的信号侧与所述MCU控制模块连接，所述DC/DC转换模块的输入侧与所述AC/DC转换模块的输出侧连接，用于将直流恒压源转换为负载所需的直流恒压源和直流恒流源；所述MCU控制模块，用于执行如下操作：

S100，采集监控信息并发送给远程控制端，所述监控信息包括所述AC/DC功率转换模块和所述DC/DC功率转换模块的内部各节点的电流信号和电压信号以及装置的温度信息和湿度信息；

S110，基于所述电流信号和电压信号，通过闭环负反馈控制，得到对应的PWM控制信号；

S120，利用所述PWM控制信号分别控制所述AC/DC功率转换模块和所述DC/DC功率转换模块输出对应的直流电压和直流电流。

本发明实施例提供的基于宽带电力载波通信的助航灯具驱动控制装置，由于对机场助航灯光系统的单灯监控模块和助航灯具进行一体化融合设计，能够有效降低元器件损耗和物料成本，并增加监测灯具内部状态参数，从而有效提高系统对灯具内部状态感知能力；同时将控制机构由交流侧的继电器替换为直流侧的功率MOSFET管，能够极大延长使用寿命、增加控制次数，解决继电器因机械疲劳导致的控制失效。

附图说明

图1为本发明实施例提供的助航灯具驱动控制装置的结构框图；

图2为本发明实施例提供的助航灯具驱动控制装置的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的技术思想在于，提供一种基于宽带电力载波通信的助航灯具驱动控制装置，用于对机场助航灯光系统的单灯监控模块和助航灯具进行一体化融合设计，以有效降低元器件损耗和物料成本，并增加监测灯具内部状态参数，以有效提高系统对灯具内部状态感知能力；同时将控制机构由交流侧的继电器替换为直流侧的功率MOSFET管，以极大延长使用寿命、增加控制次数，解决继电器因机械疲劳导致的控制失效。

图1为本发明实施例提供的助航灯具驱动控制装置的结构框图；图2为本发明实施例提供的助航灯具驱动控制装置的电路原理图。

如图1所示，本发明实施例提供的基于宽带电力载波通信的助航灯具驱动控制装置，包括：通信传输模块1、MCU控制模块2、AC/DC功率转换模块3和DC/DC功率转换模块4。

其中，通信传输模块1的模拟侧与二次电缆直接连接，或与外部专用电力载波通信接口直接连接，用于通过对宽带电力载波信号的处理、解析及耦合，传输上行方向和下行方向数据；通信传输模块1的数字侧与MCU控制模块2连接，以交互应用层数据。其中，在本发明实施例中，下行方向定义为宽带电力载波信号输入驱动控制装置的方向。上行方向定义为驱动控制装置输出宽带电力载波信号的方向。

如图2所示，通信传输模块1可包括基于宽带电力载波通信的PLC(即Power LineCommunication)模组、高频耦合电容C1、高频耦合电容C2和专用电力载波通信接口。专用电力载波通信接口用于与外部专用电力载波通信接口连接，用于其它应用场景下的电力载波信号传输，可根据实际应用场景选择接口类型。PLC模组用于处理解析耦合电力载波信号以及传输数字信号，即用于电力载波信号处理、解析耦合以及数字信号传输，在本发明实施例中，PLC模组可以通过二次线缆获取电力载波信号，也可以通过专用电力载波通信接口获取电力载波信号。在一个示例中，可采用PLC-IS-1型尾端通信模组，或具备同等及以上性能的宽带电力载波芯片/模组。高频耦合电容C1的一端与二次电缆的正输入端连接，另一端与PLC模组连接；高频耦合电容C2的一端与二次电缆的负输入端连接，另一端与PLC模组连接。高频耦合电容C1和高频耦合电容C2分别用于耦合电力载波信号，高频耦合电容C1和高频耦合电容C2可选用高频性能优异的聚丙烯薄膜电容器，或具备同等及以上高频性能的电容。

AC/DC功率转换模块3的输入侧与二次电缆连接，AC/DC功率转换模块3的信号侧与MCU控制模块2连接，AC/DC功率转换模块3的输出侧与DC/DC功率转换模块4连接，用于将交流恒流源转换为直流恒压源，并提高装置的功率因数。如图2所示，AC/DC功率转换模块3可包括电感L1、电感L2、续流二极管D1、续流二极管D2、快速恢复二极管D3、快速恢复二极管D4、功率MOSFET管Q1、功率MOSFET管Q2、电容C3、分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、分压电阻R5、分压电阻R6、分压电阻R7、分压电阻R8、分压电阻R9、电流传感器RS1、电流传感器RS2、驱动1和驱动2。AC/DC功率转换模块3输出的直流恒压源即为母线电压Vbus，与电容C3的正极电压相等。

其中，电感L1的一端与二次电缆的正向输入端连接，另一端与快速恢复二极管D3的正极连接。功率MOSFET管Q1的栅极与驱动1连接，漏极连接在电感L1和快速恢复二极管D3之间，源极与电流传感器RS1的一端连接。续流二极管D1的正极连接在功率MOSFET管Q1和电流传感器RS1之间，负极连接在功率MOSFET管Q1和电感L1之间。电感L2的一端与二次电缆的负向输入端连接，另一端与快速恢复二极管D4的正极连接。功率MOSFET管Q2的栅极与驱动2连接，漏极连接在电感L2和快速恢复二极管D4之间，源极与电流传感器RS2的一端连接。续流二极管D2的正极连接在功率MOSFET管Q2和电流传感器RS2之间，负极连接在功率MOSFET管Q2和电感L2之间。电容C3的正极与快速恢复二极管D3和快速恢复二极管D4的负极以及分压电阻R7连接，电容C3的负极与地连接。

在本发明实施例中，电感L1、功率MOSFET管Q1、续流二极管D2和快速恢复二极管D3构成正向升压电路，实现正向能量传递和功率因数校正。在本发明实施例中，电感L1用于存储释放能量，在具体应用时，电感值可根据负载及开关频率大小计算取值。功率MOSFET管Q1用于控制正向升压电路导通和关闭，拆分传递正向能量包，在一个示例中，可采用N沟道型功率MOSFET管。在本发明实施例中，续流二极管D2，用于正向能量回流，在具体应用时，电感值可根据平均电流及正向压降等特性参数选取，且需留有裕量。快速恢复二极管D3，用于正向能量传递，在具体应用时，需根据反向恢复时间、直流反向耐压及平均整流电流等特性参数选取。

在本发明实施例中，电感L2、功率MOSFET管Q2、续流二极管D1和快速恢复二极管D4构成负向升压电路，实现负向能量传递和功率因数校正。在本发明实施例中，电感L2用于存储释放能量，在具体应用时，电感值可根据负载及开关频率大小计算取值。功率MOSFET管Q2用于控制负向升压电路导通和关闭，拆分传递负向能量包，在一个示例中，可采用N沟道型功率MOSFET管。续流二极管D1，用于负向能量回流，在具体应用时，需根据平均电流及正向压降等特性参数选取，且需留有裕量。快速恢复二极管D4，用于负向能量传递，构成升压电路，在具体应用时，需根据反向恢复时间、直流反向耐压及平均整流电流等特性参数选取。

在本发明实施例中，电容C3用于储能和滤波，向后端提供稳定直流电压源，在一个示例中，可选用电解电容，电容值可根据实际参数计算选取。

在本发明实施例中，分压电阻R1、分压电阻R2和分压电阻R3依次串联连接构成负向分压电路，用于将二次电缆的负向输入端输入的负向输入电压调理至适合采样的范围值，得到调制后的负向输入电压信号Vin_N_sen。分压电阻R1、分压电阻R2和分压电阻R3的阻值可根据负向输入电压、电阻精度及功率等特性参数选取。如图2所示，分压电阻R1与二次电缆的负向输入端连接，分压电阻R3与地连接。

分压电阻R4、分压电阻R5和分压电阻R6依次串联连接构成正向分压电路，用于将正向输入电压调理至适合采样的范围值，得到调制后的正向输入电压信号Vin_L_sen。分压电阻R4、分压电阻R5和分压电阻R6的阻值可根据正向输入电压、电阻精度及功率等特性参数选取。如图2所示，分压电阻R4与二次电缆的正向输入端连接，分压电阻R6与地连接。

分压电阻R7、分压电阻R8和分压电阻R9依次串联连接构成母线电压分压电路，用于将母线电压调理至适合采样的范围值，得到调制后的母线电压信号Vbus_sen。分压电阻R7、分压电阻R8和分压电阻R9的阻值可根据母线电压、电阻精度及功率等特性参数选取。如图2所示，分压电阻R9与地连接。

在本发明实施例中，驱动1用于驱动功率MOSFET管Q1的导通和关闭，在一个示例中，可选用UCC27524DR驱动芯片；驱动2用于驱动功率MOSFET管Q2的导通和关闭，在一个示例中，可选用UCC27524DR驱动芯片。

在本发明实施例中，如图2所示，电流传感器RS1的另一端与地连接，用于监测流过功率MOSFET管Q1和续流二极管D1的电流波形，得到第一监测电流。电流传感器RS2的另一端与地连接，用于监测流过功率MOSFET管Q2和续流二极管D2的电流波形，得到第二监测电流。在一个示例中，电流传感器RS1和电流传感器RS2可为采样电阻或霍尔芯片。

DC/DC转换模块4的信号侧与MCU控制模块2连接，DC/DC转换模块4的输入侧与AC/DC转换模块3的输出侧连接，用于将直流恒压源转换为负载所需的直流恒压源和直流恒流源，可实现单路或多路输出。如图2所示，DC/DC功率转换模块可包括电感L3、功率MOSFET管Q3、快速恢复二极管D5、电容C4、驱动3、电流传感器RS3、发光光源和DC电压转换模块。如图2所示，功率MOSFET管Q3的漏极与分压电阻R7连接，源极与电感L3的一端连接，栅极与驱动3连接；电感L3的另一端与发光光源的一端连接。电流传感器RS3的一端与发光光源的另一端连接，另一端与地连接；快速恢复二极管D5的正极连接在电流传感器RS3和地之间，负极连接在功率MOSFET管Q3和电感L3之间；电容C4的正极连接在电感L3和发光光源之间，负极连接在快速恢复二极管D5的正极和电流传感器RS3之间。

其中，电感L3、功率MOSFET管Q3、快速恢复二极管D5和电容C4构成降压电路。在本发明实施例中，电感L3用于储存和释放能量，电感值可根据负载及开关频率大小计算得到。功率MOSFET管Q3用于控制电路导通和关闭，向后级传递能量包，可选用N沟道型功率MOSFET管。快速恢复二极管D5用于能量回流，且可控制发光光源的点亮或熄灭，可根据反向恢复时间、直流反向耐压及平均整流电流等特性参数选取，当功率MOSFET管Q3导通时，快速恢复二极管D5处于反向截止，当功率MOSFET管Q3处于关闭状态时，快速恢复二极管D5处于正向导通状态。电容C4用于储能和滤波，可选用电解电容，电容值应根据实际参数计算选取。

在本发明实施例中，驱动3用于驱动功率MOSFET管Q3的导通和关闭，可选用UCC27524DR驱动芯片，其它应用场景需根据功率MOSFET管的特性选取驱动芯片。

在本发明实施例中，电流传感器RS3用于监测流过助航灯具的发光光源的电流值，得到第三监测电流，电流传感器RS3可为采样电阻。在本发明实施例中，发光光源可为LED灯珠，可根据灯具类型选择相应的LED灯珠。

在本发明实施例中，DC电压转换模块的一端与电容C3连接，另一端与所述通信传输模块和所述MCU控制模块连接。DC电压转换模块用于将母线电压转换为负载所需直流电压源，例如将母线电压转换为12V、3.3V等所需直流电压，向整个驱动控制装置供电，具体为通信传输模块提供12V的直流电压，为MCU控制模块提供3.3V的直流电压。在一个示例中，DC电压转换模块可选用DC/DC转换芯片。

MCU控制模块2，用于执行如下操作：

S100，采集监控信息并发送给远程控制端，所述监控信息包括所述AC/DC功率转换模块和所述DC/DC功率转换模块的内部各节点的电流信号和电压信号以及装置的温度信息和湿度信息；

S110，基于所述电流信号和电压信号，通过闭环负反馈控制，得到对应的PWM控制信号；

S120，利用所述PWM控制信号分别控制所述AC/DC功率转换模块和所述DC/DC功率转换模块输出对应的直流电压和直流电流。

具体地，可通过ADC接口采集AC/DC功率转换模块内部各节点的电流信号和电压信号，再通过闭环负反馈控制，从PWM接口输出对应的PWM控制信号，以控制AC/DC功率转换模块将交流恒流源转换为直流恒压源，并提高装置的功率因数；以及，通过ADC接口采集DC/DC功率转换模块内部各节点的电流信号和电压信号，通过闭环负反馈控制，从PWM接口输出对应的PWM控制信号，以控制DC/DC功率转换模块将直流恒压源转换为负载所需的直流恒流源和直流恒压源。

如图2所示，MCU控制模块包括MCU控制器、运放芯片U1、运放芯片U2、运放芯片U3。

其中，运放芯片U1的输入端连接至电流传感器RS1，输出端连接MCU控制器的Isw1_sen引脚，用于将电流传感器RS1监测的第一监测电流调理至适合采样的范围值，得到调制后的第一监测电流信号Isw1_sen。运放芯片U2的输入端连接至电流传感器RS2，输出端连接MCU控制器的Isw2_sen引脚，用于将电流传感器RS2监测的第二监测电流调理至适合采样的范围值，得到调制后的第二监测电流信号Isw2_sen。运放芯片U3的输入端连接至电流传感器RS3，输出端与MCU控制器的Iled_sen引脚相连，用于将电流传感器RS3监测第三监测电流调理至适合采样的范围值，得到调制后的第三监测电流信号Iled_sen。

MCU控制器，通过UART接口与PLC模组连接，通过ADC、PWM等接口与AC/DC功率转换模块和DC/DC功率转换模块连接，即通过ADC接口采集监控信息并发送给所述远程控制端，监测信息包含电压信号、电流信号以及内部温度信息Temp和内部湿度信息Humi，并基于采集的电压信号和电流信号得到对应的控制信号PWM，以控制各驱动，进而驱动功率MOSFET管的导通和关闭，使得所述AC/DC功率转换模块和所述DC/DC功率转换模块输出对应的直流电压和直流电流。其中，电压信号包括调制后的正向输入电压信号Vin_L_sen、调制后的负向输入电压信号Vin_N_sen和调制后的母线电压信号Vbus_sen，电流信号包括调制后的第一监测电流信号Isw1_sen、调制后的第二监测电流信号Isw2_sen和调制后的第三监测电流信号Iled_sen。

其中，基于采集的电压信号和电流信号得到对应的控制信号PWM，以控制各驱动，进而驱动功率MOSFET管的导通和关闭，使得所述AC/DC功率转换模块和所述DC/DC功率转换模块输出对应的直流电压和直流电流，可具体包括：

S210，将采集的调制后的母线电压信号Vbus_sen与预设的母线电压目标值进行比较，得到两者之间的电压差值；

S220，基于所述电压差值、采集的调制后的正向输入电压信号Vin_L_sen、调制后的第一监测电流信号Isw1_sen和调制后的第二监测电流信号Isw2_sen，通过闭环负反馈控制，得到控制信号PWM1并输出，以控制驱动1，进而驱动功率MOSFET管Q1的导通和关闭，直到母线电压Vbus按照所述预设的电压目标值持续稳定输出；

S230，基于所述电压差值、采集的调制后的负向输入电压信号Vin_N_sen、调制后的第一监测电流信号Isw1_sen和调制后的第二监测电流信号Isw2_sen，通过闭环负反馈控制，得到控制信号PWM2并输出，以控制驱动2，进而驱动功率MOSFET管Q2的导通和关闭，直到母线电压Vbus按照所述预设的电压目标值持续稳定输出；

S240，将采集的调制后的第三监测电流信号Iled_sen与预设的电流目标值进行比较，得到两者之间的电流差值；

S250，基于所述电流差值、采集的调制后的第三监测电流信号Iled_sen，通过闭环负反馈控制，得到控制信号PWM3并输出，以控制驱动3，进而驱动功率MOSFET管Q3的导通和关闭，直到第三监测电流按照所述预设的电流目标值持续稳定输出。

在本发明实施例中，闭环负反馈控制可采用现有的任何方法实现，只要能够实现母线电压按照所述预设的电压目标值持续稳定输出和第三监测电流按照所述预设的电流目标值持续稳定输出的技术目的即可。在一个示例中，MCU控制器可采用带DSP(即DigitalSignal Processing)的ARM微控制处理器

在本发明实施例中，通信传输模块1、MCU控制模块2、AC/DC功率转换模块3和DC/DC功率转换模块4，共同实现对助航灯具的监视和控制功能，等效于单灯监控模块的监视和控制功能。在本发明实施例中，监控的数据可包括下行方向的数据和上行方向的数据。具体地，

(1)下行方向数据传输过程

电力载波信号从二次电缆接口或专用电力载波通信接口传输至宽带PLC模组，再由模组对电力载波信号进行解析处理，得到应用层数据，再由UART接口发送数据至MCU控制模块，MCU控制模块接收到应用层数据后按协议格式，解析应用层数据中的内容，并做出如下具体响应：

1)如果是装置状态查询命令，则MCU控制模块通过ADC端口获取电流电压信号，再按照上行方向数据传输过程，返回装置当前状态；

2)如果是开灯或关灯控制命令，则MCU控制模块通过PWM端口发出PWM3信号至驱动3，再控制MOSFET管Q3对应导通或关闭，同时按照上行方向的数据传输过程，反馈动作装置状态。

(2)上行方向数据传输过程

当驱动控制装置需要上报装置状态时，MCU控制模块通过ADC接口采集驱动控制装置的LED灯珠电流Iled_sen、母线电压Vbus、输入电压Vin_L_sen和Vin_N_sen、输入电流Isw1_sen和Isw2_sen、内部温度信息Temp和内部湿度信息Humi，并按照协议帧格式打包生成应用层数据，再通过UART接口将应用层数据发送至宽带PLC模组，模组把接收到数据转换为电力载波信号，经耦合电容从二次缆传输至远端，或者通过专用电力载波通信接口传输至远端。

在本发明实施例中，MCU控制模块2、AC/DC功率转换模块3和DC/DC转换模块4驱动助航灯具的发光光源即LED灯珠点亮，共同实现的发光指示功能等效于助航灯具的发光指示功能。具体地，

1)AC/DC功率转换模块转换信号流向

当正向电流输入时，MCU控制模块通过ADC端口采样电压和电流信号，包括电压信号Vin_L_sen和Vbus以及电流信号Isw1_sen和Isw2_sen，并将采样信号与预设母线电压目标值进行比较，使用闭环负反馈算法，计算出PWM输出量，再由PWM端口输出PWM1信号至驱动1，控制MOSFET管Q1导通或关闭，直至母线电压Vbus按母线电压目标值持续稳定输出，并使得正向输入电流波形跟随电压波形，从而能够提高装置的功率因数；

当负向电流输入时，MCU控制模块通过ADC端口采样电压和电流信号包括电压信号Vin_N_sen和Vbus以及电流信号Isw1_sen和Isw2_sen，并与预设母线电压目标值进行比较，使用闭环负反馈算法，计算出PWM输出量，再由PWM端口输出PWM2信号至驱动2，控制MOS管Q2导通或关闭，直至母线电压Vbus按预设母线电压目标值持续稳定输出，并使得正向输入电流波形跟随电压波形，从而能够提高装置的功率因数。

2)DC/DC功率转换模块转换信号流向

当母线电压Vbus达到预期范围值后，MCU控制模块通过ADC端口采样电流信号包括电流信号Iled_sen，并与预设电流目标值进行比较，使用闭环负反馈算法，计算出PWM输出量，再由PWM端口输出PWM3信号至驱动3，控制MOSFET管Q3导通或关闭，直至第三监测电流按预设电流目标值稳定输出。预设电流目标值与MCU控制模块采样的电流信号Isw1_sen和Isw2_sen相对应，存在相应的映射表。

(3)正负向电源流向

当正向电源输入时，电流流过电感L1。当功率MOS管Q1导通，快速恢复二极管D3反向截止，电流从Q1流过，经电流传感器RS2回到电源地GND；当功率MOS管Q1关闭，快速恢复二极管D3正向导通，电流从快速恢复二极管D3流过，再经后端负载回到电源地GND。回到电源地GND后，经电流传感器RS1，从续流二极管D2和功率MOS管Q2，再到电感L2最终回流到电源负端。

当负向电源输入时，电流流过电感L2。当功率MOS管Q2导通，快速恢复二极管D4反向截止，电流从Q2流过，经过电流传感器RS1回到电源地GND；当功率MOS管Q2关闭，快速恢复二极管D4正向导通，电流从快速恢复二极管D4流过，再经后端负载回到电源地GND。回到电源地GND后，经电流传感器RS2，从续流二极管D1和功率MOS管Q1，再到电感L1最终回流到电源正端。

本发明实施例提供的基于宽带电力载波通信的助航灯具驱动控制装置的工作原理包括以下步骤：

S1：MCU控制模块上电启动自检，获取初始目标值，周期性采集各节点电流电压参数值；

S2：进入闭环负反馈调节，控制AC/DC功率转换模块和DC/DC功率转换模块逐渐收敛于目标值，且连续稳定输出；

S3:待通信传输模块启动入网注册成功后，上报装置初始态，根据用户需求，决定是否周期性上报装置状态，并持续等待控制命令，当出现如下三种情况，分别进入到对应步骤；

S4:若初始态为开灯，当接收到控制命令：①若是查询命令，上报装置状态，包括温湿度、各节点电流电压等参数；②若是开灯命令，保持当前开灯状态；③若是关灯命令，驱动功率MOSFET管关闭；执行完上述步骤后回到步骤S3；

S5:若初始态为关灯，当接收到控制命令：①若是查询命令，上报装置状态，包括温湿度、各节点电流电压等参数；②若是开灯命令，根据输入电流，按映射表调节输出电流；③若是关灯命令，保持当前关灯状态；执行完上述步骤后回到步骤S3；

S6:若运行过程出现故障时，可自动上报故障代码；执行完上述步骤后回到步骤S3。

综上，本发明实施例提供的基于宽带电力载波通信的助航灯具驱动控制装置，通过对机场助航灯光系统中的单灯监控模块和助航灯具进行一体化融合设计，使得两套设备共用一套功率转换单元及控制器以同时实现现有的单灯监控模块的监控功能和助航灯具的发光指示功能，可有效降低器件损耗；原有单灯监控模块使用继电器控制灯具开关，本发明将灯具控制机构由交流侧继电器替换为直流侧功率MOSFET(即Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)管，直接对灯珠进行开关，功率MOSFET管具备高性能的开关特性可极大延长控制机构使用寿命，避免因继电器机械疲劳而造成控制助航灯具失效；同时一体化融合设计可监测灯具内部温湿度、各节点电流电压等状态参数，能够提高系统对灯具内部状态感知能力，同时还能减少产品所需辅材物料，极大降低生产成本。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于宽带电力载波通信的助航灯具驱动控制装置，其特征在于，包括：通信传输模块、MCU控制模块、AC/DC功率转换模块和DC/DC功率转换模块，其中，

所述通信传输模块的模拟侧与二次电缆连接，或与外部专用电力载波通信接口连接，用于通过对宽带电力载波信号的处理、解析及耦合，传输上行方向和下行方向数据；所述通信传输模块的数字侧与所述MCU控制模块连接，以交互应用层数据；

所述AC/DC功率转换模块的输入侧与二次电缆连接，所述AC/DC功率转换模块的信号侧与所述MCU控制模块连接，所述AC/DC功率转换模块的输出侧与所述DC/DC功率转换模块连接，用于将交流恒流源转换为直流恒压源，并提高装置的功率因数；

所述DC/DC转换模块的信号侧与所述MCU控制模块连接，所述DC/DC转换模块的输入侧与所述AC/DC转换模块的输出侧连接，用于将直流恒压源转换为负载所需的直流恒压源和直流恒流源；

所述MCU控制模块，用于执行如下操作：

S100，采集监控信息并发送给远程控制端，所述监控信息包括所述AC/DC功率转换模块和所述DC/DC功率转换模块的内部各节点的电流信号和电压信号以及装置的温度信息和湿度信息；

S110，基于所述电流信号和电压信号，通过闭环负反馈控制，得到对应的PWM控制信号；

S120，利用所述PWM控制信号分别控制所述AC/DC功率转换模块和所述DC/DC功率转换模块输出对应的直流电压和直流电流。

2.根据权利要求1所述的助航灯具驱动控制装置，其特征在于，所述通信传输模块包括PLC模组、高频耦合电容C1、高频耦合电容C2和专用电力载波通信接口；所述专用电力载波通信接口用于与外部专用电力载波通信接口连接，以传输电力载波信号；所述PLC模组用于处理解析耦合电力载波信号以及传输数字信号；所述高频耦合电容C1和所述高频耦合电容C2分别用于耦合传输电力载波信号。

3.根据权利要求2所述的助航灯具驱动控制装置，其特征在于，所述AC/DC功率转换模块包括正向升压电路、负向升压电路、电容C3、正向分压电路、负向分压电路、母线电压分压电路、电流传感器RS1、电流传感器RS2、驱动1和驱动2；

其中，所述正向升压电路包括电感L1、功率MOSFET管Q1、续流二极管D2和快速恢复二极管D3；电感L1的一端与二次电缆的正向输入端连接，另一端与快速恢复二极管D3的正极连接；功率MOSFET管Q1的栅极与驱动1连接，漏极连接在电感L1和快速恢复二极管D3之间，源极与电流传感器RS1的一端连接；续流二极管D2的正极连接在功率MOSFET管Q2和电流传感器RS2之间，负极连接在功率MOSFET管Q2和电感L2之间；

所述负向升压电路包括电感L2、功率MOSFET管Q2、续流二极管D1和快速恢复二极管D4；电感L2的一端与二次电缆的负向输入端连接，另一端与快速恢复二极管构成D4的正极连接；功率MOSFET管Q2的栅极与驱动2连接，漏极连接在电感L2和快速恢复二极管D4之间，源极与电流传感器RS2的一端连接；续流二极管D1的正极连接在功率MOSFET管Q1和电流传感器RS1之间，负极连接在功率MOSFET管Q1和电感L1之间；

所述电容C3的正极与快速恢复二极管D3和快速恢复二极管D4的负极以及分压电阻R7连接，电容C3的负极与地连接，用于储能和滤波，向后端提供稳定直流恒压源；

所述负向分压电路用于将负向输入电压调节至适合采样的范围值，得到调制后的负向输入电压信号Vin_N_sen，包括依次串联连接的分压电阻R1、分压电阻R2和分压电阻R3，分压电阻R1与二次电缆的负向输入端连接，分压电阻R3与地连接；

所述正向分压电路用于将正向输入电压调理至适合采样的范围值，得到调制后的正向输入电压信号Vin_L_sen，包括依次串联连接的分压电阻R4、分压电阻R5和分压电阻R6，分压电阻R4与二次电缆的正向输入端连接，分压电阻R6与地连接；

所述母线电压分压电路用于将母线电压调理至适合采样的范围值，得到调制后的母线电压信号Vbus_sen，包括依次串联连接的分压电阻R7、分压电阻R8和分压电阻R9，分压电阻R9与地连接；

所述电流传感器RS1的另一端与地连接，用于监测流过功率MOSFET管Q1和续流二极管D1的电流波形，得到第一监测电流；

所述电流传感器RS2的另一端与地连接，用于监测流过功率MOSFET管Q2和续流二极管D2的电流波形，得到第二监测电流。

4.根据权利要求3所述的助航灯具驱动控制装置，其特征在于，所述DC/DC功率转换模块包括电感L3、功率MOSFET管Q3、快速恢复二极管D5、电容C4、驱动3、电流传感器RS3、发光光源和DC电压转换模块；

电感L3、功率MOSFET管Q3、快速恢复二极管D5和电容C4构成降压电路，其中，功率MOSFET管Q3的漏极与分压电阻R7连接，源极与电感L3的一端连接，栅极与驱动3连接；电感L3的另一端与发光光源的一端连接；

所述电流传感器RS3用于监测流过发光光源的电流值，得到第三监测电流，电流传感器RS3的一端与发光光源的另一端连接，另一端与地连接；

快速恢复二极管D5的正极连接在电流传感器RS3和地之间，负极连接在功率MOSFET管Q3和电感L3之间；

电容C4的正极连接在电感L3和发光光源之间，负极连接在快速恢复二极管D5的正极和电流传感器RS3之间；

所述DC电压转换模块用于将母线电压转换为负载所需直流电压源，向整个驱动控制装置供电。

5.根据权利要求4所述的助航灯具驱动控制装置，其特征在于，所述MCU控制模块包括MCU控制器、运放芯片U1、运放芯片U2、运放芯片U3；

运放芯片U1的输入端连接至电流传感器RS1，输出端连接MCU控制器的Isw1_sen引脚，用于将电流传感器RS1监测的第一监测电流调理至适合采样的范围值，得到调制后的第一监测电流信号Isw1_sen；

运放芯片U2的输入端连接至电流传感器RS2，输出端连接MCU控制器的Isw2_sen引脚，用于将电流传感器RS2监测的第二监测电流调理至适合采样的范围值，得到调制后的第二监测电流信号Isw2_sen；

运放芯片U3的输入端连接至电流传感器RS3，输出端与MCU控制器的Iled_sen引脚相连，用于将电流传感器RS3监测的第三监测电流调理至适合采样的范围值，得到调制后的第三监测电流信号Iled_sen；

所述MCU控制器，通过UART接口与所述PLC模组连接，通过ADC接口采集所述监控信息并发送给所述远程控制端，电压信号包括调制后的正向输入电压信号Vin_L_sen、调制后的负向输入电压信号Vin_N_sen和调制后的母线电压信号Vbus_sen，电流信号包括调制后的第一监测电流信号Isw1_sen、调制后的第二监测电流信号Isw2_sen和调制后的第三监测电流信号Iled_sen，并基于采集的电压信号和电流信号得到对应的控制信号PWM，以控制各驱动，进而驱动功率MOSFET管的导通和关闭，使得所述AC/DC功率转换模块和所述DC/DC功率转换模块输出对应的直流电压和直流电流。

6.根据权利要求5所述的助航灯具驱动控制装置，其特征在于，所述基于采集的电压信号和电流信号得到对应的控制信号PWM，以控制各驱动，进而驱动功率MOSFET管的导通和关闭，使得所述AC/DC功率转换模块和所述DC/DC功率转换模块输出对应的直流电压和直流电流，具体包括：

S210，将采集的调制后的母线电压信号Vbus_sen与预设的母线电压目标值进行比较，得到两者之间的电压差值；

S220，基于所述电压差值、采集的调制后的正向输入电压信号Vin_L_sen、调制后的第一监测电流信号Isw1_sen和调制后的第二监测电流信号Isw2_sen，通过闭环负反馈控制，得到控制信号PWM1并输出，以控制驱动1，进而驱动功率MOSFET管Q1的导通和关闭，直到母线电压Vbus按照所述预设的电压目标值持续稳定输出；

S230，基于所述电压差值、采集的调制后的负向输入电压信号Vin_N_sen、调制后的第一监测电流信号Isw1_sen和调制后的第二监测电流信号Isw2_sen，通过闭环负反馈控制，得到控制信号PWM2并输出，以控制驱动2，进而驱动功率MOSFET管Q2的导通和关闭，直到母线电压Vbus按照所述预设的电压目标值持续稳定输出；

S240，将采集的调制后的第三监测电流信号Iled_sen与预设的电流目标值进行比较，得到两者之间的电流差值；

S250，基于所述电流差值、采集的调制后的第三监测电流信号Iled_sen，通过闭环负反馈控制，得到控制信号PWM3并输出，以控制驱动3，进而驱动功率MOSFET管Q3的导通和关闭，直到第三监测电流按照所述预设的电流目标值持续稳定输出。

7.根据权利要求4所述的助航灯具驱动控制装置，其特征在于，所述发光光源为LED灯珠。

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