CN215895275U

CN215895275U - 一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路

Info

Publication number: CN215895275U
Application number: CN202122112284.1U
Authority: CN
Inventors: 钟豪; 罗洋; 郭思源
Original assignee: Hanzhong 101 Aviation Electronic Equipment Co ltd
Current assignee: Hanzhong 101 Aviation Electronic Equipment Co ltd
Priority date: 2021-09-02
Filing date: 2021-09-02
Publication date: 2022-02-22
Anticipated expiration: 2031-09-02

Abstract

一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路，包括电源电路、主控电路、总线接口电路、离散量采集电路、驱动电路、电压采集电路、电流采集电路、压降监测电路和功率回路；电源电路、总线接口电路、离散量采集电路、驱动电路、电压采集电路、电流采集电路、压降监测电路和功率回路均连接到主控电路上。本发明采用16位单片机dsPIC33FJ128GP802，接口丰富，应用灵活；通过CAN总线传输控制指令、控制/工作状态、电流数据和自检信息，总线节点多易于组网，抗干扰能力强。

Description

一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路

技术领域

本实用新型属于航空直流智能接触器技术领域，特别涉及一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路。

背景技术

电源系统是现代飞机最重要的系统之一，是飞机正常飞行和机载设备正常工作的重要保障。而接触器作为底层的功率控制器件，在飞机供、配电网络中大量使用。而接触器仅作为开关进行大功率电源的通断控制，不具备状态监控和自检测的能力。

随着飞机的多电和全电技术发展，航空电子系统开始综合化、智能化，接触器作为飞机供/配电系统的底层功率控制器件不可或缺，接触器的智能化对于飞机智能供/配电技术发展有着重要作用和意义。

现有的智能接触器已实现远程控制、总线通讯和线路保护等基本功能，但智能化程度不够，还不具备接触器性能和寿命监测能力，无法支持飞机供/配电系统以及全机的健康管理。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路，包括电源电路、主控电路、总线接口电路、离散量采集电路、驱动电路、电压采集电路、电流采集电路、压降监测电路和功率回路；电源电路、总线接口电路、离散量采集电路、驱动电路、电压采集电路、电流采集电路、压降监测电路和功率回路均连接到主控电路上。

进一步的，主控电路包括单片机U1、晶振G1、电容C4、电容C6、电容C7、电阻R1、电阻R2、电阻R9、电阻R10和电阻R11；晶振G1的1脚为空脚，2脚接GND，3脚与电阻R1一端连接，4脚接DC3.3V电源并与GND之间跨接电容C4进行电源滤波，电阻R1另一端与单片机U1的6脚连接；单片机U1的1脚分别与电阻R10一端和电阻R11一端连接，10脚和25脚接DC3.3V电源，5脚、14脚、24脚和28脚接GND，27脚与DC2.5V电源连接，7脚与电阻R2一端连接，17脚分别与电容C6和电容C7的一端连接，26脚与电阻R9一端连接，18脚、19脚和26脚为程序下载接口；电容C6、电容C7、电阻R2和电阻R11的另一端接GND，电阻R9的另一端接DC3.3V电源，电阻R10的另一端接DC2.5V基准电源；单片机U1为dsPIC33FJ128GP80216位单片机。

进一步的，电源电路包括DC/DC隔离电源变换器P1、LDO电源芯片P2、基准电源P3、瓷片电容C1、瓷片电容C2、极性电容C3和瓷片电容C5；DC/DC隔离电源变换器P1将外部输入的DC28V电源隔离转换为DC5V电源，DC/DC隔离电源变换器P1的1脚为输入电源正端，4脚为输入电源负端，5脚为输出电源正端，7脚为输出电源正端，1脚和4脚之间跨接瓷片电容C1用于输入电源滤波，5脚和7脚之间跨接瓷片电容C2用于输出电源滤波；LDO电源芯片P2用于将DC5V电源转换为DC3.3V，LDO电源芯片P21脚接DC5V电源，2脚接GND，3脚为DC3.3V输出正端，3脚和2脚之间跨接极性电容C3对输出的DC3.3V行滤波；基准电源P3用于将DC5V电源转换为DC2.5V基准电源，基准电源P2的1脚接DC5V电源，3脚接GND，2脚为DC2.5V输出正端，2脚和3脚之间跨接瓷片电容C5对输出的DC2.5V电源进行滤波。

进一步的，总线接口电路为CAN总线接口，CAN总线接口包括CAN驱动芯片U2和端接电阻R5；CAN驱动芯片U2的1脚接单片机的21脚，2脚接GND，3脚接DC3.3V电源，4脚接单片机20脚，5脚和8脚接GND，6脚为输出的低电平信号CANL，7号为输出的高电平信号CANH，6脚和7脚之间跨接一个端接电阻R5。

进一步的，离散量采集电路包括光耦U5、电阻R3和电阻R4，光耦U5的1脚接电阻R4一端，光耦U5的2脚接外部离散量控制信号，4脚接单片机U1的11脚同时接电阻R3一端，4脚接GND；电阻R4另一端接外部DC28V电源；电阻R3的另一端接DC3.3V电源。

进一步的，驱动电路包括光耦U6、PNP三极管T1、电阻R6、电阻R7、电阻R8和瞬态抑制二极管D1；光耦U3的1脚分别接单片机U1的12脚和电阻R6的一端，2脚接单片机U1的13脚，3脚与电阻R8一端连接，4脚分别与PNP三极管T1的基极和电阻R7的一端连接；PNP三极管T1的发射级分别与电阻R7的另一端和外部DC28V连接，PNP三极管T1的集电极与接触器的线圈正端连接；瞬态抑制二极管D1的负端接接触器线圈正端，瞬态抑制二极管D1的正端接接触器线圈负端；电阻R6的另一端接DC3.3V电源，电阻R8的另一端接GND。

进一步的，电压采集电路包括比例放大电路U3,比例放大电路U3的同相端接接触器功率电源输入端，反相端接功率电源地，比例放大电路U3的电源端接DC3.3V电源，信号输出端接单片机U1的28脚。

进一步的，电流采集电路包括数字霍尔式电流传感器S1,霍尔式电流传感器S1的1脚接GND，2脚接单片机U1的2脚和3脚，3脚接GND。

进一步的，压降监测电路包括差分放大电路U4,差分放大电路U4的同相端接接触器功率电源输入端X1，反相端接接触器功率电源输出端X2，差分放大电路U4的电源端接DC3.3V电源，信号输出端接单片机U1的4脚。

进一步的，功率回路包括接触器和快恢复二极管D2，接触器线圈负端接28V电源地，功率电源输入端X1接功率电源，X2为电源输出端，电源输出需穿过霍尔式电流传感器S1；快恢复二极管D2的负端接触器功率电源输出端X2，正端接功率电源地。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明公开一种基于dsPIC单片机的直流智能接触器控制电路设计，该设计相比现有智能接触器控制电路增加了在线编程和接触器的寿命监测以及健康管理功能，能够提高智能接触器的应用灵活性并进一步加强飞机供、配电系统的寿命监测和健康管理能力。该控制电路特性和功能具体如下。

本实用新型采用16位单片机dsPIC33FJ128GP802，接口丰富，应用灵活；通过CAN总线传输控制指令、控制/工作状态、电流数据和自检信息，总线节点多易于组网，抗干扰能力强；具备总线和离散量两种控制方式；设计I²t反时限保护曲线对线路过载进行延时跳闸保护，I²t曲线可在线编程修改；通过dsPIC单片机自带的比较器模块实现大过载情况下的快速保护；具备过/欠压保护功能；具备接触器寿命监测功能；具备接触器健康管理功能；具备自检测功能。

附图说明

图1为本实用新型电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进一步说明：

请参阅图1，一种基于dsPIC单片机的直流智能接触器控制电路，集合了计算机技术、总线传输技术以及过载保护技术，实现了接触器状态信息数字化和控制智能化。该电路可对接触器工作状态进行实时监控、I²t过载保护、过/欠压保护、寿命监测、健康管理以及数据通讯。

选用dsPIC33FJ128GP802单片作为控制核心，整个控制电路由电源电路、主控电路、总线接口电路、离散量采集电路、驱动电路、电压采集电路、电流采集电路、压降检测电路和功率回路等构成。

电源电路包括DC/DC隔离电源变换器P1、LDO电源芯片P2和基准电源P3，其中：DC/DC隔离电源变换器P1将输入的DC28V电源转变为DC5V，DC5V为LDO电源芯片P2、基准电源P3和电流采集电路中的霍尔式电流传感器S1供电；LDO电源芯片P2将DC5V电源转变为DC3.3V，DC3.3V为单片机U1、有源晶振G1、CAN总线驱动器U2、比例放大电路U3和差分放大电路U4提供工作电源；基准电源P2将DC5V电源转变为DC2.5V基准电源为单片机U1提供AD基准电压。

主控电路包括单片机U1和晶振G1，晶振G1为单片机U1提供8MHz时钟信号，单片机U1实现通断控制、总线通讯、模拟量采集和数据存储等功能。

总线接口电路包括CAN总线接口，CAN总线接口由CAN总线驱动器U2实现。

离散量采集电路由光耦U5实现,光耦U5将外部控制信号隔离转换为单片机U1可识别的I/O信号。

驱动电路由光耦U3、PNP三级管T1和瞬态抑制二极管D1实现,光耦U3和PNP三级管T1将单片机U1输出的I/O信号隔离转换为接触器控制信号,瞬态抑制二极管D1用于泄放接触器动作时线圈引起的反向电压尖峰，。

电压采集电路由比例运算放大电路U3实现，比例运算放大电路U3由高精度放大器和分立电阻组成，该电路将接触器输入端电压按比例缩小至0～2.5V范围内的电压信号通送至单片机U1解算出输入电源电压。

电流采集电路由霍尔式电流传感器S1实现，霍尔式电流传感器S1将电流信号变换为0～2.5V范围内的电压信号送至单片机U1AD采集接口解算出线路电流，同时该电压信号送至单片机U1比较器模块的输入正端，通过与比较器模块的输入负端设置的比较电压进行比较，实现短路状态的快速判断。

压降检测电路由差分放大电路U4实现，差分放大电路U4由高精度放大器和电阻组成，该电路采集接触器输入端触点和输出端触点之间的电压差值电压降，电压差值经信号调理放大为0～2.5V范围内的电压信号送至单片机U1解算出接触器接通后的电压降，用于接触器触点压降性能监测。

功率回路包括接触器和快恢复二极管D2组成，接触器完成功率电源通断控制，快恢复二极管D2用于泄放感性负载引起的反向电压尖峰。

电路原理图见图1，设计具体如下：

基于dsPIC单片机的直流智能接触器控制电路工作电源为DC28V，工作电压范围为DC18～36V,工作电流不大于36mA不含接触器线圈工作电流。

外部输入的DC28V电源通过DC/DC隔离电源变换器P1转换为DC5V，为LDO电源芯片P2、基准电源P3和电流采集电路中的霍尔式电流传感器S1供电；LDO电源芯片P2将DC5V转换为DC3.3V，为主控电路、总线接口电路、离散量采集电路、电压采集电路和压降检测电路供电；基准电源P3将DC5V转换为DC2.5V，为单片机U1的AD模块提供基准电压。

晶振G1为单片机U1提供8MHz时钟信号，单片机U1内部将时钟信号倍频至40MHz，提高运行速度。

CAN总线驱动器U2将差分信号CANL、CANH转换为单片机可识别的数字信号。

单片机U1通过CAN总线接收控制指令，对指令解析后输出I/O控制信号，通过光耦U3隔离转换为PNP三极管T1控制信号，最终由PNP三极管T1控制接触器接通/断开，实现电源的通断控制；同时，单片机U1对通断控制次数进行记录，当记录的数值达到接触器动作次数上限时，通过总线输出告警信息，以此实现接触器的寿命监测。

直流智能接触器控制电路除总线控制方式外还能够通过离散量信号控制，离散量信号通过光耦U5隔离转换为单片机可识别的I/O信号，单片机U1采集信号后输出I/O控制信号完成控制功能。

霍尔式电流传感器S1将电流信号转变为0～2.5V电压信号送至单片机U1的AD模块解算出电流数值，并将电流数值与设定的保护门限进行比较，当电流数值大于保护阈值时代入I2t反时限计算公式进行计算，并按计算结果延时输出断开控制信号，控制接触器断开，实现供电线路的过载跳闸保护；霍尔式电流传感器S1输出的电压信号同时送至单片机U1的比较器模块与设定的比较电压进行比较，当霍尔式电流传感器S1输出的电压信号大于比较电压时，说明线路出现高倍电流过载，单片机U1根据比较器模块信号立即输出断开控制信号，控制接触器断开，实现高倍电流过载时的快速跳闸保护。

比例放大电路U3对输入的电源电压信号调理为0～2.5V电压信号，调理后的电压信号送至单片机U1的AD模块解算出电压数值，当电压高于或低于保护设定值时单片机U1输出断开控制信号，控制接触器断开，实现过压/欠压保护；

差分放大电路U3测量接触器接通后输入端与输出端之间的电压差值，并调理为0～2.5V电压信号，调理后的电压信号送至单片机U1的AD模块解算出压降数值，当压降数值高于设定值时说明接触器触点接通电阻增大，性能下降，单片机U1通过总线输出告警信息，以此实现接触器的健康管理；同时，通过压降数值判断接触器通断情况，实现接触器通断状态检测。

Claims

1.一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路，其特征在于，包括电源电路、主控电路、总线接口电路、离散量采集电路、驱动电路、电压采集电路、电流采集电路、压降监测电路和功率回路；电源电路、总线接口电路、离散量采集电路、驱动电路、电压采集电路、电流采集电路、压降监测电路和功率回路均连接到主控电路上；

主控电路包括单片机U1、晶振G1、电容C4、电容C6、电容C7、电阻R1、电阻R2、电阻R9、电阻R10和电阻R11；晶振G1的1脚为空脚，2脚接GND，3脚与电阻R1一端连接，4脚接DC3.3V电源并与GND之间跨接电容C4进行电源滤波，电阻R1另一端与单片机U1的6脚连接；单片机U1的1脚分别与电阻R10一端和电阻R11一端连接，10脚和25脚接DC3.3V电源，5脚、14脚、24脚和28脚接GND，27脚与DC2.5V电源连接，7脚与电阻R2一端连接，17脚分别与电容C6和电容C7的一端连接，26脚与电阻R9一端连接，18脚、19脚和26脚为程序下载接口；电容C6、电容C7、电阻R2和电阻R11的另一端接GND，电阻R9的另一端接DC3.3V电源，电阻R10的另一端接DC2.5V基准电源；

主控电路中单片机的比较器模块用于大过载情况下的快速保护、接触器寿命监测和接触器健康管理。

2.根据权利要求1所述的一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路，其特征在于，单片机U1为dsPIC33FJ128GP80216位单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路，其特征在于，电源电路包括DC/DC隔离电源变换器P1、LDO电源芯片P2、基准电源P3、瓷片电容C1、瓷片电容C2、极性电容C3和瓷片电容C5；DC/DC隔离电源变换器P1将外部输入的DC28V电源隔离转换为DC5V电源，DC/DC隔离电源变换器P1的1脚为输入电源正端，4脚为输入电源负端，5脚为输出电源正端，7脚为输出电源正端，1脚和4脚之间跨接瓷片电容C1用于输入电源滤波，5脚和7脚之间跨接瓷片电容C2用于输出电源滤波；LDO电源芯片P2用于将DC5V电源转换为DC3.3V，LDO电源芯片P21脚接DC5V电源，2脚接GND，3脚为DC3.3V输出正端，3脚和2脚之间跨接极性电容C3对输出的DC3.3V行滤波；基准电源P3用于将DC5V电源转换为DC2.5V基准电源，基准电源P2的1脚接DC5V电源，3脚接GND，2脚为DC2.5V输出正端，2脚和3脚之间跨接瓷片电容C5对输出的DC2.5V电源进行滤波。

4.根据权利要求1所述的一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路，其特征在于，总线接口电路为CAN总线接口，CAN总线接口包括CAN驱动芯片U2和端接电阻R5；CAN驱动芯片U2的1脚接单片机的21脚，2脚接GND，3脚接DC3.3V电源，4脚接单片机20脚，5脚和8脚接GND，6脚为输出的低电平信号CANL，7号为输出的高电平信号CANH，6脚和7脚之间跨接一个端接电阻R5。

5.根据权利要求1所述的一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路，其特征在于，离散量采集电路包括光耦U5、电阻R3和电阻R4，光耦U5的1脚接电阻R4一端，光耦U5的2脚接外部离散量控制信号，4脚接单片机U1的11脚同时接电阻R3一端，4脚接GND；电阻R4另一端接外部DC28V电源；电阻R3的另一端接DC3.3V电源。

6.根据权利要求1所述的一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路，其特征在于，驱动电路包括光耦U6、PNP三极管T1、电阻R6、电阻R7、电阻R8和瞬态抑制二极管D1；光耦U3的1脚分别接单片机U1的12脚和电阻R6的一端，2脚接单片机U1的13脚，3脚与电阻R8一端连接，4脚分别与PNP三极管T1的基极和电阻R7的一端连接；PNP三极管T1的发射级分别与电阻R7的另一端和外部DC28V连接，PNP三极管T1的集电极与接触器的线圈正端连接；瞬态抑制二极管D1的负端接接触器线圈正端，瞬态抑制二极管D1的正端接接触器线圈负端；电阻R6的另一端接DC3.3V电源，电阻R8的另一端接GND。

7.根据权利要求1所述的一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路，其特征在于，电压采集电路包括比例放大电路U3,比例放大电路U3的同相端接接触器功率电源输入端，反相端接功率电源地，比例放大电路U3的电源端接DC3.3V电源，信号输出端接单片机U1的28脚。

8.根据权利要求1所述的一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路，其特征在于，电流采集电路包括数字霍尔式电流传感器S1,霍尔式电流传感器S1的1脚接GND，2脚接单片机U1的2脚和3脚，3脚接GND。

9.根据权利要求1所述的一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路，其特征在于，压降监测电路包括差分放大电路U4,差分放大电路U4的同相端接接触器功率电源输入端X1，反相端接接触器功率电源输出端X2，差分放大电路U4的电源端接DC3.3V电源，信号输出端接单片机U1的4脚。

10.根据权利要求1所述的一种基于dsPIC单片机的航空直流智能接触器控制电路，其特征在于，功率回路包括接触器和快恢复二极管D2，接触器线圈负端接28V电源地，功率电源输入端X1接功率电源，X2为电源输出端，电源输出穿过霍尔式电流传感器S1；快恢复二极管D2的负端接触器功率电源输出端X2，正端接功率电源地。