一種恒流保護固態(tài)功率控制器及固態(tài)功率控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及航空、航天等苛刻環(huán)境中，5?270V直流配電器、配電過載保護、輸入母線保護的恒流保護固態(tài)功率控制器及固態(tài)功率控制方法。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)直流用電器均采用熔電器、機械開關等進行電路保護、加斷電源，該種電路設計不可避免存在機械特性差、一致性差、開關壽命有限的弊端，不能滿足航空、航天等苛刻環(huán)境的使用，固態(tài)功率控制器是集繼電器的轉換功能和斷路器的保護功能于一體的固態(tài)元器件，是和固態(tài)配電系統(tǒng)相配套的控制負載通斷的開關裝置。它具有無觸點、無電弧、無噪聲、響應快、電磁干擾小、壽命長、可靠性高以及便于計算機遠程控制等優(yōu)點。
[0003]現(xiàn)有SSPC的產(chǎn)品和專利僅僅是進行反時限保護，存在問題為若出現(xiàn)開機隨機浪涌則可能誤關斷，對于母線開機浪涌僅為“躲過”，不能很好抑制。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種應用于5?270V直流用電設備的集電路負載的過流、過耗保護與母線的過載、用電器浪涌抑制于一體的、利用恒流保護算法及反時限保護算法的恒流保護固態(tài)功率控制器及固態(tài)功率控制方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下:一種恒流保護固態(tài)功率控制器，包括功率場效應管、采樣電阻、采樣轉換電路、懸浮柵驅動電路和FPGA ;
[0006]所述功率場效應管的漏極與母線連接，所述功率場效應管的源極與所述采樣電阻的一端連接，所述采樣電阻的另一端與負載的一端連接，所述負載的另一端接地，用于驅動所述功率場效應管的懸浮柵驅動電路與所述功率場效應管的柵極連接；
[0007]所述采樣轉換電路的兩個輸入端并聯(lián)在所述采樣電阻的兩端，用于采集采樣電阻上的電壓信號和電流信號，并將采集到的電壓信號和電流信號進行模數(shù)轉換；
[0008]所述采樣轉換電路的一個輸出端與所述FPGA相連，用于將經(jīng)過模數(shù)轉換后的電壓信號和電流信號傳遞給FPGA ;
[0009]所述FPGA所述FPGA與所述懸浮柵驅動電路連接，所述FPGA根據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉換后的電壓信號和電流信號產(chǎn)生反時限控制信號和恒流控制信號，通過控制所述懸浮柵驅動電路驅動所述功率場效應管對負載進行反時限保護和恒流保護。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:采用“恒流保護技術”保護直流供電母線；工作電壓軌范圍寬，用于5?270V直流母線母線保護；控制冗余度大，可以進行測控、并聯(lián)冗余。
[0011]在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0012]進一步，所述FPGA中包括反時限保護模塊、通信模塊和恒流保護模塊；
[0013]所述反時限保護模塊與所述通信模塊連接，所述反時限保護模塊對輸入的電壓信號和電流信號利用反時限保護算法進行計算，得到反時限控制信號，將反時限控制信號發(fā)送給懸浮柵驅動電路，并通過通信模塊將反時限控制信號發(fā)送給上位機；
[0014]所述恒流保護模塊與所述通信模塊連接，所述恒流保護模塊對輸入的電壓信號和電流信號利用恒流保護算法進行計算，得到恒流控制信號，將恒流控制信號發(fā)送給懸浮柵驅動電路，并通過通信模塊將恒流控制信號發(fā)送給上位機。
[0015]進一步，所述采樣保護電路包括采樣電路和A/D轉換電路；
[0016]所述采樣電路與所述A/D轉換電路連接，采樣電路的兩個輸入端并聯(lián)在所述采樣電阻的兩端，采樣電路用于采集采樣電阻上的電壓信號和電流信號，A/D轉換電路用于將采集的采樣電阻上的電壓信號和電流信號進行A/D轉換。
[0017]進一步，一種直流用電器，包括恒流保護固態(tài)功率控制器。
[0018]進一步，一種采用恒流保護固態(tài)功率控制器的固態(tài)功率控制方法，包括以下步驟:
[0019]步驟1:所述采樣轉換電路采集采樣電阻上的電壓信號和電流信號，并將采集到的電壓信號和電流信號進行模數(shù)轉換；
[0020]步驟2:當負載發(fā)生過流現(xiàn)象時，若當前電流信號的電流值大于預設的恒流值時，執(zhí)行步驟3，否則，執(zhí)行步驟4 ;
[0021]步驟3:所述FPGA對負載進行恒流保護和反時限保護，執(zhí)行步驟5 ;
[0022]步驟4:所述FPGA對負載進行反時限保護，執(zhí)行步驟5 ;
[0023]步驟5:結束處理。
[0024]進一步，所述FPGA對負載進行恒流保護具體為:所述FPGA根據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉換后的電壓信號和電流信號利用恒流保護算法進行計算，產(chǎn)生恒流控制信號，懸浮柵驅動電路根據(jù)輸入的恒流控制信號驅動功率場效應管，進而對負載進行恒流保護。
[0025]進一步，所述FPGA對負載進行反時限保護具體為:所述FPGA根據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉換后的電壓信號和電流信號產(chǎn)生反時限控制信號，通過控制所述懸浮柵驅動電路驅動所述功率場效應管對負載進行反時限保護。
[0026]進一步，所述步驟5中還包括，若負載仍然處于過流狀態(tài)，則切斷負載。
[0027]進一步，所述反時限控制信號中包括反時限參數(shù)及開關控制信號。
[0028]進一步，所述反時限參數(shù)通過反時限保護算法計算得出。
【附圖說明】
[0029]圖1為無恒流保護時隨機浪涌示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明加入恒流保護后隨即浪涌波形示意圖；
[0031]圖3為本發(fā)明恒流、I2T電流時間外特性圖；
[0032]圖4為本發(fā)明恒流保護控制流程圖；
[0033]圖5為本發(fā)明電路原理結構圖。
[0034]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0035]1、功率場效應管，2、采樣電阻，3、采樣轉換電路，3-1、采樣電路，3-2、A/D轉換電路，4、懸浮柵驅動電路，5、FPGA，5-1、反時限保護模塊，5_2、通信模塊，5_3、恒流保護模塊。
【具體實施方式】
[0036]以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0037]實施例1
[0038]一種恒流保護固態(tài)功率控制器，包括功率場效應管1、采樣電阻2、采樣轉換電路3、懸浮柵驅動電路4和FPGA5 ；
[0039]所述功率場效應管I的漏極與母線連接，所述功率場效應管I的源極與所述采樣電阻2的一端連接，所述采樣電阻2的另一端與負載的一端連接，所述負載的另一端接地，用于驅動所述功率場效應管I的懸浮柵驅動電路(4)與所述功率場效應管I的柵極連接；
[0040]所述采樣轉換電路3的兩個輸入端并聯(lián)在所述采樣電阻2的兩端，用于采集采樣電阻2上的電壓信號和電流信號，并將采集到的電壓信號和電流信號進行模數(shù)轉換；
[0041]所述采樣轉換電路3的一個輸出端與所述FPGA 5相連，用于將經(jīng)過模數(shù)轉換后的電壓信號和電流信號傳遞給FPGA 5 ;
[0042]所述FPGA 5所述FPGA 5與所述懸浮柵驅動電路4連接，所述FPGA 5根據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉換后的電壓信號和電流信號產(chǎn)生反時限控制信號和恒流控制信號，通過控制所述懸浮柵驅動電路4驅動所述功率場效應管I對負載進行反時限保護和恒流保護。
[0043]所述FPGA5中包括反時限保護模塊5_1、通信模塊5_2和恒流保護模塊5_3 ；
[0044]所述反時限保護模塊5-1與所述通信模塊5-2連接，所述反時限保護模塊5-1對輸入的電壓信號和電流信號利用反時限保護算法進行計算，得到反時限控制信號，將反時限控制信號發(fā)送給懸浮柵驅動電路4，并通過通信模塊5-2將反時限控制信號發(fā)送給上位機；
[0045]所述恒流保護模塊5-3與所述通信模塊5-2連接，所述恒流保護模塊5_3對輸入的電壓信號和電流信號利用恒流保護算法進行計算，得到恒流控制信號，將恒流控制信號發(fā)送給懸浮柵驅動電路4，并通過通信模塊5-2將恒流控制信號發(fā)送給上位機。
[0046]所述采樣保護電路3包括采樣電路3-1和A/D轉換電路3_2 ；
[0047]所述采樣電路3-1與所述A/D轉換電路3-2連接，采樣電路3_1的兩個輸入端并聯(lián)在所述采樣電阻2的兩端，采樣電路3-1用于采集采樣電阻2上的電壓信號和電流信號，A/D轉換電路3-2用于將采集的采樣電阻2上的電壓信號和電流信號進行A/D轉換。
[0048]一種直流用電器，包括恒流保護固態(tài)功率控制器。
[0049]一種采用恒流保護固態(tài)功率控制器的固態(tài)功率控制方法，包括以下步驟:
[0050]步驟1:所述采樣轉換電路3采集采樣電阻2上的電壓信號和電流信號，并將采集到的