一种恒流保护固态功率控制器及固态功率控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空、航天等苛刻环境中，5?270V直流配电器、配电过载保护、输入母线保护的恒流保护固态功率控制器及固态功率控制方法。
【背景技术】
[0002]传统直流用电器均采用熔电器、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，是和固态配电系统相配套的控制负载通断的开关装置。它具有无触点、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。
[0003]现有SSPC的产品和专利仅仅是进行反时限保护，存在问题为若出现开机随机浪涌则可能误关断，对于母线开机浪涌仅为“躲过”，不能很好抑制。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于5?270V直流用电设备的集电路负载的过流、过耗保护与母线的过载、用电器浪涌抑制于一体的、利用恒流保护算法及反时限保护算法的恒流保护固态功率控制器及固态功率控制方法。
[0005]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种恒流保护固态功率控制器，包括功率场效应管、采样电阻、采样转换电路、悬浮栅驱动电路和FPGA ;
[0006]所述功率场效应管的漏极与母线连接，所述功率场效应管的源极与所述采样电阻的一端连接，所述采样电阻的另一端与负载的一端连接，所述负载的另一端接地，用于驱动所述功率场效应管的悬浮栅驱动电路与所述功率场效应管的栅极连接；
[0007]所述采样转换电路的两个输入端并联在所述采样电阻的两端，用于采集采样电阻上的电压信号和电流信号，并将采集到的电压信号和电流信号进行模数转换；
[0008]所述采样转换电路的一个输出端与所述FPGA相连，用于将经过模数转换后的电压信号和电流信号传递给FPGA ;
[0009]所述FPGA所述FPGA与所述悬浮栅驱动电路连接，所述FPGA根据经过模数转换后的电压信号和电流信号产生反时限控制信号和恒流控制信号，通过控制所述悬浮栅驱动电路驱动所述功率场效应管对负载进行反时限保护和恒流保护。
[0010]本发明的有益效果是:采用“恒流保护技术”保护直流供电母线；工作电压轨范围宽，用于5?270V直流母线母线保护；控制冗余度大，可以进行测控、并联冗余。
[0011]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0012]进一步，所述FPGA中包括反时限保护模块、通信模块和恒流保护模块；
[0013]所述反时限保护模块与所述通信模块连接，所述反时限保护模块对输入的电压信号和电流信号利用反时限保护算法进行计算，得到反时限控制信号，将反时限控制信号发送给悬浮栅驱动电路，并通过通信模块将反时限控制信号发送给上位机；
[0014]所述恒流保护模块与所述通信模块连接，所述恒流保护模块对输入的电压信号和电流信号利用恒流保护算法进行计算，得到恒流控制信号，将恒流控制信号发送给悬浮栅驱动电路，并通过通信模块将恒流控制信号发送给上位机。
[0015]进一步，所述采样保护电路包括采样电路和A/D转换电路；
[0016]所述采样电路与所述A/D转换电路连接，采样电路的两个输入端并联在所述采样电阻的两端，采样电路用于采集采样电阻上的电压信号和电流信号，A/D转换电路用于将采集的采样电阻上的电压信号和电流信号进行A/D转换。
[0017]进一步，一种直流用电器，包括恒流保护固态功率控制器。
[0018]进一步，一种采用恒流保护固态功率控制器的固态功率控制方法，包括以下步骤:
[0019]步骤1:所述采样转换电路采集采样电阻上的电压信号和电流信号，并将采集到的电压信号和电流信号进行模数转换；
[0020]步骤2:当负载发生过流现象时，若当前电流信号的电流值大于预设的恒流值时，执行步骤3，否则，执行步骤4 ;
[0021]步骤3:所述FPGA对负载进行恒流保护和反时限保护，执行步骤5 ;
[0022]步骤4:所述FPGA对负载进行反时限保护，执行步骤5 ;
[0023]步骤5:结束处理。
[0024]进一步，所述FPGA对负载进行恒流保护具体为:所述FPGA根据经过模数转换后的电压信号和电流信号利用恒流保护算法进行计算，产生恒流控制信号，悬浮栅驱动电路根据输入的恒流控制信号驱动功率场效应管，进而对负载进行恒流保护。
[0025]进一步，所述FPGA对负载进行反时限保护具体为:所述FPGA根据经过模数转换后的电压信号和电流信号产生反时限控制信号，通过控制所述悬浮栅驱动电路驱动所述功率场效应管对负载进行反时限保护。
[0026]进一步，所述步骤5中还包括，若负载仍然处于过流状态，则切断负载。
[0027]进一步，所述反时限控制信号中包括反时限参数及开关控制信号。
[0028]进一步，所述反时限参数通过反时限保护算法计算得出。
【附图说明】
[0029]图1为无恒流保护时随机浪涌示意图；
[0030]图2为本发明加入恒流保护后随即浪涌波形示意图；
[0031]图3为本发明恒流、I2T电流时间外特性图；
[0032]图4为本发明恒流保护控制流程图；
[0033]图5为本发明电路原理结构图。
[0034]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0035]1、功率场效应管，2、采样电阻，3、采样转换电路，3-1、采样电路，3-2、A/D转换电路，4、悬浮栅驱动电路，5、FPGA，5-1、反时限保护模块，5_2、通信模块，5_3、恒流保护模块。
【具体实施方式】
[0036]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。
[0037]实施例1
[0038]一种恒流保护固态功率控制器，包括功率场效应管1、采样电阻2、采样转换电路3、悬浮栅驱动电路4和FPGA5 ；
[0039]所述功率场效应管I的漏极与母线连接，所述功率场效应管I的源极与所述采样电阻2的一端连接，所述采样电阻2的另一端与负载的一端连接，所述负载的另一端接地，用于驱动所述功率场效应管I的悬浮栅驱动电路(4)与所述功率场效应管I的栅极连接；
[0040]所述采样转换电路3的两个输入端并联在所述采样电阻2的两端，用于采集采样电阻2上的电压信号和电流信号，并将采集到的电压信号和电流信号进行模数转换；
[0041]所述采样转换电路3的一个输出端与所述FPGA 5相连，用于将经过模数转换后的电压信号和电流信号传递给FPGA 5 ;
[0042]所述FPGA 5所述FPGA 5与所述悬浮栅驱动电路4连接，所述FPGA 5根据经过模数转换后的电压信号和电流信号产生反时限控制信号和恒流控制信号，通过控制所述悬浮栅驱动电路4驱动所述功率场效应管I对负载进行反时限保护和恒流保护。
[0043]所述FPGA5中包括反时限保护模块5_1、通信模块5_2和恒流保护模块5_3 ；
[0044]所述反时限保护模块5-1与所述通信模块5-2连接，所述反时限保护模块5-1对输入的电压信号和电流信号利用反时限保护算法进行计算，得到反时限控制信号，将反时限控制信号发送给悬浮栅驱动电路4，并通过通信模块5-2将反时限控制信号发送给上位机；
[0045]所述恒流保护模块5-3与所述通信模块5-2连接，所述恒流保护模块5_3对输入的电压信号和电流信号利用恒流保护算法进行计算，得到恒流控制信号，将恒流控制信号发送给悬浮栅驱动电路4，并通过通信模块5-2将恒流控制信号发送给上位机。
[0046]所述采样保护电路3包括采样电路3-1和A/D转换电路3_2 ；
[0047]所述采样电路3-1与所述A/D转换电路3-2连接，采样电路3_1的两个输入端并联在所述采样电阻2的两端，采样电路3-1用于采集采样电阻2上的电压信号和电流信号，A/D转换电路3-2用于将采集的采样电阻2上的电压信号和电流信号进行A/D转换。
[0048]一种直流用电器，包括恒流保护固态功率控制器。
[0049]一种采用恒流保护固态功率控制器的固态功率控制方法，包括以下步骤:
[0050]步骤1:所述采样转换电路3采集采样电阻2上的电压信号和电流信号，并将采集到的