一种基于dsPIC单片机的固态功率控制电路的制作方法

一种基于dspic单片机的固态功率控制电路
技术领域
[0001]
本实用新型属于固态配电技术领域，特别涉及一种基于dspic单片机的固态功率控制电路。


背景技术：

[0002]
sspc是现代先进飞机配电系统的关键器件，是集继电器或接触器的通断控制功能和机电式断路器的电路保护功能于一体的智能功率开关设备。sspc集合了总线传输技术、计算机技术以及半导体技术，其采用mos管作为功率控制开关，内部没有活动机构，不会产生机械磨损、可靠性高，可实现负载的快速接通和关断而不产生电弧；通过微处理器内置的i2t反时限特性曲线实现供电线路的过载保护，通过总线实现数据传输。具有电气隔离措施，抗干扰能力强等许多显著优势。
[0003]
国内的固态功率控制技术起步较晚，发展时间较短，现阶段sspc还存在一些不足，如电路规模和体积较大不利于多路集成，总线接口类型较少，功率回路内阻大功耗较高。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的目的在于提供一种基于dspic单片机的固态功率控制电路，以解决上述问题。
[0005]
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0006]
一种基于dspic单片机的固态功率控制电路，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、电流采集电路和供电状态采集电路；电源电路、总线接口电路、离散量采集电路、驱动电路、电流采集电路和供电状态采集电路均连接到主控电路；
[0007]
主控电路包括单片机u1、晶振g1、电容c2、电容c4、电容c5、电阻r1、电阻r2和电阻r6；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c2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r2一端连接连接，17脚分别与电容c4和电容c5的一端连接；电阻r2、电容c4和电容c5的另一端接gnd。
[0008]
电源电路，离散量采集电路，驱动电路，电流采集电路，供电状态采集电路以及总线接口电路均连接到主控电路的单片机u1。
[0009]
进一步的，电源电路包括隔离升压模块p3、ldo电源芯片p1、基准电源p2、电容c6、电容c7、电阻r11、极性电容c1和瓷片电容c3；隔离升压模块p3将外部输入的dc5v电源隔离转换为dc9v电源，用于为驱动电路提供电源；隔离升压模块p3的1脚和2脚之间跨接1个瓷片电容c6用于输入电源滤波，隔离升压模块p3的4脚和5脚之间跨接1个瓷片电容c7和1个电阻r11，分别用于输出电源滤波和提供最小负载；ldo电源芯片p1用于将外部输入的dc5v电源转换为dc3.3v，用于为主控电路、总线接口电路、离散量采集电路、电流采集电路和供电状态采集电路提供工作电源，ldo电源芯片p11脚接外部dc5v电源，2脚接gnd，3脚为输出dc3.3v正极，3脚和2脚之间跨接1个极性电容c1对输出电源进行滤波；基准电源p2用于将外
部输入的dc5v电源转换为dc2.5v基准电源，用于为单片机的ad模块提供基准电压，基准电源p2的1脚接外部dc5v电源，3脚接gnd，2脚为dc2.5v输出正极，2脚和3脚之间跨接1个瓷片电容c3对输出电压进行滤波。
[0010]
进一步的，p3的2脚接dc5v电源，1脚接dc5v电源负极，5脚为dc9v电源输出正极，4脚为dc9v电源输出负极。
[0011]
进一步的，总线接口电路包括can总线接口和i2c总线接口，can总线接口包括can驱动芯片u2和端接电阻r12，i2c总线接口由单片机u1直接提供；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；i2c总线的scl信号接单片机u1的14脚，sda信号接15脚。
[0012]
进一步的，离散量采集电路包括光耦u7、电阻r3和电阻r12，光耦u7的1脚接电阻r12一端，光耦u7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r12另一端接外部dc5v电源；电阻r3的另一端接dc3.3v电源。
[0013]
进一步的，驱动电路包括光耦u3、mos管驱动芯片u6、电阻r4、电阻r8和电阻r9；光耦u3的1脚分别接单片机u1的12脚和电阻r4的一端，2脚接单片机u1的13脚，3脚接dc9v电源负极，4脚接mos管驱动芯片u6的2脚、4脚以及电阻r8的一端；mos管驱动芯片u6的1脚和8脚为空脚，3脚接dc9v电源负极，5脚和7脚共同接电阻r9的一端，6脚接dc9v电源正极；电阻r4另一端接dc3.3v电源，电阻r8另一端接dc9v电源正极。
[0014]
进一步的，电流采集电路包括数字电流传感器s1；数字电流传感器s1的1脚接gnd，2脚接dc3.3v电源，3脚接单片机u1的1脚，4脚接单片机u1的2脚，5脚接单片机u1的3脚，6脚接单片机u1的4脚，8脚为功率输出引脚与输出接口连接。
[0015]
进一步的，供电状态采集电路包括输入状态采集电路和输出状态采集电路，输入状态采集电路包括光耦u4、电阻r7和电阻r14，光耦u4的1脚正极接电阻r7一端，2脚接28v电源地，3脚接gnd，4脚接接单片机u1的14脚同时接电阻r14一端，电阻r14的另一端接dc3.3v电源；输出状态采集电路包括光耦u5、电阻r5和电阻r10，光耦u5的1脚接电阻r10一端，2脚接28v电源地，3脚接gnd，4脚接单片机u1的15脚同时接电阻r5一端，电阻r5另一端接dc3.3v电源，电阻r10另一端接数字电流传感器s1的8脚。
[0016]
进一步的，还包括功率回路，功率回路包括mos管m1和tvs管d1,mos管m1漏极接28v电源输入接口；tvs管d1负极接mos管m1的漏极，tvs管d1正极接mos管m1的源极；电阻r7另一端接mos管m1漏极；数字电流传感器s1的7脚为功率输入引脚接mos管m1的源极，电阻r9另一端接功率回路中mos管m1的栅极。
[0017]
进一步的，单片机u1为dspic33fj128gp802单片机。
[0018]
与现有技术相比，本实用新型有以下技术效果：
[0019]
本实用新型公开一种基于dspic单片机的sspc设计，采用控制电路、电流采集电路和功率电路隔离的电路构架。
[0020]
a)采用16位单片机dspic33fj128gp802，接口丰富，应用灵活；
[0021]
b)采用spi总线接口的贴片式电流传感器替代现有sspc中的取样电阻和运放进行电流采集，简化了电路规模，减小了sspc体积，降低了功率回路内阻，减小了功耗；
[0022]
c)设计了can和i2c双总线通讯，互为余度，提高了通讯可靠度。
附图说明
[0023]
图1为本实用新型结构示意图；
具体实施方式
[0024]
以下结合附图对本实用新型进一步说明：
[0025]
请参阅图1，一种基于dspic单片机的固态功率控制电路，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、电流采集电路和供电状态采集电路；电源电路、总线接口电路、离散量采集电路、驱动电路、电流采集电路和供电状态采集电路均连接到主控电路；
[0026]
主控电路包括单片机u1、晶振g1、电容c2、电容c4、电容c5、电阻r1、电阻r2和电阻r6；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c2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r2一端连接连接，17脚分别与电容c4和电容c5的一端连接；电阻r2、电容c4和电容c5的另一端接gnd。
[0027]
电源电路包括隔离升压模块p3、ldo电源芯片p1、基准电源p2、电容c6、电容c7、电阻r11、极性电容c1和瓷片电容c3；隔离升压模块p3将外部输入的dc5v电源隔离转换为dc9v电源，用于为驱动电路提供电源；隔离升压模块p3的1脚和2脚之间跨接1个瓷片电容c6用于输入电源滤波，隔离升压模块p3的4脚和5脚之间跨接1个瓷片电容c7和1个电阻r11，分别用于输出电源滤波和提供最小负载；ldo电源芯片p1用于将外部输入的dc5v电源转换为dc3.3v，用于为主控电路、总线接口电路、离散量采集电路、电流采集电路和供电状态采集电路提供工作电源，ldo电源芯片p11脚接外部dc5v电源，2脚接gnd，3脚为输出dc3.3v正极，3脚和2脚之间跨接1个极性电容c1对输出电源进行滤波；基准电源p2用于将外部输入的dc5v电源转换为dc2.5v基准电源，用于为单片机的ad模块提供基准电压，基准电源p2的1脚接外部dc5v电源，3脚接gnd，2脚为dc2.5v输出正极，2脚和3脚之间跨接1个瓷片电容c3对输出电压进行滤波。
[0028]
p3的2脚接dc5v电源，1脚接dc5v电源负极，5脚为dc9v电源输出正极，4脚为dc9v电源输出负极。
[0029]
总线接口电路包括can总线接口和i2c总线接口，can总线接口包括can驱动芯片u2和端接电阻r12，i2c总线接口由单片机u1直接提供；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；i2c总线的scl信号接单片机u1的14脚，sda信号接15脚。
[0030]
离散量采集电路包括光耦u7、电阻r3和电阻r12，光耦u7的1脚接电阻r12一端，光耦u7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r12另一端接外部dc5v电源；电阻r3的另一端接dc3.3v电源。
[0031]
驱动电路包括光耦u3、mos管驱动芯片u6、电阻r4、电阻r8和电阻r9；光耦u3的1脚分别接单片机u1的12脚和电阻r4的一端，2脚接单片机u1的13脚，3脚接dc9v电源负极，4脚接mos管驱动芯片u6的2脚、4脚以及电阻r8的一端；mos管驱动芯片u6的1脚和8脚为空脚，3脚接dc9v电源负极，5脚和7脚共同接电阻r9的一端，6脚接dc9v电源正极；电阻r4另一端接
dc3.3v电源，电阻r8另一端接dc9v电源正极。
[0032]
电流采集电路包括数字电流传感器s1；数字电流传感器s1的1脚接gnd，2脚接dc3.3v电源，3脚接单片机u1的1脚，4脚接单片机u1的2脚，5脚接单片机u1的3脚，6脚接单片机u1的4脚，8脚为功率输出引脚与输出接口连接。
[0033]
供电状态采集电路包括输入状态采集电路和输出状态采集电路，输入状态采集电路包括光耦u4、电阻r7和电阻r14，光耦u4的1脚正极接电阻r7一端，2脚接28v电源地，3脚接gnd，4脚接接单片机u1的14脚同时接电阻r14一端，电阻r14的另一端接dc3.3v电源；输出状态采集电路包括光耦u5、电阻r5和电阻r10，光耦u5的1脚接电阻r10一端，2脚接28v电源地，3脚接gnd，4脚接单片机u1的15脚同时接电阻r5一端，电阻r5另一端接dc3.3v电源，电阻r10另一端接数字电流传感器s1的8脚。
[0034]
还包括功率回路，功率回路包括mos管m1和tvs管d1,mos管m1漏极接28v电源输入接口；tvs管d1负极接mos管m1的漏极，tvs管d1正极接mos管m1的源极；电阻r7另一端接mos管m1漏极；数字电流传感器s1的7脚为功率输入引脚接mos管m1的源极，电阻r9另一端接功率回路中mos管m1的栅极。
[0035]
单片机u1为dspic33fj128gp802单片机。
[0036]
工作原理：
[0037]
sspc工作电源为dc5v
±
0.5v,工作电流最大仅为100ma。
[0038]
外部输入的dc5v电源通过ldop1转变为3.3v为单片机u1、有源晶振g1、can总线驱动器u2和数字电流传感器s1提供工作电源；通过基准电源p2转变为2.5v基准电源为单片机u1提供ad基准电压；通过隔离升压模块p3转变为9v隔离电压为mos管驱动器提供mos管控制电压。
[0039]
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。
[0040]
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。
[0041]
i2c总线接口由单片机u1直接提供。
[0042]
can总线和i2c总线同时为工作总线，互为余度，单片机u1通过can总线和i2c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mos管驱动器u6控制信号，最终由mos管驱动器u6控制mos管接通/断开，实现电源的通断控制。
[0043]
sspc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u7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。
[0044]
mos管m1通过栅极g、源极s之间的电压vgs控制接通/断开，漏极d和源极s之间并接tvs保护二极管d1。
[0045]
数字电流传感器s1通过spi总线和单片机u1进行通讯，数字电流传感器s1将实时采集的供电线路电流值转换为spi总线数据发送给单片机u1,单片机u1将电流数据与预置的保护阈值进行比对，若大于保护阈值则通过i2t反时限特性曲线公式计算跳闸时间并按时输出断开控制信号，实现供电线路的过载保护。
[0046]
光耦u4将输入电源状态转换为i/o信号送至单片机u1，用于供电输入状态采集；光耦u5将输出电源状态转换为i/o信号送至单片机u1，用于供电输出状态采集；单片机u1将采集的供电输入状态和供电输出状态与指令控制状态、i/o控制信号输出状态进行逻辑运算，
实现工作状态自检测。