电压信号和电流信号进行模数转换；
[0051]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 ;
[0052]步骤3:所述FPGA5对负载进行恒流保护和反时限保护，执行步骤5 ;
[0053]步骤4:所述FPGA5对负载进行反时限保护，执行步骤5 ;
[0054]步骤5:结束处理。
[0055]所述FPGA5对负载进行恒流保护具体为:所述FPGA5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4根据输入的恒流控制信号驱动功率场效应管I，进而对负载进行恒流保护。
[0056]所述FPGA5对负载进行反时限保护具体为:所述FPGA5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4驱动所述功率场效应管I对负载进行反时限保护。
[0057]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。
[0058]所述反时限控制信号中包括反时限参数及开关控制信号。
[0059]所述反时限参数通过反时限保护算法计算得出。
[0060]如图1所示，为无恒流保护时随机浪涌示意图；图2为本发明加入恒流保护后随即浪涌波形示意图；CCSSPC兼具了对用电器的过耗保护(反时限保护)，还具有母线浪涌保护(恒流保护可以抑制任何情况下的电流浪涌)。
[0061]CCSSPC主要包括功率Mosfet，检测电阻，AD转换电路，采样电路，悬浮栅驱动电路，反时限保护算法，通信模块。
[0062]功率Mosfet作为开关，漏极直接连接母线电流采样电路输入并联在采样电阻两端，经采样和AD转换输出到FPGA和恒流电路，FPGA实现反时限保护算法和与上位机通信的功能；电流信号同时输入恒流模块，形成闭环控制。
[0063]在正常工作时CCSSPC将采样的电压、电流信号通过FPGA和隔离的通信线路传输给上位机。当负载出现异常情况发生过流时，若超过设定恒流值，则启动恒流保护，和反时限保护，恒流一段时间(由反时限的参数决定)若异常未结束则切断负载；若发生过流，但未超过恒流点，则仅启动反时限保护，保护曲线可根据负载状况用户自定义。
[0064]如图5所示，在CCSSPC中，Mosfet作为主要开关器件，对负载的通断进行控制。Mosfet由悬浮栅驱动电路直接驱动，而驱动电路的通断控制信号由FPGA和恒流保护算法产生。
[0065]I2T保护和恒流保护算法同时对CCSSPC所控制负载进行保护，当负载电流发生过流时，I2T保护即启动，根据过流情况判断动作方式和延时，当过流到超过恒流点时，恒流电路进行恒流保护。其中“Ι2τ”为保护用电器过流、过耗；“恒流”为保护供电母线的过载、用电浪涌。
[0066]如图4，恒流保护的反馈信号为对采样电阻进行电流采样后经AD转换输入到恒流保护控制电路中，经过控制电路产生控制信号驱动开关管，最终达到恒流。加入恒流保护的CCSSPC电流时间外特性曲线如图3所示。
[0067]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种恒流保护固态功率控制器，其特征在于，包括功率场效应管(I)、采样电阻(2)、采样转换电路(3)、悬浮栅驱动电路(4)和FPGA (5)； 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； 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； 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); 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。
2.根据权利要求1所述的恒流保护固态功率控制器，其特征在于，所述FPGA(5)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)； 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； 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。
3.根据权利要求1所述的恒流保护固态功率控制器，其特征在于，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)； 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。
4.一种直流用电器，其特征在于，包括如权利要求1至3任一所述的恒流保护固态功率控制器。
5.一种采用如权利要求1至3任一所述的恒流保护固态功率控制器的固态功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:所述采样转换电路⑶采集采样电阻⑵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； 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; 步骤3:所述FPGA (5)对负载进行恒流保护和反时限保护，执行步骤5 ; 步骤4:所述FPGA (5)对负载进行反时限保护，执行步骤5 ; 步骤5:结束处理。
6.根据权利要求5所述的固态功率控制方法，其特征在于，所述FPGA(5)对负载进行恒流保护具体为:所述FPGA(5)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(4)根据输入的恒流控制信号驱动功率场效应管(I)，进而对负载进行恒流保护。
7.根据权利要求5所述的固态功率控制方法，其特征在于，所述FPGA(5)对负载进行反时限保护具体为: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，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。
8.根据权利要求5所述的固态功率控制方法，其特征在于，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。
9.根据权利要求5所述的固态功率控制方法，其特征在于，所述反时限控制信号中包括反时限参数及开关控制信号。
10.根据权利要求9所述的固态功率控制方法，其特征在于，所述反时限参数通过反时限保护算法计算得出。
【专利摘要】本发明涉及一种恒流保护固态功率控制器及固态功率控制方法，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；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串联；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；所述采样转换电路的一个输出端与所述FPGA相连；所述FPGA与所述采样转换电路的另一个输出端连接，所述FPGA与所述悬浮栅驱动电路连接。本发明采用恒流技术从根本上隔绝了用电器在加、断电过程中对电源母线的干扰；并通过I2T保护技术对用电器负载进行供电输出保护。
【IPC分类】H02H9-02
【公开号】CN104753050
【申请号】CN201510111773
【发明人】李响, 苏建, 刘彦民, 王诗斌, 门良知
【申请人】中国科学院空间应用工程与技术中心
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月13日