一种固态功率控制器与二级保护装置配合的控制系统及方法与流程

1.本发明涉及航空配电系统，属于配电系统、负载控制领域。具体涉及一种固态功率控制器与二级保护装置配合的控制系统及方法。


背景技术：

2.固态功率控制器英文名称为solid state power controller简化为sspc，在飞机上应用已经有几十年的历史了，其原理是通过dsp处理器发出驱动信号来驱动功率mosfet的栅极从而实现mosfet的开通关断，从而对负载功率回路进行通断控制，有因为它具备电流采集电压采集短路保护等功能，可以对负载电流进行监控并实现智能控制与保护负载功能，但是由于是功率mosfet作为回路中的主要元器件，由于sspc作为复杂集成电路设备，在对mosfet的过流保护控制上可靠性不如传统热断路器，所以有过流保护失效的风险。
3.随着航空业的发展，需要提升sspc功率回路可靠性，保证在sspc过流保护失效的情况下也可以保护后级线缆不被烧毁，在sspc功率回路中串入二级保护装置熔断器，所以需要固态功率控制器的特性与串入二级保护装置熔断器特性匹配。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，针对上述技术问题，提供一种固态功率控制器与二级保护装置配合的控制系统及方法，来提升固态功率控制器功率回路的安全性、可靠性和维修性，并更好的保护飞机线缆。
5.本发明技术方案：
6.一种固态功率控制器与二级保护装置配合的控制系统，包括功率回路与sspc模块两部分，功率回路包括依次串联的mos管，采样电阻和熔断器，sspc模块包括微处理器、驱动模块、电流采集模块、温度传感器和温度采集模块，通过温度传感器采集熔断器的温度，经温度采集模块进行数值转换后发送给微处理器，微处理器基于温度信号和电流采集模块采集到采样电阻的电流，判断何时向驱动模块输出跳闸信号，驱动模块根据跳闸信号控制mos管的开闭。
7.其特征在于，熔断器、温度传感器和温度采集模块作为控制系统的二级保护装置，温度传感器贴近熔断器放置，将采集的温度信号通过温度采集模块输出给微处理器，进行运算处理。
8.其特征在于，所述温度传感器为铂电阻。
9.一种固态功率控制器与二级保护装置配合的控制方法，包括以下步骤：
10.1)电流采集模块提取采样电阻的电流采样值，在微处理器中进行电流采样值校正；
11.2)温度传感器采集熔断器的温度，经温度采集模块进行数值转换后，发送给微处理器，微处理器对温度采集值进行滤波；
12.3)微处理器判断mos管状态是否为开通，如果mos管状态为开通，进入步骤4)，否则
进入步骤5)；
13.4)如果mos管状态为开通，进入过流保护调整流程
14.4.1)微处理器对温度采集值进行判断，通过判断温度处于小于30℃，30℃～50℃，50℃～70℃和大于70℃四个范围中的哪一种，来获得不同的4种热积累保护上限值；
15.4.2)根据读取的当前热积累保护上限值，微处理器计算当前热量值，并将当前热量值累积到总热量中，热累积次数加1；
16.4.3)判断总热量值是否大于热量上限，如果大于等于热量上限，则记录当前热量值，向驱动模块输出跳闸信号，驱动模块根据跳闸信号关闭mos管，如果小于热量上限，则返回到步骤4.2)，进行新一轮的热量累加，直到热量值大于等于热量上限；
17.5)如果mos管状态为断开，则进入关断后热耗散流程
18.5.1)微处理器对温度采集值进行滤波，然后将温度采集值进行热量换算，并将换算后的热量值按照预设值进行补偿，
19.5.2)同时判断mos管关断状态是否为跳闸关断，如果为跳闸关断则进入步骤5.3)，否则进入步骤5.4)；
20.5.3)微处理器读取热积累保护上限值，并计算当前热耗散值，按照当前热耗散值依次对热积累保护上限值进行累减，将每次累减后的热积累保护上限值与步骤5.1)中补偿后的热量值进行比较，若累减后的热积累保护上限值小于补偿后的热量值，则累减后的热积累保护上限值＝累减后的热积累保护上限值*105％，并将散热系数k＝k*99％，热耗散次数加1；若累减后的热积累保护上限值不小于补偿后的热量值，则热耗散次数直接加1，判断累减后的热积累保护上限值是否小于微处理器读取的热积累保护上限值的1％，如果不小于，则返回步骤5.3)进行新一轮的热耗散累减与调整，如果小于，说明热量基本散净，将累减后的热积累保护上限值清零，记录热耗散次数，计算热耗散时间；
21.5.4)微处理器读取预设的正常热量值，对正常热量值进行热耗散累减，并计算当前热耗散值，按照当前热耗散值依次对正常热量值进行累减，将每次累减后的正常热量值与步骤5.1)中补偿后的热量值进行比较，若累减后的正常热量值小于补偿后的热量值，则累减后的正常热量值＝累减后的正常热量值*105％，并将散热系数k＝k*99％，热耗散次数加1；若累减后的正常热量值不小于补偿后的热量值，则热耗散次数直接加1，判断累减后的正常热量值是否小于微处理器读取的正常热量值的20％，如果不小于，则返回步骤5.4)进行新一轮的热耗散累减与调整，如果小于，说明热量基本散净，将累减后的热积累保护上限值清零，记录热耗散次数，计算热耗散时间。
22.发明的有益效果：
23.本发明的适用于一种固态功率控制器与二级保护装置配合的控制系统及方法，应用在航空领域，通过加入二级保护装置，并在固态功率控制器中加入过流保护自适应调整功能与关断后热耗散功能和与其匹配的方法，来实现对负载的智能控制与保护，提高飞机配电网络的可靠性。
附图说明
24.图1是过流保护自适应硬件原理框图
25.图2是过流保护自适应流程图
26.图3是关断后热耗散流程图
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明的连接结构进行详细说明。
28.一种固态功率控制器与二级保护装置配合的控制方法的实现方法，第一方面通过对二级保护装置装置进行温度采集并根据温度采集结果进行过流保护的自适应调整，从而保证当功率回路发生过流时，固态功率控制器的过流保护能优先于二级保护装置装置发挥作用。
29.第二方面为固态功率控制器的模拟二级保护装置装置散热策略，在功率回路关断情况下,固态功率控制器对二级保护装置装置继续进行温度采集，并模拟二级保护装置装置的散热过程进行散热，保证在下一次过流发生时，固态功率控制器的初始热量不为零，固态功率控制器能在更短时间内跳闸保护。
30.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
31.由图1所示，本发明通过此硬件原理框图实现，其中包括功率回路与sspc两大部分，功率回路包括mos管，采样电阻，熔断器串联在28v功率回路中，sspc中包括微处理器、驱动模块、电流采集模块、温度传感器和温度采集模块。当功率回路中出现过流现象时，通过采样电阻采集的电流信号，进入sspc中的电流采集模块中，经过信号调理与放大，将调理后的电流值发送到发送到微处理器中，在微处理器中通过软件算法实现i2t热积累，直到热积累达到上限值后，输出跳闸信号到驱动模块，驱动模块将驱动信号置低后，mos管关断。通过温度传感器的电流值采集到温度采集模块并输出等效值到处理器中，处理器通过采集的温度值对热累积上限进行修正从而达到与二级保护装置配合的控制效果。
32.如图2所示，处理器中过流保护自适应调整流程图，其中包括算法流程开始后，提取电流采样值，之后进行电流采样值校正，对温度采集值进行滤波，最后进行mos管状态是否开通进行判断，如果mos管状态为开通，对采集温度进行判断，通过判断温度是否小于30℃，温度是否小于50℃，温度是否小于70℃来输出4种不同的热积累保护上限，然后读取当前热积累保护上限，计算当前热量值，并将当前热量值累积到总热量中，热累积次数加1后判总热量值是否大于热量上限，如果大于等于热量上限则记录当前热量值，关闭通道，记录热积累次数后计算保护时间。如果如果小于热量上限，则返回到计算热量步骤，进行新一轮的热量累加，直到热量值大于等于热量上限。
33.如果mos管状态为断开，则进入关断后热耗散流程。
34.如图3所示，处理器中模拟关断后热耗散流程，其中包括当算法开始后，先对温度采集进行滤波，然后将温度采集值进行热量换算，并将热量值按照预设值进行补偿，同时判断关断状态是否为跳闸关断，如果为跳闸关断则读取热积累上限值后，计算当前热耗散值，将当前热耗散值累减到热积累上限值，判断总热量值是否小于热量换算值，如果小于则总热量值＝总热量值*105％，散热系数k＝k*99％后热耗散次数加1，如果不小于则热耗散次数直接加1，判断总热量值是否小于热积累上限值的1％，如果不小于，则返回行进新一轮的热耗散累减与调整。如果小于，说明模拟热量基本散净，将热量值清零，记录热耗散次数，计算热耗散时间。
35.如果为正常关断，读取当前热量值进行热耗散累减，后续流程与跳闸关断后过程
相同。

技术特征：
1.一种固态功率控制器与二级保护装置配合的控制系统，包括功率回路与sspc模块两部分，功率回路包括依次串联的mos管，采样电阻和熔断器，sspc模块包括微处理器、驱动模块、电流采集模块、温度传感器和温度采集模块，通过温度传感器采集熔断器的温度，经温度采集模块进行数值转换后发送给微处理器，微处理器基于温度信号和电流采集模块采集到采样电阻的电流，判断何时向驱动模块输出跳闸信号，驱动模块根据跳闸信号控制mos管的开闭。2.如权利要求1所述的一种固态功率控制器与二级保护装置配合的控制系统，其特征在于，熔断器、温度传感器和温度采集模块作为控制系统的二级保护装置，温度传感器贴近熔断器放置，将采集的温度信号通过温度采集模块输出给微处理器，进行运算处理。3.如权利要求2所述的一种固态功率控制器与二级保护装置配合的控制系统，其特征在于，所述温度传感器为铂电阻。4.采用如权利要求1-3中任一项所述的一种固态功率控制器与二级保护装置配合的控制系统实现的控制方法，包括以下步骤：1)电流采集模块提取采样电阻的电流采样值，在微处理器中进行电流采样值校正；2)温度传感器采集熔断器的温度，经温度采集模块进行数值转换后，发送给微处理器，微处理器对温度采集值进行滤波；3)微处理器判断mos管状态是否为开通，如果mos管状态为开通，进入步骤4)，否则进入步骤5)；4)如果mos管状态为开通，进入过流保护调整流程；5)如果mos管状态为断开，则进入关断后热耗散流程。5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述步骤4)具体为：4.1)微处理器对温度采集值进行判断，通过判断温度处于哪个范围，以获得不同热积累保护上限值；4.2)根据读取的当前热积累保护上限值，微处理器计算当前热量值，并将当前热量值累积到总热量中，热累积次数加1；4.3)判断总热量值是否大于热量上限，如果大于等于热量上限，则记录当前热量值，向驱动模块输出跳闸信号，驱动模块根据跳闸信号关闭mos管，如果小于热量上限，则返回到步骤4.2)，进行新一轮的热量累加，直到热量值大于等于热量上限。6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述步骤4.1)中，微处理器对温度采集值进行判断，通过判断温度处于4个温度范围中的哪一种，来获得不同的4种热积累保护上限值。7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述4个温度范围具体为小于30℃，30℃-50℃，50℃-70℃和大于70℃四个范围。8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤5)具体为：5.1)微处理器对温度采集值进行滤波，然后将温度采集值进行热量换算，并将换算后的热量值按照预设值进行补偿，5.2)同时判断mos管关断状态是否为跳闸关断，如果为跳闸关断则进入步骤5.3)，否则进入步骤5.4)；5.3)微处理器读取热积累保护上限值，并计算当前热耗散值，按照当前热耗散值依次
对热积累保护上限值进行累减，将每次累减后的热积累保护上限值与步骤5.1)中补偿后的热量值进行比较，若累减后的热积累保护上限值小于补偿后的热量值，则累减后的热积累保护上限值＝累减后的热积累保护上限值*105％，并将散热系数k＝k*99％，热耗散次数加1；若累减后的热积累保护上限值不小于补偿后的热量值，则热耗散次数直接加1，判断累减后的热积累保护上限值是否小于微处理器读取的热积累保护上限值的1％，如果不小于，则返回步骤5.3)进行新一轮的热耗散累减与调整，如果小于，说明热量基本散净，将累减后的热积累保护上限值清零，记录热耗散次数，计算热耗散时间；5.4)微处理器读取预设的正常热量值，对正常热量值进行热耗散累减，并计算当前热耗散值，按照当前热耗散值依次对正常热量值进行累减，将每次累减后的正常热量值与步骤5.1)中补偿后的热量值进行比较，若累减后的正常热量值小于补偿后的热量值，则累减后的正常热量值＝累减后的正常热量值*105％，并将散热系数k＝k*99％，热耗散次数加1；若累减后的正常热量值不小于补偿后的热量值，则热耗散次数直接加1，判断累减后的正常热量值是否小于微处理器读取的正常热量值的20％，如果不小于，则返回步骤5.4)进行新一轮的热耗散累减与调整，如果小于，说明热量基本散净，将累减后的热积累保护上限值清零，记录热耗散次数，计算热耗散时间。

技术总结
本发明涉及一种固态功率控制器与二级保护装置配合的控制系统，包括功率回路与SSPC模块两部分，功率回路包括依次串联的MOS管，采样电阻和熔断器，SSPC模块包括微处理器、驱动模块、电流采集模块、温度传感器和温度采集模块。还涉及一种固态功率控制器与二级保护装置配合的控制方法。本发明适用航空领域，通过加入二级保护装置，并在固态功率控制器中加入过流保护自适应调整功能与关断后热耗散功能和与其匹配的方法，来实现对负载的智能控制与保护，提高飞机配电网络的可靠性。提高飞机配电网络的可靠性。提高飞机配电网络的可靠性。


技术研发人员：曹禹 沈玉镇 刘贺男 于长海
受保护的技术使用者：天津航空机电有限公司
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2022/3/8