一种快速直流接触器的控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种快速直流接触器的控制器，包括单片机、电源转换电路和辅助开关电路；所述的单片机依次连接PWM输出模块、功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路，用于对输入电压检测和负载电流检测，通过PWM输出模块控制功率MOSFET驱动电路；所述的辅助开关电路连接功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路；所述的电源转换电路分别与单片机、功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路连接，还包括与单片机和MOSFET功率输出电路连接的关断缓冲电路；本发明专利技术使用单片机进行输入电压和负载电流的AD采集转换，并根据输入电压和负载电流的大小来调整PWM脉宽，实现输出自适应调节功能。

【技术实现步骤摘要】
一种快速直流接触器的控制器
本专利技术属于直流开关电器
，具体涉及一种快速直流接触器的控制器，特别适用于电力机车直流供电系统接触器的控制。
技术介绍
电力机车直流供电系统中接触器是很重要的开关装置，用于实现供电系统的物理隔离。但接触器的工作特性为非线性，在开启瞬间需要较大电流并有弹跳现象。在进行控制器设计时，要充分考虑以上因素，并考虑到功率电路对电源和功率耗散的特殊要求，保证接触器能够快速正确的工作，防止误触发。电力机车涉及人身安全，需要特别加强快速性、稳定性和可靠性。电力机车设备安装空间狭小，故控制器还需进行小型化设计。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术所提供的一种快速直流接触器的控制器，采用单片机进行一系列流程控制。本专利技术的技术方案如下：一种快速直流接触器的控制器，该控制器与负载串联使用，采用低端开关方式，通过采集负载电压实现控制器电源转换，包括单片机、电源转换电路和辅助开关电路；所述的单片机依次连接PWM输出模块、功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路，用于对输入电压检测和负载电流检测，通过PWM输出模块控制功率MOSFET驱动电路；所述的辅助开关电路连接功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路；所述的电源转换电路分别与单片机、功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路连接，还包括与单片机和MOSFET功率输出电路连接的关断缓冲电路。所述的一种快速直流接触器的控制器，其电源转换电路通过P04输出PWM波控制电源电压保持稳定，包括三极管V36、V35和开关管V33、V38，开关管V33为N沟道耗尽型MOSFET管，三极管V36的集电极与V35的基极连接，三极管V36的发射极与V35的发射极同时连接地点GND，三极管V35和V36的基极分别连接有上拉电阻R53和R52，三极管V35的集电极与开关管V33的栅极连接，开关管V33的源极与V38的栅极连接，三极管V35的集电极通过采样电阻R57连接开关管V38的栅极，开关管V33和V38的漏极同时通过二极管V32连接接触器线圈，开关管V38的源极连接电容C34，开关管V38上并联有续流二极管V38。所述的一种快速直流接触器的控制器，其辅助开关电路由作为辅助开关的MOSFET管负载开关的MOSFET管串联组成。在接触器断开过程中，辅助开关MOSFET和负载开关MOSFET同时断开，负载的电感分量形成的感应电动势无法经辅助开关流经续流二极管等续流路径，负载无法形成续流回路。由于负载迅速被切断且无续流，负载磁场迅速消失，线圈铁芯迅速复位，接触器出头迅速断开，从而提高了接触器的分闸速度。本专利技术的有益效果是：通过PWM斩波控制快速直流接触器线圈通电时间，在快速直流接触器动作开始时用较大电压使线圈通过较大电流，保证接触器的动作速度，在快速直流接触器接触到位后，用较小电压使线圈通过较小电流，来保持接触器的接触；根据电源电压和波动以及工作电流调整PWM，实现输出的自适应调节，当线圈电流过小或者过大时，控制器能够关断输出以保护线圈免受损坏；采用了优化的功率器件拓扑结构，保障了快速直流接触器动作速度的同时，保护了功率器件；具有宽输入电源范围、反映速度快、控制稳定可靠、自适应输出调节、低功耗、体积小、结构简单的特点，特别适用于电力机车直流供电系统。附图说明图1为本专利技术控制器的结构框图；图2为电源转换电路示意图；图3为辅助开关电路示意图；图4为单片机算法框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。如图1所示，本专利技术涉及一种快速直流接触器（以下简称接触器）的控制器设计，属于直流开关电器应用领域，适用于快速直流接触器的控制及保护，用一片单片机实现电压电流信号采集、PWM算法、功率MOSFET驱动时序控制：包括单片机、电源转换电路和辅助开关电路；所述的单片机依次连接PWM输出模块、功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路，对输入电压检测和负载电流检测，通过PWM输出模块控制功率MOSFET驱动电路；所述的辅助开关电路分别通过功率器件保护电路连接功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路；所述的电源转换电路分别与单片机、功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路连接，还包括与单片机和MOSFET功率输出电路连接的关断缓冲电路。单片机采用采样平均算法，对采集的电流进行滤波处理，根据计算结果进行输出过流过压保护。单片机根据采集的电压电流数值，结合接触器的工作特性，计算接触器开启电压电流和保持电压电流，设计PWM算法，单片机通过执行PWM算法程序，采用内置的可编程计数阵列PCA模块进行PWM波输出。如图2所示，所述的电源转换电路通过P04输出PWM波控制电源电压保持稳定，包括三极管V36、V35和开关管V33、V38，三极管V36的集电极与V35的基极连接，三极管V36的发射极与V35的发射极同时连接地点GND，三极管V35和V36的基极分别连接有上拉电阻R53和R52，三极管V35的集电极与开关管V33的栅极连接，开关管V33的源极与V38的栅极连接，三极管V35的集电极通过采样电阻R57连接开关管V38的栅极，开关管V33和V38的漏极同时通过二极管V32连接接触器线圈，开关管V38的源极连接电容C34，开关管V38上并联有续流二极管V38。当P04输出低电平时，三极管V36的基极被拉低，V36截至；三极管V35的基极经上拉电阻R53被拉至高电平，V35导通；开关管V33的柵极经三极管V35被拉低，V33截至；此时开关管V38的栅极经采样电阻R57被拉低，V38截至，接触器线圈coil停止向电容C34充电。当P04输出高电平时，三极管V36基极经上拉电阻R52被拉至高电平，V36导通；则三极管V35的基极被拉低，V35截至；开关管V33导通，开关管V38的栅极电压升高，V38导通，接触器线圈coil经二极管V32和V38向电容C34充电。通过调整P04输出的PWM占空比，可调整电容C34的充电时间，使电容C34电压保持稳定，产生稳定电源。电源转换电路采用负载反向激励的方式，从负载提取电源，通过多级开关管的连锁关系，经过二极管的稳压和MOSFET的自关断，实现输入电源的变换。在PWM波的高电平时，N沟道增强型MOSFET关闭，负载停止为电容充电；在PWM波的低电平内，N沟道增强型MOSFET导通，为储能电容充电。由于充电MOSFET的栅极电位确定，当充电电容电压上升到一定值时，MOSFET关断，停止对电容充电。如图3所示，所述的辅助开关电路由作为辅助开关的MOSFET管和负载开关的MOSFET管串联组成。通过调节负载电位，通过采集负载电压对控制器逆向供电，通过MOSFET导通原理和稳压二极管原理实现控制器工作电源。所述的一种快速直流接触器的控制器，其辅助开关电路由作为辅助开关的MOSFET管负载开关的MOSFET管串联组成。在接触器断开过程中，辅助开关MOSFET和负载开关MOSFET同时断开，负载的电感分量形成的感应电动势无法经辅助开关流经续流二极管等续流路径，负载无法形成续流回路。由于负载迅速被切断且无续流，负载磁场迅速消失，线圈铁芯迅速复位，接触器出头迅速断开，从而提高了接触器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速直流接触器的控制器，该控制器与负载串联使用，采用低端开关方式，通过采集负载电压实现控制器电源转换，其特征在于：包括单片机、电源转换电路和辅助开关电路；所述的单片机依次连接PWM输出模块、功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路，用于对输入电压检测和负载电流检测，通过PWM输出模块控制功率MOSFET驱动电路；所述的辅助开关电路连接功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路；所述的电源转换电路分别与单片机、功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路连接，还包括与单片机和MOSFET功率输出电路连接的关断缓冲电路。

【技术特征摘要】
1.一种快速直流接触器的控制器，该控制器与负载串联使用，采用低端开关方式，通过采集负载电压实现控制器电源转换，其特征在于：包括单片机、电源转换电路和辅助开关电路；所述的单片机依次连接PWM输出模块、功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路，用于对输入电压检测和负载电流检测，通过PWM输出模块控制功率MOSFET驱动电路；所述的辅助开关电路连接功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路；所述的电源转换电路分别与单片机、功率MOSFET驱动电路和MOSFET功率输出电路连接，还包括与单片机和MOSFET功率输出电路连接的关断缓冲电路。2.根据权利要求1所述的一种快速直流接触器的控制器，其特征在于，电源转换电路用于输出PWM波控制电源电压保持稳定，包括三极管V36、V35和开关管V33、V38，开关管V33为N沟道耗尽型MOSF...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔卿阳，王竞，邓为，陈瑶，曾晶晶，张婷，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42