固态功率控制器的电流采集电路及其电流温度补偿方法技术

本发明专利技术涉及配电系统控制技术领域，具体的涉及固态功率控制器的电流采集电路及其电流温度补偿方法。一种电流采集电路包括功率开关模块，其包括开关输入端和开关输出端；电流采集模块与所述功率开关模块连接，所述电流采集模块的另一端与MCU连接；开关驱动模块，其一端与所述功率开关模块连接，所述开关驱动模块的另一端与MCU连接；温度采集模块，其与MCU连接；通讯模块，其与MCU连接。本发明专利技术提供的固态功率控制器的双电源驱动方法减小MOS管关断时的开关损耗，减小了可能存在的米勒震荡的持续时间，防止管子烧毁。本发明专利技术还提供了电流温度补偿方法，其解决温度变化时产生的器件温漂与量化基准误差，进而导致输出电流发生偏差的问题。

【技术实现步骤摘要】
固态功率控制器的电流采集电路及其电流温度补偿方法
本专利技术涉及配电系统控制
，具体的涉及固态功率控制器的电流采集电路及其电流温度补偿方法。
技术介绍
随着航空航天产业朝着多电化和全电化方向发展，其用电设备数量随之攀升，整机功率也越来越大，这对配电系统的性能和可靠性提出了新的更高要求。而传统的机电式配电系统由于故障响应慢，自动化、智能化程度低。在此背景下，随着功率半导体器件的发展，出现了基于MOSFET、IGBT等的固态配电技术。固态配电的核心技术为固态功率控制技术，并以此技术研发的固态功率控制器部件(Solid-StatePowerController，以下简称SSPC)，是一种高性能，高可靠性的固态开关。传统熔断器是不可恢复的，烧断以后就无法工作，而SSPC是通过驱动电路控制开关管的开通和关断，是可恢复的；其次，继电器和霍尔电流传感器体积都很大，而SSPC可以做的比较小；此外，SSPC不需要额外的辅助电源。由于其无触点没有开关寿命限制，高安全性、高可靠性、配置灵活的特点，SSPC十分适合应用在航空航天、舰船、车载坦克军工等高可靠要求的配电系统中。但是，由于器件的温漂特性，使得部分电路参数发生改变，比如ADC量化基准、阻性器件的阻值、参考电压等。该变化会使输出参数与采集参数发生一定程度的偏离预期值，降低了控制器的可靠性，严重时会导致控制器误操作或者不动作，引发安全事故。而不同器件受温度变化的影响程度不同，再加上器件间的相互作用，使得根据特定器件实施特定的补偿方法难以奏效，处理不当的话不仅会拖慢响应速度，增加计算量，还有可能引入新的误差来源。常见的MOS管驱动电路，电源输入的参考地电平为0V。该电平标准下MOSFRT状态切换时，电路中的储能器件的放电与电路中变化的磁场会降低边沿的电平变化速度，增大了MOSFET工作在线性区的时间；若同时在边沿处存在米勒震荡现象时，会使得MOSFET短暂的工作在线性区，产生较高的开关损耗，长时间工作在线性区对管子的寿命有很大影响，对SSPC的稳定性造成隐患。为了解决上述问题，本专利技术提供了固态功率控制器的电流采集电路及其电流温度补偿方法，以及一种用于提高MOS管关断效率、减小开关损耗的双电源供电方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供固态功率控制器的电流采集电路，其减小关断时的米勒震荡，防止了管子烧毁。本专利技术还有一个目的是提供了固态功率控制器的电流采集电路的电流温度补偿方法，其解决温度变化时产生的器件温漂与量化基准误差，进而导致输出电流发生偏差的问题。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，本专利技术提供了固态功率控制器的电流采集电路，包括：功率开关模块，其包括开关输入端和开关输出端；电流采集模块，其一端位于开关输入端和开关输出端之间，与所述功率开关模块连接，所述电流采集模块的另一端与MCU连接；开关驱动模块，其一端与所述功率开关模块连接，所述开关驱动模块的另一端与MCU连接；温度采集模块，其与MCU连接；通讯模块，其与MCU连接。优选的是，所述功率开关模块包括功率开关MOS管，所述功率开关MOS管的漏极为开关输入端，所述功率开关MOS管的源极与所述电流采集模块的一端连接后，作为开关输出端，所述功率开关MOS管的栅极与所述开关驱动模块的输出端连接。优选的是，其特征在于，所述开关驱动模块包括MOS驱动芯片，所述MOS驱动芯片的输出端与所述功率开关模块连接，所述MOS驱动芯片的输入端与MCU连接；其中，所述MOS驱动芯片通过+15V、-15V供电。优选的是，所述电流采集电路包括采样电阻和差分放大器，所述采样电阻的输入端连接至所述开关输入端和所述开关输出端之间，所述采样电阻的输出端与所述差分放大器的一端连接，所述差分放大器的另一端与MCU连接；所述MCU中设置有模数转换器，所述模数转换器与所述差分放大器的另一端连接。其中，所述温度采集模块包括温度传感器，所述温度传感器与所述MCU中的模数转换器连接，所述模数转换器用来将温度传感器和采样电阻的电压值进行量化。本专利技术还提供了一种固态功率控制器的电流采集电路的电流温度补偿方法，包括：设定补偿零点，将补偿零点下的采样电阻的电阻值作为标准值；计算实时温度下的采样电阻的电阻值与所述标准值的比值，将所述比值定义为输出电流的补偿系数；通过温度采集模块，结合实时温度下的采样电阻的输出电流值、所述补偿系数，以及量化过的采样电阻的电压值，得到实时温度下的补偿电流；优选的是，还包括对温度采集模块进行补偿调零点：在所述补偿零点时，将所述温度采集模块对应的电压值，经过MCU中设置的模数转换器采样后的量化，得到补偿基数；在实时温度时，将所述温度采集模块对应的电压值，经过MCU中设置的模数转换器采样后的量化，得到实时温度量化值；结合所述补偿基数和所述实时温度量化值，来优化所述补偿系数，得到最终补偿系数。优选的是，所述计算实时温度下的采样电阻的电阻值与所述标准值的比值，将所述比值定义为输出电流的补偿系数，如下为算法实施的理论基础概述，具体包括：在实时温度T下，采样电阻的阻值为RX为RX＝R25-[(T-25℃)*R_ppm*R25](1)根据采样电阻的电阻值与标准值的比值，得到输出电流的补偿系数KK＝RX/R25(2)根据(1)(2)可得输出电流的补偿系数KK＝1-((T-25℃)*R_ppm)(3)其中，将常温(25℃)设为补偿零点，R_ppm为采样电阻的温漂系数，R25为补偿零点下的采样电阻的电阻值。优选的是，通过所述温度采集模块，结合实时温度下的采样电阻的输出电流值、所述补偿系数，以及量化过的采样电阻的电压值，得到实时温度下的补偿电流包括：在实时温度T下，对采样电阻两端电压差值进行采样，得到ΔVx，根据欧姆定律，得到补偿后的电流值IDID＝ΔVX/RX(4)将式(2)代入式(4)可得：ID＝ΔVX/(R25*K)(5)ΔVx经过差分放大器放大后为ΔVx*α，再经MCU中设置的模数转换器采样后得到量化值NX，将其反量化可得采样电阻两端的差值ΔVxΔVX＝NX*Um/[(2n-1)*α](6)将(6)代入(5)可得补偿后的输出电流为IDID＝{NX*Um/[(2n-1)*α]}/((R25*K))(7)其中乘积项{Um/[(2n-1)*α*R25)为电流采样分辨率，将该部分提出可得其中，设模数转换器的有效位数为n，Um为最大量程2n-1对应的电压值，α为差分放大器的闭环放大倍数。优选的是，还包括对温度采集模块补偿调零点的设置：在设置补偿零点时，温度采集模块对应的电压值为VZ，经过MCU的模数转换器采样后的补偿基数为TZ，该值通过在25℃下手动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态功率控制器的电流采集电路，其特征在于，包括：/n功率开关模块，其包括开关输入端和开关输出端；/n电流采集模块，其一端位于开关输入端和开关输出端之间，与所述功率开关模块连接，所述电流采集模块的另一端与MCU连接；/n开关驱动模块，其一端与所述功率开关模块连接，所述开关驱动模块的另一端与MCU连接；/n温度采集模块，其与MCU连接；/n通讯模块，其与MCU连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种固态功率控制器的电流采集电路，其特征在于，包括：
功率开关模块，其包括开关输入端和开关输出端；
电流采集模块，其一端位于开关输入端和开关输出端之间，与所述功率开关模块连接，所述电流采集模块的另一端与MCU连接；
开关驱动模块，其一端与所述功率开关模块连接，所述开关驱动模块的另一端与MCU连接；
温度采集模块，其与MCU连接；
通讯模块，其与MCU连接。


2.如权利要求1所述的固态功率控制器的电流采集电路，其特征在于，所述功率开关模块包括功率开关MOS管，所述功率开关MOS管的漏极为开关输入端，所述功率开关MOS管的源极与所述电流采集模块的一端连接后，作为开关输出端，所述功率开关MOS管的栅极与所述开关驱动模块的输出端连接。


3.如权利要求1所述的固态功率控制器的电流采集电路，其特征在于，所述开关驱动模块包括MOS驱动芯片，所述MOS驱动芯片的输出端与所述功率开关模块连接，所述MOS驱动芯片的输入端与MCU连接；
其中，所述MOS驱动芯片通过+15V、-15V供电。


4.如权利要求1所述的固态功率控制器的电流采集电路，其特征在于，所述电流采集模块包括采样电阻和差分放大器，所述采样电阻的输入端连接至所述开关输入端和所述开关输出端之间，所述采样电阻的输出端与所述差分放大器的一端连接，所述差分放大器的另一端与MCU连接；所述MCU中设置有模数转换器，所述模数转换器与所述差分放大器的另一端连接；
其中，所述温度采集模块包括温度传感器，所述温度传感器与所述MCU中的模数转换器连接，所述模数转换器用来将温度传感器和采样电阻的电压值进行量化。


5.一种固态功率控制器的电流采集电路的电流温度补偿方法，其特征在于，包括：
设定补偿零点，将补偿零点下的采样电阻的电阻值作为标准值；
计算实时温度下的采样电阻的电阻值与所述标准值的比值，将所述比值定义为输出电流的补偿系数；
通过温度采集模块，结合实时温度下的采样电阻的输出电流值、所述补偿系数，以及量化过的采样电阻的电压值，得到实时温度下的补偿电流。


6.如权利要求5所述的固态功率控制器的电流采集电路的电流温度补偿方法，其特征在于，还包括对温度采集模块进行补偿调零点：
在所述补偿零点时，将所述温度采集模块对应的电压值，经过MCU中设置的模数转换器采样后的量化，得到补偿基数；
在实时温度时，将所述温度采集模块对应的电压值，经过MCU中设置的模数转换器采样后的量化，得到实时温度量化值；
结合所述补偿基数和所述实时温度量化值，来优化所述补偿系数，得到最终补偿系数。


7.如权利要求6所述的固态功率控制器的电流采集电路的电流温度补偿方法，其特征在于，所述计算实时温度下的采样电阻的电阻值与所述标准值的比值，将所述比值定义为输出电流的补偿系数，具体包括：
在实时温度T下，采样电阻的阻值为RX为
RX＝R25-[...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘武超，张臻，
申请(专利权)人：西安华兴智晟电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61