一种与熔断器寿命特性相匹配的固态功率控制器设计方法技术

本发明专利技术涉及航空配电系统，属于配电系统、负载控制领域。具体涉及一种与熔断器寿命特性相匹配的固态功率控制器设计方法。SSPC控制模块与功率回路，其中功率回路包括依次串联的MOS管、采样电阻和熔断器，SSPC控制模块包括微处理器、驱动模块、电流采集模块和熔断器电压采集模块，通过采集熔断器的上端与下端的电压，经熔断器电压采集模块进行数值转换后发送给微处理器，微处理器基于电压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。多级功率保护自适应调节，通过对有寿命的保护器件进行状态采集与前期寿命试验，实现智能自适应的配电多级保护机制。提高整个配电网络安全性与可靠性。整个配电网络安全性与可靠性。整个配电网络安全性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种与熔断器寿命特性相匹配的固态功率控制器设计方法


[0001]本专利技术涉及航空配电系统，属于配电系统、负载控制领域。具体涉及一种与熔断器寿命特性相匹配的固态功率控制器设计方法。

技术介绍

[0002]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，所以又过流保护失效的风险。
[0003]随着航空业发展，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功率回路中串入熔断器，并保证当发生过流时，在固态功率控制器在功能正常的情况下，能及时跳闸保护，并且保护时间快于熔断器熔断时间，以免造成熔断器的误动作。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供与熔断器特性匹配的具备热记忆功能固态功率控制器的设计方法，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。
[0005]技术方案
[0006]一种与熔断器寿命特性相匹配的固态功率控制器设计方法，基于固态功率控制器而实现，固态功率控制器分为两部分，SSPC控制模块与功率回路，其中功率回路包括依次串联的MOS管、采样电阻和熔断器，SSPC控制模块包括微处理器、驱动模块、电流采集模块和熔断器电压采集模块，通过采集熔断器的上端与下端的电压，经熔断器电压采集模块进行数值转换后发送给微处理器，微处理器基于电压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。
[0007]具体步骤如下：
[0008]1.固态功率控制器内部具备熔断器状态采集模块，通过采集熔断器状态，完成对SSPC控制模块内微处理器内部过流保护算法的自适应调节，来保证当功率回路发生过流时，SSPC模块控制能及时控制MOS管关断，不会触发熔断器误动作。
[0009]2.熔断器状态采集模块，在熔断器上端与下端分别引线，将上端线与功率回路地线引入一个运算放大电路中，下端线与功率回路地线引入另一个运算放大电路中，通过两个运算放大电路，采集熔断器的输入电压与输出电压，并将信号输入值SSPC控制模块的微处理器中。
[0010]3.在SSPC控制模块的微处理器中提取熔断器输入电压值、熔断器输出电压值、电
流采集值。然后可计算出熔断器的初始内阻值。
[0011]4.每一个电源周期重新计算一次当前电源周期的熔断器内阻值。然后将当前内阻值减去熔断器的初始内阻值，计算熔断器内阻值的偏移量。
[0012]5.将加速寿命试验的不同内阻状态的熔断器样本进行熔断特性试验，得出熔断器在不同寿命状态下的熔断特性，通过与热累积计算公式求出其对应的不同电流热累积系数a与电流热耗散系数b。将不同电流热累积系数a比原始电流热累积系数a0得出该寿命下的电流热累积衰减比例a
’
；将不同电流热耗散系数b比原始电流热耗散系数b0得出该寿命下的电流热耗散衰减比例b
’
。
[0013]6.根据针对熔断器不同内阻状态的熔断器样本进行熔断特性试验结果，将熔断器内阻变化以0.001刻度对应的运行试验结果时间与对应的电流热累积衰减比例a
’
和电流热耗散衰减比例b
’
记录到SSPC控制模块的微处理器中。判断如果偏移量小于0.001，则偏移量可忽略不计，SSPC过流保护程序原始热累积系数与SSPC过流保护程序原始热耗散系数保持不变；若偏移量大于0.001，通过读取存储在微处理器中的当前熔断器内阻对应的电流热累积衰减比例a
’
和电流热耗散衰减比例b
’
。
[0014]7.将电流热累积衰减比例a
’
乘以SSPC过流保护程序原始热累积系数，得到新SSPC过流保护程序热累积系数；将电流热耗散衰减比例b
’
乘以SSPC过流保护程序原始热耗散系数，得到新SSPC过流保护程序热耗散系数，该系数用于过流保护热累积过程计算。
[0015]8.当功率回路发生过流时，提取电流采样值，之后进行电流采样值校正，提取当前SSPC过流保护程序热累积系数与SSPC过流保护程序热耗散系数，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，则返回到计算当前热量值步骤，通过处理器定时器进行新一轮的热量累加计算，直到热量值大于等于热量上限。然后输出跳闸信号，计算保护时间。
[0016]9.将过流保护次数加1，记录过流保护次数，并判断过流保护次数是否大于等于熔断器I2t冲击试验次数，如果是，则输出熔断器更换告警信息，如果否，则直接结束。
[0017]进一步的，所述步骤1的熔断器，选用表贴型T型熔断器。
[0018]进一步的，所述步骤2的熔断器状态采集模块，其中使用的运算放大电路为正比例运算放大电路。
[0019]进一步的，所述步骤2的正比例运算放大电路其中包括单电源供电、轨对轨集成运算放大器芯片，与高精度比例系数运算电阻，通过设置电阻的阻值，从而设置运算放大电路的比例放大系数，将采集电路输入端口电压转换为微处理器能识别到得电压范围内，再通过微处理器内部换算，计算得出熔断器的输入电压与输出电压。
[0020]进一步的，所述步骤3的SSPC控制模块的微处理器，需选用至少具备3个ADC通道的微处理器芯片，以便对熔断器输入电压、熔断器输出电压、功率回路电流进行独立模拟量采集，需要选取存储空间大于512kb的微处理器芯片。
[0021]进一步的，所述步骤5的加速寿命试验，使用变加速因子寿命评估法，在加速老化试验中，选取m个间隔0.001欧姆电阻值，记录每个熔断器达到选型该电阻值及熔断或试验截止的时间和对应的熔体温度。
[0022]进一步的，所述步骤5的熔断器热累积计算公式，由熔体温升公式进行演化得出，
其中熔体温升公式为：
[0023][0024]其中：I为流过熔断器熔体的电流；
[0025]a为电流热累积系数，取决于熔体材料和截面积；
[0026]b为电流热耗散系数，取决于熔断器腔体的材料和厚度、熔体材料和截面积；
[0027]ΔT为熔体的温升，当温升到达熔体熔点时，熔断器熔断。
[0028]进一步的，所述步骤6、步骤8中的SSPC过流保护程序，其中模拟热累积过程算法公式为：
[0029][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种与熔断器寿命特性相匹配的固态功率控制器设计方法，其特征在于，基于固态功率控制器而实现，固态功率控制器分为两部分，SSPC控制模块与功率回路，其中功率回路包括依次串联的MOS管、采样电阻和熔断器，SSPC控制模块包括微处理器、驱动模块、电流采集模块和熔断器电压采集模块，通过采集熔断器的上端与下端的电压，经熔断器电压采集模块进行数值转换后发送给微处理器，微处理器基于电压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.根据权利要求1所述的一种与熔断器寿命特性相匹配的固态功率控制器设计方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1.固态功率控制器内部具备熔断器状态采集模块，通过采集熔断器状态，完成对SSPC控制模块内微处理器内部过流保护算法的自适应调节，来保证当功率回路发生过流时，SSPC模块控制能及时控制MOS管关断，不会触发熔断器误动作；步骤2.熔断器状态采集模块，在熔断器上端与下端分别引线，将上端线与功率回路地线引入一个运算放大电路中，下端线与功率回路地线引入另一个运算放大电路中，通过两个运算放大电路，采集熔断器的输入电压与输出电压，并将信号输入值SSPC控制模块的微处理器中；步骤3.在SSPC控制模块的微处理器中提取熔断器输入电压值、熔断器输出电压值、电流采集值；然后可计算出熔断器的初始内阻值；步骤4.每一个电源周期重新计算一次当前电源周期的熔断器内阻值；然后将当前内阻值减去熔断器的初始内阻值，计算熔断器内阻值的偏移量；步骤5.将加速寿命试验的不同内阻状态的熔断器样本进行熔断特性试验，得出熔断器在不同寿命状态下的熔断特性，通过与热累积计算公式求出其对应的不同电流热累积系数a与电流热耗散系数b；将不同电流热累积系数a比原始电流热累积系数a0得出该寿命下的电流热累积衰减比例a
’
；将不同电流热耗散系数b比原始电流热耗散系数b0得出该寿命下的电流热耗散衰减比例b
’
；步骤6.根据针对熔断器不同内阻状态的熔断器样本进行熔断特性试验结果，将熔断器内阻变化以0.001刻度对应的运行试验结果时间与对应的电流热累积衰减比例a
’
和电流热耗散衰减比例b
’
记录到SSPC控制模块的微处理器中；判断如果偏移量小于0.001，则偏移量可忽略不计，SSPC过流保护程序原始热累积系数与SSPC过流保护程序原始热耗散系数保持不变；若偏移量大于0.001，通过读取存储在微处理器中的当前熔断器内阻对应的电流热累积衰减比例a
’
和电流热耗散衰减比例b
’
；步骤7.将电流热累积衰减比例a
’
乘以SSPC过流保护程序原始热累积系数，得到新SSPC过流保护程序热累积系数；将电流热耗散衰减比例b
’
乘以SSPC过流保护程序原始热耗散系数，得到新SSPC过流保护程序热耗散系数，该系数用于过流保护热累积过程计算；步骤8.当功率回路发生过流时，提取电流采样值，之后进行电流采样值校正，提取当前SSPC过流保护程序热累积系数与SSPC过流保护程序热耗散系数，计算当前热量值，并将当前热量值累积到总...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹禹，刘贺男，董子昭，
申请(专利权)人：天津航空机电有限公司，
类型：发明
国别省市：