一种固态功率控制器件的瞬态保护特性检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种固态功率控制器件的瞬态保护特性检测方法及系统，涉及固态功率器件瞬态保护特性测试领域，方法包括设置仿真环境，进行仿真，使固态功率控制器电路仿真模型产生异常工况，得到仿真结果；根据仿真结果确定主功率管的最大漏源电流以及最大瞬态结

【技术实现步骤摘要】
一种固态功率控制器件的瞬态保护特性检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及固态功率控制器件瞬态保护特性测试领域，特别是涉及一种固态功率控制器件的瞬态保护特性检测方法及系统。

技术介绍

[0002]固态功率控制器(Solid
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State Power Controller，SSPC)是一种具有转换功能和保护功能的智能化开关器件，目前已广泛应用于航空航天、舰船、装甲、无人飞机等领域，是二次配电系统中的核心器件。
[0003]SSPC一般由驱动及功率开关电路、控制电路、隔离电路、过流及短路保护电路等组成。当用电设备发生过载时，SSPC可按照设定好的过流保护特性曲线对线路及用电设备进行“跳闸”保护，发生严重过载时则立即“跳闸”，这就是SSPC的瞬态保护功能。瞬态保护特性包括跳闸特性(跳闸时间和跳闸复位时间)、短路保护时间等瞬态特性参数。跳闸特性参数主要检测在电路发生严重过载或短路情况时，SSPC是否能够迅速按照I2t反延时特性保护的原理实现“跳闸”，切断故障电流，保护电气负载设备和线路，并且应符合电流越大断开的时间就越短的能力。短路保护时间刻画了当负载电流大于电流关断门限时，SSPC应立即关断的最短时间。瞬态保护功能作为SSPC自身功能的一部分，其完善与否也决定着SSPC本身乃至整个配电系统的安全性和可靠性。
[0004]在SSPC的应用场合中有时会发生过载、负载短路等异常工况，当其过载程度超过SSPC的可承受范围时，SSPC可能会发生失效，常见的短路异常工况包括负载短路后开通、开通后负载短路、短路保护等情况。这些异常工况下的瞬态保护特性参数的优劣直接决定了固态功率器件在保护功能发生作用的可靠性水平，不仅反映了保护二次配电系统安全的能力，也是评价固态功率器件瞬态保护特性及带载能力的重要特性指标。
[0005]对异常工况下的瞬态保护特性进行分析，能够提前对SSPC异常工况下可靠性情况进行分析，可有效预防器件失效。目前，对SSPC瞬态保护特性的评价大多基于正常工况，即在一定条件下对其进行检测，进而分析固态功率控制是否能够按照特定反时限保护曲线实现其保护功能，而异常工况条件下进行检测有可能造成器件的损伤。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种固态功率控制器件的瞬态保护特性检测方法及系统，以实现在异常工况下对固态功率控制器的瞬态保护特性检测时能够不损伤固态功率控制器。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]一种固态功率控制器件的瞬态保护特性检测方法，包括：
[0009]设置固态功率控制器电路仿真模型的仿真环境，对所述固态功率控制器电路仿真模型进行仿真，使所述固态功率控制器电路仿真模型产生异常工况，得到仿真结果；所述固态功率控制器电路仿真模型包括固态功率控制器电仿真模型和固态功率控制器热仿真模型；所述异常工况为负载短路后开通工况、开通后负载短路工况或者负载短路保护工况；所
述仿真环境为产生负载短路后开通工况的仿真环境、产生开通后负载短路工况的仿真环境或者产生负载短路保护工况的仿真环境；所述仿真结果包括所述异常工况下的所述固态功率控制器电仿真模型的电特性曲线和所述异常工况下的所述固态功率控制器热仿真模型的热特性曲线；所述电特性曲线包括主功率管的漏源电流
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时间曲线；所述热特性曲线包括主功率管的瞬态结
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壳温升
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时间曲线；
[0010]根据所述电特性曲线确定主功率管的最大漏源电流，并根据所述热特性曲线确定所述主功率管的最大瞬态结
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壳温升；
[0011]判断所述最大漏源电流是否超出第一设定阈值，以及判断所述最大瞬态结
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壳温升是否超出第二设定阈值；
[0012]若所述最大漏源电流未超出第一设定阈值，确定所述固态功率控制器未发生过电流失效，且若所述最大瞬态结
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壳温升未超出第二设定阈值，确定所述固态功率控制器未发生热失效，则说明固态功率控制器的瞬态保护特性正常。
[0013]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0014]本专利技术提供的一种固态功率控制器件的瞬态保护特性检测方法及系统，通过设置固态功率控制器电路仿真模型的仿真环境，对所述固态功率控制器电路仿真模型进行仿真，使所述固态功率控制器电路仿真模型产生异常工况，得到仿真结果；根据所述仿真结果确定主功率管的最大漏源电流以及主功率管的最大瞬态结
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壳温升；判断所述最大漏源电流是否超出第一设定阈值，以及判断所述最大瞬态结
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壳温升是否超出第二设定阈值；若所述最大漏源电流未超出第一设定阈值，确定所述固态功率控制器未发生过电流失效，且若所述最大瞬态结
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壳温升未超出第二设定阈值，确定所述固态功率控制器未发生热失效，则说明固态功率控制器的瞬态保护特性正常。本专利技术的方法实现了在异常工况下对固态功率控制器瞬态保护特性的检测，且本专利技术的方法不会对固态功率控制器造成损伤。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0016]图1为本专利技术提供的固态功率控制器件的瞬态保护特性检测方法流程图；
[0017]图2为本专利技术简化的SSPC结构原理框图；
[0018]图3为本专利技术SSPC电仿真流程图；
[0019]图4为本专利技术驱动模块及功率开关模块电路图；
[0020]图5为本专利技术控制模块电路图；
[0021]图6为本专利技术电流检测模块电路图；
[0022]图7为本专利技术过流及短路保护模块电路图；
[0023]图8为本专利技术信号转换模块电路图；
[0024]图9为本专利技术SSPC电仿真模型图；
[0025]图10为本专利技术SSPC热仿真流程图；
[0026]图11为本专利技术主功率管的Cauer网络示意图；
[0027]图12为本专利技术SSPC热仿真模型图；
[0028]图13为本专利技术阻性负载下SSPC开关特性图；
[0029]图14为本专利技术400uF电容开通
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电特性图；
[0030]图15为本专利技术400uF电容开通
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热特性图；
[0031]图16为本专利技术过流保护特性波形图；其中，图16(a)为1.8A过流保护电特性波形图；图16(b)为3A过流保护电特性波形图；图16(c)为5A过流保护电特性波形图；图16(d)为7A过流保护电特性波形图；
[0032]图17为本专利技术短路开通阻性负载条件下的瞬态保护特性波形图；其中，图17(a)为短路开通阻性负载条件下的电特性曲线图；图17(b)为短路开通阻性负载条件下的热特性曲线图；
[0033]图18为本专利技术短路开通容性负载条件下的瞬态保护特性波形图；其中，图18(a)为短路开通容性负载条件下的电特性曲线图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态功率控制器件的瞬态保护特性检测方法，其特征在于，包括：设置固态功率控制器电路仿真模型的仿真环境，对所述固态功率控制器电路仿真模型进行仿真，使所述固态功率控制器电路仿真模型产生异常工况，得到仿真结果；所述固态功率控制器电路仿真模型包括固态功率控制器电仿真模型和固态功率控制器热仿真模型；所述异常工况为负载短路后开通工况、开通后负载短路工况或者负载短路保护工况；所述仿真环境为产生负载短路后开通工况的仿真环境、产生开通后负载短路工况的仿真环境或者产生负载短路保护工况的仿真环境；所述仿真结果包括所述异常工况下的所述固态功率控制器电仿真模型的电特性曲线和所述异常工况下的所述固态功率控制器热仿真模型的热特性曲线；所述电特性曲线包括主功率管的漏源电流
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时间曲线；所述热特性曲线包括主功率管的瞬态结
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壳温升
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时间曲线；根据所述电特性曲线确定主功率管的最大漏源电流，并根据所述热特性曲线确定所述主功率管的最大瞬态结
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壳温升；判断所述最大漏源电流是否超出第一设定阈值，以及判断所述最大瞬态结
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壳温升是否超出第二设定阈值；若所述最大漏源电流未超出第一设定阈值，确定所述固态功率控制器未发生过电流失效，且若所述最大瞬态结
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壳温升未超出第二设定阈值，确定所述固态功率控制器未发生热失效，则说明固态功率控制器的瞬态保护特性正常。2.根据权利要求1所述的固态功率控制器件的瞬态保护特性检测方法，其特征在于，所述固态功率控制器电路仿真模型的建立过程，具体包括：确定固态功率控制器的简化电路；根据所述固态功率控制器的简化电路绘制固态功率控制器电仿真模型；建立三阶Cauer网络；将所述固态功率控制器的简化电路与所述三阶Cauer网络结合，得到固态功率控制器热仿真模型。3.根据权利要求1所述的固态功率控制器件的瞬态保护特性检测方法，其特征在于，所述固态功率控制器电仿真模型包括第一采样电阻、第一负载以及依次连接的第一电流检测模块、第一过流及短路保护模块、第一信号转换模块、第一控制模块、第一驱动模块以及第一功率开关模块；所述第一功率开关模块还与所述第一采样电阻的一端连接；所述第一采样电阻的另一端与所述第一负载的一端连接；所述第一负载的另一端接地；所述第一电流检测模块还分别与所述第一采样电阻的两端连接。4.根据权利要求1所述的固态功率控制器件的瞬态保护特性检测方法，其特征在于，所述固态功率控制器热仿真模型包括第二采样电阻、第二负载、电压电流转换模块、三阶Cauer网络以及依次连接的第二电流检测模块、第二过流及短路保护模块、第二信号转换模块、第二控制模块、第二驱动模块和第二功率开关模块；所述第二功率开关模块还与所述第二采样电阻的一端连接；所述第二采样电阻的另一端与所述第二负载的一端连接；所述第二负载的另一端接地；所述第二电流检测模块还分别与所述第二采样电阻的两端连接；所述三阶Cauer网络通过所述电压电流转换模块与所述第二功率开关模块连接。
5.根据权利要求1所述的固态功率控制器件的瞬态保护特性检测方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王香芬，欧阳骁哲，姚金勇，王希龙，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：