一种智能固态开关的电路及控制策略优化方法技术

本发明专利技术涉及一种智能固态开关的电路及控制策略优化方法，其固态电源控制器包括主控单元MCU、开关状态检测单元SSCU、电气隔离驱动单元IDU、信号调理单元SCU、霍尔传感器H、功率场效应管Q以及BUCK电路；开关状态检测单元SSCU用于，检测功率场效应管Q的通断状态以及健康状态；霍尔传感器H用于，检测负载R

【技术实现步骤摘要】
一种智能固态开关的电路及控制策略优化方法


[0001]本专利技术涉及开关设备
，具体涉及一种智能固态开关的电路及控制策略优化方法。

技术介绍

[0002]固态功率控制器，英文全称为Solid
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State Power Controller,英文简称为SSPC，是集继电器的转换功能和断路器的电路保护功能于一体的智能开关设备是一种以半导体功率器件(功率场效应管、SCR、IGBT等)为基础，具有反时限过流保护、状态检测、过热保护及总线通信等功能的智能固态电气开关，是先进电气系统中的关键功能单元。与传统的机械式电气开关相比，固体功率控制器具有体积小、重量轻、功耗低、寿命长、可靠性高等优点，并可配合软件算法实现电弧检测、故障隔离与重构等智能功能，通常用来替代以热断路器或熔断器与机械式电磁继电器为核心的遥控配电方式，实现远程分布式自动配电。
[0003]现有技术中，直流SSPC通常由数字接口单元DIU、模拟接口单元AIU、隔离二次电源PSU、存储单元MU、主控单元MCU、开关状态检测单元SSCU、电气隔离驱动单元IDU、信号调理单元SCU、霍尔传感器H、铂电阻温度传感器R及功率场效应管Q等功能单元组成。典型工作过程为：MCU接收到DIU的总线指令或AIU的开关量指令的通断指令后，经IDU后驱动Power功率场效应管即功率场效应管Q接通或关断负载电源；SSCU检测Power功率场效应管Q的开关状态及健康状态即是否击穿，传感器分别检测负载R
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的实时电压、电流及Power功率场效应管Q的工作温度参数，经SCU调理后送MCU采样，MCU通过内部逻辑判断、I2T及FFT等算法判断负载回路是否出现过流、短路、过压、欠压、过热及电弧等故障，并通过IDU单元驱动Power功率场效应管Q关断回路并隔离故障；MU用来保存SSPC及负载状态数据，上位机可以通过DIU查询状态数据，SSPC也通过AIU以声光电指示的形式指示SSPC及负载的状态信息；PSU为SSPC提供工作电源。
[0004]经理论分析、仿真及试验结果表明，现有技术中的SSPC用于存在电机及容性类负载的配电系统中，容易因瞬时大电流导致配电系统误保护。另外，对于存在较大容量容性负载及负载短路情况下，接通瞬间对系统中的电源带来较大冲击，容易导致电源输出保护而引起系统断电。
[0005]同时，现有技术中，SSPC的控制方法为，SSPC接收到接通指令后驱动功率场效应管导通，并持续监测导通回路电流；如出现异常，则进入异常处理流程；因此，SSPC软件控制流程未区分短路、容性负载及电机负载等导致电路过流工况，容易导致功率场效应管热损坏、电源掉电及负载异常断电等故障。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中，SSPC用于存在电机及容性类负载的配电系统中，容易因瞬时大电流导致配电系统误保护，且传统SSPC控制未区分短路、容性负载及电机负载等导致电路过流工况，容易导致功率场效应管热损坏、电源掉电及负载异常断电等故障等技术问
题，本专利技术提供一种智能固态开关的电路及控制策略优化方法。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0008]一种智能固态开关的电路，包括主控单元MCU、开关状态检测单元SSCU、霍尔传感器H、功率场效应管Q以及BUCK电路；
[0009]所述开关状态检测单元SSCU用于，检测所述功率场效应管Q的通断状态以及健康状态，对应生成通断状态信息以及健康状态信息，并将所述通断状态信息以及所述健康状态信息传输至所述主控单元MCU；其中，所述健康状态包括所述功率场效应管Q的正常工作状态以及击穿状态；
[0010]所述主控单元MCU用于接收所述通断状态信息以及所述健康状态信息，并通过所述通断状态信息以及所述健康状态信息监控所述功率场效应管Q的工作状态；
[0011]所述霍尔传感器H用于，检测负载R
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所在回路的实时电流，并将所述实时电流通过所述信号调理单元SCU传输至所述主控单元MCU；
[0012]所述主控单元MCU用于，接收所述实时电流，并通过所述电气隔离驱动单元IDU控制所述功率场效应管Q的通断；其中，当所述实时电流高于最大电流阈值时，所述功率场效应管Q在所述主控单元MCU的控制下，断开所述负载R
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所在的回路；当所述实时电流低于最小电流阈值时，所述功率场效应管Q在所述主控单元MCU的控制下，接通所述负载R
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所在的回路；
[0013]所述BUCK电路用于，限制所述负载R
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所在的回路的瞬态大电流。
[0014]本专利技术的有益效果是：通过在传统固态电源控制器的硬件电路上增加BUCK电路，实现了对短路、容性及电机负载启动时瞬间大电流的抑制；并利用主控单元MCU控制功率场效应管Q的通断，并在当所述实时电流高于最大电流阈值时，所述功率场效应管Q在所述主控单元MCU的控制下，断开所述负载R
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所在的回路；当所述实时电流低于最小电流阈值时，所述功率场效应管Q在所述主控单元MCU的控制下，接通所述负载R
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所在的回路，使得SSPC即固态电源控制器能够对负载回路的过流工况进行监控，满足全电系统的配电要求。有利于对SSPC的微小型化、高电压、大功率、供配电一体化、精确化按需配电，并将人工智能相关算法应用于SSPC控制等方面的应用。
[0015]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0016]进一步，所述霍尔传感器H还用于，检测所述负载R
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所在回路的实时电压，并将所述实时电压通过所述信号调理单元SCU传输至所述主控单元MCU；
[0017]所述主控单元MCU用于，接收所述实时电压，并通过所述电气隔离驱动单元IDU控制所述功率场效应管Q的通断；其中，当所述实时电压高于最大电压阈值时，所述功率场效应管Q在所述主控单元MCU的控制下，断开所述负载R
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所在的回路；当所述实时电压低于最小电压阈值时，所述功率场效应管Q在所述主控单元MCU的控制下，接通所述负载R
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所在的回路。
[0018]采用上述进一步方案的有益效果是，通过利用霍尔传感器H采集负载回路的实时电压，能够让主控单元MCU根据实时电压对负载R
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所在的回路即负载回路进行通断的控制，为负载回路提供进一步安全保障。
[0019]进一步，还包括温度传感器T，所述温度传感器T用于检测所述负载R
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所在回路的温升值，并将所述温值据通过所述信号调理单元SCU传输至所述主控单元MCU；
[0020]所述主控单元MCU还用于接收所述温升值，并根据所述温升数据控制所述功率场效应管Q的通断；其中，当所述温升值超过预设温升值时，所述主控单元MCU通过所述电气隔离驱动单元IDU控制所述功率场效应管Q断开；当所述温升值低于预设温升值时，所述主控单元MCU通过所述电气隔离驱动单元IDU控制所述功率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能固态开关的电路，其特征在于，包括主控单元MCU、开关状态检测单元SSCU、霍尔传感器H、功率场效应管Q以及BUCK电路；所述开关状态检测单元SSCU用于，检测所述功率场效应管Q的通断状态以及健康状态，对应生成通断状态信息以及健康状态信息，并将所述通断状态信息以及所述健康状态信息传输至所述主控单元MCU；其中，所述健康状态包括所述功率场效应管Q的正常工作状态以及击穿状态；所述主控单元MCU用于接收所述通断状态信息以及所述健康状态信息，并通过所述通断状态信息以及所述健康状态信息监控所述功率场效应管Q的工作状态；所述霍尔传感器H用于，检测负载R
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所在回路的实时电流，并将所述实时电流通过信号调理单元SCU传输至所述主控单元MCU；所述主控单元MCU用于，接收所述实时电流，并通过电气隔离驱动单元IDU控制所述功率场效应管Q的通断；其中，当所述实时电流高于最大电流阈值时，所述功率场效应管Q在所述主控单元MCU的控制下，断开所述负载R
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所在的回路；当所述实时电流低于最小电流阈值时，所述功率场效应管Q在所述主控单元MCU的控制下，接通所述负载R
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所在的回路；所述BUCK电路用于，限制所述负载R
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所在的回路的瞬态大电流。2.根据权利要求1所述的智能固态开关的电路及控制策略优化方法，其特征在于，所述霍尔传感器H还用于，检测所述负载R
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所在回路的实时电压，并将所述实时电压通过所述信号调理单元SCU传输至所述主控单元MCU；所述主控单元MCU用于，接收所述实时电压，并通过所述电气隔离驱动单元IDU控制所述功率场效应管Q的通断；其中，当所述实时电压高于最大电压阈值时，所述功率场效应管Q在所述主控单元MCU的控制下，断开所述负载R
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所在的回路；当所述实时电压低于最小电压阈值时，所述功率场效应管Q在所述主控单元MCU的控制下，接通所述负载R
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所在的回路。3.根据权利要求1所述的智能固态开关的电路及控制策略优化方法，其特征在于，还包括温度传感器T，所述温度传感器T用于检测所述负载R
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所在回路的温升值，并将所述温值据通过所述信号调理单元SCU传输至所述主控单元MCU；所述主控单元MCU还用于接收所述温升值，并根据所述温升数据控制所述功率场效应管Q的通断；其中，当所述温升值超过预设温升值时，所述主控单元MCU通过所述电气隔离驱动单元IDU控制所述功率场效应管Q断开；当所述温升值低于预...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩成福，陆玉芳，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：