【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固态功率控制器，具体涉及一种模块化的固态功率控制器及其控制方法。
技术介绍
1、固态功率控制器(sspc)，与机电断路器和继电器相比，体积功率密度(即kw/m3)提高了7倍，重量功率密度提高了5倍(即kw/kg)，总功耗降低70％。此外，sspc提供了更高的可靠性(平均故障间隔时间mtbf提高了5倍以上)，并且由于没有移动的机械部件导致接触颤动和触点的潜在熔断，因此寿命更长。同时，sspc具有易于和上位机通信、参数可配置、可根据热积累和热积累计算进行延时过流关断保护等功能特点。
2、目前，固态功率控制器为了实现对多路负载通道通断动作、负载电流采集、内部外部故障判断、反时限过流保护的同时，具备解析、执行和回复上位机指令的功能，一般采用了一块主控板和两块至多块采集板组合的设计方案。其中，主控板有单片机芯片、ad芯片、电源芯片等主要元器件，负责和上位机的通信，采集外部全局模拟量、开关量等功能；采集板有单片机芯片、ad芯片、fpga芯片和mosfet开关管等主要元器件，负责一方面接收、解析主控单片机发来的数据帧并执行配电通道的开启、关断、电流值采集、开关管状态采集等动作；另一方面向主控板传递通道开关状态、工作电流、故障信息、工作日志等信息。同时，采集板还具备通道短路保护、过流保护、通道额定电流可设置、可自动判断和上传系统故障信息等功能。
3、综上，现有固态功率装置的控制器方案在硬件方面具有元器件种类数量多、电路、硬件可配置性和可拓展性差的问题，在软件方面具有各子循环程序交互变量多，时序复杂、控制实时
技术实现思路
1、为克服上述存在之不足，本专利技术的专利技术人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种模块化的固态功率控制器及其控制方法，本专利技术可以显著降低固态功率控制器系统的元器件种类和数量。本专利技术无需使用传统的固态功率控制器中的ad转换芯片、fpga芯片和dsp芯片等元器件，只使用能够满足功能所需的单片机、功率管、rs422通信芯片、电流电压监控器和少量电阻电容等器件即可组成完整的系统硬件。从而降低控制器成本，减小系统复杂度，并且由于简化的系统硬件结构提高了固态功率控制器的可靠性，本专利技术可以显著提升固态功率控制器在不同应用场景下的适配性。本专利技术的模块化特点(一个主控单元搭配多个标准采集单元)，可以使其满足航空配电领域多机型、多应用场景的需求。采集判断模块和中断服务模块具有的快速配置特点也使得本专利技术在不同应用中可以通过简单设置实现快速部署，本专利技术可以显著提高固态功率控制器对负载通道控制的实时性和精确性。本专利技术利用采集单元的采集判断模块以及与采集单元can通信的中断服务模块分离的控制方法，改进了采集单元负载通道状态采集和与主控单元通信交互的工作流程，实现了精确的热积累计算和负载通道的实时性控制。从而提高了固态功率控制器对负载通道保护的安全性和精准性。
2、为实现上述目的本专利技术所采用的技术方案是：提供一种模块化的固态功率控制器。其包括一个主控单元和一个以上的标准采集单元，主控单元与标准采集单元之间采用can总线进行数据通信；
3、主控单元与上位机之间通信，用于接收并解析上位机的命令，通过can总线报文汇总各个标准采集单元的状态和上位机指令执行情况，并将固态功率控制器的状态回复给上位机：
4、标准采集单元包含内部电源电路、检测驱动电路、can通信电路和采集单元单片机电路，用于采集各个负载通道的开关管状态、通道负载电流等信息，同时对其中短路、过流的负载通道进行跳闸保护，同时执行主控单元下发的指令，并将负载通道工作状态通过can总线上报给主控单元。
5、根据本专利技术所述的一种模块化的固态功率控制器，其进一步的优选技术方案是：所述主控单元包含内部电源电路、上位机通信电路、can通信电路、主控单片机电路，所述主控单片机电路与上位机通信电路、can通信电路连接，内部电源电路作为电源。
6、根据本专利技术所述的一种模块化的固态功率控制器，其进一步的优选技术方案是：主控单元与上位机之间的上位机通信电路采用rs422或rs485通信协议。
7、根据本专利技术所述的一种模块化的固态功率控制器，其进一步的优选技术方案是：标准采集单元包含内部电源电路、检测驱动电路、can通信电路和采集单元单片机电路，所述采集单元单片机电路与检测驱动电路、can通信电路连接，内部电源电路作为电源。
8、一种模块化的固态功率控制器控制方法，基于上述的模块化的固态功率控制器，其主控单元循环执行以下步骤：
9、s1.1，接收指令：中断服务模块通过uart接收来自上位机的指令帧并加以解析，更新上位机指令寄存器，查询通道状态寄存器中现状后根据指令回复逻辑更新uart发送缓存器，向上位机进行uart回复；
10、s1.2，现态更新逻辑：主控单元单片机在上位机指令寄存器更新后，根据上位机指令寄存器中的指令向can总线发送数据帧或者遥控帧，等待can总线上的响应后将更新现态写入通道状态寄存器中；
11、其标准采集单元包括采集判断模块和中断服务模块，其中采集判断模块循环执行以下步骤：
12、s2.1，ad负载通道采样电流采集；首先发给ad外设发送电流转换开始信号，等待ad在扫描模式下返回ch0～ch3的电流数据中断,更新ad负载通道采样电流；
13、s2.2，负载通道状态信息更新：在ad的负载通道采样电流更新后，采集判断模块利用通道状态判断逻辑以及通道指令寄存器中的通道开关指令、通道状态寄存器中的通道状态、ad负载通道采样电流条件进行逻辑运算，综合判断出负载通道下一周期状态，即是否有外部、内部故障，是否需要进行通道短路、过流保护，是否需要保护性开通关断开关管，并更新通道状态寄存器中的通道状态信息；
14、s2.3，负载通道通断逻辑：采集判断模块利用负载道通断逻辑以及通道状态寄存器中更新的通道状态信息输出结果，根据输出结果进行开关管的开通关断动作；
15、s2.4，在完成各个通道的开通关断动作后进入下一次采集判断模块的步骤s2.1-s2.4的循环；
16、中断服务模块循环执行以下步骤：
17、s3.1，响应主控单元单片机发送到can总线上的报文，采用can中断的形式接收并响应，针对主控单片机发来的两种格式报文：
18、遥控帧：遥控帧即上位机未对各个通道的开通关断情况做指令，仅为通道状态查询指令，在此情况下，标准采集单元can中断服务模块仅查询通道状态寄存器中的相应数据，并通过指令回复逻辑向can总线响应遥控帧报文；
19、数据帧；在数据帧报文中，上位机指令中包含对各个通道的通断命令，此时中断服务模块会更新通道指令寄存器中的值，供采集判断模块中通道状态判断逻辑的使用；另一方面，中断服务模块查询通道状态寄存器的相应数据，并通过指令回复逻辑向can总线响应数据帧报文。
【技术保护点】
1.一种模块化的固态功率控制器，其特征在于，其包括
2.根据权利要求1所述的一种模块化的固态功率控制器，其特征在于，所述主控单元包含内部电源电路、上位机通信电路、CAN通信电路、主控单片机电路，所述主控单片机电路与上位机通信电路、CAN通信电路连接，内部电源电路作为电源。
3.根据权利要求1或2所述的一种模块化的固态功率控制器，其特征在于，主控单元与上位机之间的上位机通信电路采用RS422或RS485通信协议。
4.根据权利要求1所述的一种模块化的固态功率控制器及其控制方法，其特征在于，标准采集单元包含内部电源电路、检测驱动电路、CAN通信电路和采集单元单片机电路，所述采集单元单片机电路与检测驱动电路、CAN通信电路连接，内部电源电路作为电源。
5.一种模块化的固态功率控制器控制方法，其特征在于，基于权利要求1-4任一项所述的模块化的固态功率控制器，其主控单元循环执行以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种模块化的固态功率控制器控制方法，其特征在于，主控单元在设备运行之前进行初始化和状态自检：主控单元上电初始化后，主控单
...【技术特征摘要】
1.一种模块化的固态功率控制器，其特征在于，其包括
2.根据权利要求1所述的一种模块化的固态功率控制器，其特征在于，所述主控单元包含内部电源电路、上位机通信电路、can通信电路、主控单片机电路，所述主控单片机电路与上位机通信电路、can通信电路连接，内部电源电路作为电源。
3.根据权利要求1或2所述的一种模块化的固态功率控制器，其特征在于，主控单元与上位机之间的上位机通信电路采用rs422或rs485通信协议。
4.根据权利要求1所述的一种模块化的固态功率控制器及其控制方法，其特征在于，标准采集单元包含内部电源电路、检测...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴涛，
申请(专利权)人：成都佳瑞祥科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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