【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及属于电子工程，具体涉及一种固态配电装置输出恒压限流控制电路。
技术介绍
1、随着航空武器装备系统智能化程度的不断提高，设备数量和种类的不断增加，功率容量要求越来越高，对航空电源系统在可靠性、功率容量、智能化配电等方面提出了新的要求，传统供电体制下采用的常规配电或遥控配电的配电方式不能满足航空电源发展的需求，固态配电装置已成为航空电源二次配电系统主流发展趋势，采用场效应管作为固态功率开关来实现航空电源的电能传输、控制、分配及保护等功能。
2、固态配电装置通常采用场效应管(mosfet)作为配电输出控制的功率开关，同时通过dsp、fpga和mcu等微控制器来实现远程控制及过电流的i2t保护等控制算法的实现。目前，针对固态配电装置配电支路的限流控制通常采用场效应管降栅压控制或采用限流电阻与辅助场效应管结合的方式来实现不同工作状态下对回路电流的限制。
3、测控技术2020年10月出版的第39卷第10期第87-92页《270v高压直流固态功率控制器软启动电路的设计》文中提出了基于主管和辅管加限流电阻的配电输出结构形式，在容性负载或是负载出现过流、短路情况时，首先切入辅管与限流电阻所构成的限流支路，同时通过降栅压控制电路降低场效应管栅源级电压，使得场效应管工作在放大区间，增加回路阻抗，并结合限流电阻起到限制回路电流的作用，这种控制方式要求电路结构必需采用主管加辅管的电路结构，增加了电路复杂度。
4、中国专利技术专利cn111435785a《一种航空机载设备上电浪涌电流抑制电路机构及方法》提出
技术实现思路
1、本专利技术针对固态配电装置中大容量容性负载或者负载短路所造成的冲击电流问题，提出一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，可实现固态配电装置输出支路负载电压自适应控制和配电支路电流限流控制。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，包括：dsp控制单元、隔离驱动电路、电压控制环路、电压采样电路、电流控制环路、电流采样电路、使能控制电路及功率开关电路；功率开关一端接电源输入，另一端与电流采样电路原边输入正端相连，电流采样电路原边负端与负载相连，同时电流采样电路副边与电流控制环路输入负端相连，电流控制环路输入正端连接至dsp主控单元；电压采样电路正、负端分别与负载正、负端相连，同时将采样结果连接至电压控制环路负输入端，电压控制环路正输入端连接至dsp主控单元；所述使能控制电路分别连接至隔离驱动电路正端、电流控制环路输出端和电压控制环路输出端。
4、进一步的，隔离驱动电路与功率开关电路连接，包括隔离驱动芯片n3；隔离驱动芯片n3将驱动芯片原边电流转换为副边电动势，用于驱动n沟道场效应管。
5、进一步的，所述使能控制电路包括电阻r8、电阻r9、光耦n5；当外部使能控制信号ctrl为高电平时，驱动信号通过电阻r9、光耦n5原边形成电流通路，光耦n5副边光敏三极管饱和导通，将隔离驱动芯片n3正端通过电阻r8接地，隔离驱动芯片n3副边输出低电平，功率开关中的场效应管v1处于截止状态；当外部使能控制信号ctrl为低电平时，光耦n5副边截止，电流控制环或电压控制环电路输出端电压与隔离驱动芯片n3原边形成电流通路，使得隔离驱动芯片n3副边产生高于场管v1导通门槛的电动势，场管v1导通。
6、进一步的，固态配电装置输出恒压限流控制电路被配置为：
7、当回路电流未超出预设保护值时，采用负载电压自适应闭环控制负载电压上升率，抑制大容量容性负载在上电过程中的冲击电流，并钳位在预设值；当回路电流超出预设保护值时，自动切换至限流控制模式，将回路电流钳位在预设值。
8、进一步的，利用隔离驱动芯片n3副边产生电动势与原边电流的近似线性关系，动态调节场效应管v1栅源级电压，使其工作在线性放大区，从而控制场管v1两端电压降，调节负载电压按照预设的电压斜率上升。
9、进一步的，通过调节隔离驱动芯片n3原边电流来控制功率开关中场效应管v1的栅源级电压，调节场效应管v1的导通程度，改变配电支路回路阻抗，从而实现对回路电流的限流控制，并钳位在限流预设值。
10、进一步的，所述电压控制环路包括误差放大器n2、电阻r2，负载电压经过电压采样电路分压后进入误差放大器n2输入负端，并与n2正端电压预设值实时比较；误差放大器n2输出电压通过电阻r2及隔离驱动芯片n3原边形成电流通路。
11、进一步的，所述电压控制环路还包括电阻r5和电容c2，电阻r5和电容c2构成误差放大器n2的补偿网络，用以调整电压控制环路动态响应特性及直流放大倍数。
12、进一步的，所述电流采样电路包括霍尔电流采样芯片n4，霍尔电流采样芯片n4将配电输出回路电流转换为电压值。
13、进一步的，所述电流控制环路包括二极管d1、误差放大器n1和电阻r1，配电输出回路电流通过电流采样电路，然后送入误差放大器n1，并与预设限流值进行比较，误差放大输出电压经过电阻r1、二极管d1和隔离驱动芯片n3构成电流回路。
14、进一步的，所述电流控制环路还包括电阻r4和电容c1，电阻r4和电容c1构成误差放大器n1的补偿网络，用以调整电流控制环路动态响应特性及直流放大倍数。
15、综上所述，本专利技术具有以下优点：
16、1.本专利技术提出了一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，能应用于机载智能配电装置配电支路的控制，整个控制电路采用电压环和电流环双环控制的模式，通过软件设置不同上升率的电压预设值及不同幅度的电流限流值，结合电压、电流控制环硬件电路，能有效的实现输出电压和回路电流的实时闭环控制，该电路结构简单，动态响应迅速、易于实现，能提高固态配电装置在后端为容性负载情况下的工作可靠性，负载适应性强，能兼容阻性和感性负载，提高了固态配电装置工作可靠性。
17、2.本专利技术主电路结构采用单管形式，不使用辅管支路，控制电路采用负载电压和回路电流两种变量双闭环控制，当回路电流未超出预设保护值时，固态配电装置配电支路采用负载电压自适应闭环控制的方式，通过对负载电压上升率的控制，可抑制大容量容性负载在上电过程中的冲击电流，并钳位在预设值；当回路电流超出预设保护值时，固态配电装置配电支路自动切换至限流控制模式，将回路电流钳位在预设电流值，可用于限制负载短路情况下的回路电流不超出功率开关的安全工作区范围。
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1.一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，包括：DSP控制单元、隔离驱动电路、电压控制环路、电压采样电路、电流控制环路、电流采样电路、使能控制电路及功率开关电路；功率开关一端接电源输入，另一端与电流采样电路原边输入正端相连，电流采样电路原边负端与负载相连，同时电流采样电路副边与电流控制环路输入负端相连，电流控制环路输入正端连接至DSP主控单元；电压采样电路正、负端分别与负载正、负端相连，同时将采样结果连接至电压控制环路负输入端，电压控制环路正输入端连接至DSP主控单元；所述使能控制电路分别连接至隔离驱动电路正端、电流控制环路输出端和电压控制环路输出端。
2.根据权利要求1所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，隔离驱动电路与功率开关电路连接，包括隔离驱动芯片N3；隔离驱动芯片N3将驱动芯片原边电流转换为副边电动势，用于驱动N沟道场效应管。
3.根据权利要求2所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，所述使能控制电路包括电阻R8、电阻R9、光耦N5；当外部使能控制信号Ctrl为高电平时，驱动信号通过电阻R9、光耦N5
4.根据权利要求2所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，固态配电装置输出恒压限流控制电路的控制原理为：
5.根据权利要求4所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，利用隔离驱动芯片N3副边产生电动势与原边电流的近似线性关系，动态调节场效应管V1栅源级电压，使其工作在线性放大区，从而控制场管V1两端电压降，调节负载电压按照预设的电压斜率上升。
6.根据权利要求4所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，通过调节隔离驱动芯片N3原边电流来控制功率开关中场效应管V1的栅源级电压，调节场效应管V1的导通程度，改变配电支路回路阻抗，从而实现对回路电流的限流控制，并钳位在限流预设值。
7.根据权利要求2、4或6所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，所述电压控制环路包括误差放大器N2、电阻R2，负载电压经过电压采样电路分压后进入误差放大器N2输入负端，并与N2正端电压预设值实时比较；误差放大器N2输出电压通过电阻R2及隔离驱动芯片N3原边形成电流通路。
8.根据权利要求7所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，所述电压控制环路还包括电阻R5和电容C2，电阻R5和电容C2构成误差放大器N2的补偿网络，用以调整电压控制环路动态响应特性及直流放大倍数。
9.根据权利要求1所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，所述电流采样电路包括霍尔电流采样芯片N4，霍尔电流采样芯片N4将配电输出回路电流转换为电压值。
10.根据权利要求2、4或6所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，所述电流控制环路包括二极管D1、误差放大器N1和电阻R1，配电输出回路电流通过电流采样电路，然后送入误差放大器N1，并与预设限流值进行比较，误差放大输出电流经过电阻R1、二极管D1和隔离驱动芯片N3构成电流回路。
11.根据权利要求10所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，所述电流控制环路还包括电阻R4和电容C1，电阻R4和电容C1构成误差放大器N1的补偿网络，用以调整电流控制环路动态响应特性及直流放大倍数。
...【技术特征摘要】
1.一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，包括：dsp控制单元、隔离驱动电路、电压控制环路、电压采样电路、电流控制环路、电流采样电路、使能控制电路及功率开关电路；功率开关一端接电源输入，另一端与电流采样电路原边输入正端相连，电流采样电路原边负端与负载相连，同时电流采样电路副边与电流控制环路输入负端相连，电流控制环路输入正端连接至dsp主控单元；电压采样电路正、负端分别与负载正、负端相连，同时将采样结果连接至电压控制环路负输入端，电压控制环路正输入端连接至dsp主控单元；所述使能控制电路分别连接至隔离驱动电路正端、电流控制环路输出端和电压控制环路输出端。
2.根据权利要求1所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，隔离驱动电路与功率开关电路连接，包括隔离驱动芯片n3；隔离驱动芯片n3将驱动芯片原边电流转换为副边电动势，用于驱动n沟道场效应管。
3.根据权利要求2所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，所述使能控制电路包括电阻r8、电阻r9、光耦n5；当外部使能控制信号ctrl为高电平时，驱动信号通过电阻r9、光耦n5原边形成电流通路，光耦n5副边光敏三极管饱和导通，将隔离驱动芯片n3正端通过电阻r8接地，隔离驱动芯片n3副边输出低电平，功率开关中的场效应管v1处于截止状态；当外部使能控制信号ctrl为低电平时，光耦n5副边截止，电流控制环或电压控制环电路输出端电压与隔离驱动芯片n3原边形成电流通路，使得隔离驱动芯片n3副边产生高于场管v1导通门槛的电动势，场管v1导通。
4.根据权利要求2所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，固态配电装置输出恒压限流控制电路的控制原理为：
5.根据权利要求4所述的一种固态配电装置输出恒压限流控制电路，其特征在于，利用隔离驱动芯片n3副边产生电动势与原边电流的近似线性关系...
【专利技术属性】
技术研发人员：张波，王东俊，张喜，唐志，李茂彬，张夏一，何季，陈希翔，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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