一种直流固态功率控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种直流固态功率控制系统，包括数字控制模块和功率控制模块，其特征在于：数字控制模块接收来自上位管理计算机的控制命令，下发开通和关断电气负载命令和状态查询命令，功率控制模块按照要求开通和关断负载并采集通道电流及负载状态数据，数字控制模块接收来自功率模块的通道数据，对这些通道数据进行分析后把每个通道负载的状态上报至上位管理计算机。这种新型的直流固态功率控制器相对传统的继电器有以下优点：过载响应时间快，跳闸时间一致性好，短路故障电流小，有电流限制功能，具有短路故障保护功能，无寿命次数限制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型直流固态功率控制系统，它可用于机电控制系统和配电系统。
技术介绍
随着电子、计算机技术的高速发展,机载电气设备的大幅度增加,对电气负载的控制有了更高的要求。为了适应新的发展需要，研究新型的电气负载控制系统已成为当务之急。在当如的机电控制系统和配电系统中，对电气负载的控制一般有两种方式:断路器和固态继电器。这两种传统的控制方式有很多不足的地方:如保护时间慢，寿命低，不具备健康管理和主动实施监控功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型直流固态功率控制系统，解决了现有技术保护时间长，寿命短，不具备健康管理等问题。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下:一种直流固态功率控制系统，包括数字控制模块和功率控制模块，其特征在于:数字控制模块接收来自上位管理计算机的控制命令，下发开通和关断电气负载命令和状态查询命令，功率控制模块按照要求开通和关断负载并采集通道电流及负载状态数据，数字控制模块接收来自功率模块的通道数据，对这些通道数据进行分析后把每个通道负载的状态上报至上位管理计算机。功率控制部分是利用MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)作为电子开关，通过微控制器对其进行开通和关断，能有效避免电弧发生并能快速关断。在机电控制系统或配电系统中，为了对远程直流负载进行控制和监测，只要用数据总线连接本专利技术的固态直流负载控制器，就能实现实时监控。同时本专利技术装置具有过流、短路等保护功能以及通信中断状态下的超越控制功能。因此，在机电控制系统或配电系统中，应用本专利技术的固态直流负载控制器，可以很方便地达到远程控制、实时检测、安全可靠运行的目的。本专利技术的远程直流负载控制器，其特征在于: ①直流负载控制器包括外部通信总线、数字控制模块、功率控制模块。外部通信总线是上位管理计算机与数字控制模块进行数据交换的媒介。外部通信采用双余度设计，在一种通信总线发生故障时能切换到另一种总线。如果两种通信都失效，则直流负载控制器则会对其进行超控，进入默认控制模式。数字控制模块接收来自外部数据总线上的控制信号，把每路直流负载的工作模式命令通过开关命令线传送至功率控制模块；把每路直流负载的保护参数通过内部状态总线传送至功率控制模块。通过内部状态总线查询获取每路直流负载的运行状态；通过外部通信总线把负载运行状态信息上报至上位管理计算机。每个功率控制模块按照开关命令线要求接通或断开其控制的直流负载，并对直流负载的运行状态实时地采集和分析，在满足保护条件时，对负载进行保护性断开，把负载运行状态上报至数字控制丰吴块。②数字控制模块包括数据转换器、接口隔离电路、中央处理器和控制选择电路。中央处理器是负载管理中心模块的数据接收、发送和处理的控制单元。它通过外部数据总线和内部状态总线，接收或发送数据信息，把需要执行的工作模式命令发送至控制选择电路。数据转换器是对总线传输信息进行编码和解码。接口隔离电路使外部数据总线信号和通道控制信号与功率控制模块的内部信号得到隔离效果。控制选择电路接收数据处理器和通道控制信号，在开关命令线上输出负载工作模式信号。③控制选择模块是由多路选择开关组成，利用CPLD芯片在内部做一个多路选择开关系统。外部输入的通道控制信号中至少包含一路使能信号，当使能信号有效时，控制选择电路把通道型控制信号开通信号输出至开关命令线；当使能信号无效时，把数据处理器输出的关断信号输出至开关命令线。这种新型的直流固态功率控制器相对传统的继电器有以下优点: (i)过载响应时间快，在10倍电流过载时响应时间小于I毫秒； (ii)跳闸时间一致性好，最长与最短时间之比小于2:1，精确度为毫秒； (iii)短路故障电流小，有电流限制功能； (iv)固态半导体开关，没有触点，直流型有软启动和缓关断功能，不会产生电压尖峰和电磁干扰，并能与各种负载相兼容； (v)具有短路故障保护功能； (vi)无寿命次数限制。附图说明图1为本专利技术的数字控制模块的结构示意图。图2和图3为本专利技术的功率控制模块的结构示意图。图4为本专利技术的工作原理流程图。下面结合附图和实施例对本专利技术作详细说明。具体实施例方式一种直流固态功率控制系统，包括数字控制模块和功率控制模块，其特征在于:数字控制模块主要负责通道健康管理，接收来自上位管理计算机的控制命令，下发开通和关断电气负载命令和状态查询命令，数字控制模块通过地址码识别属于自己的命令和参数，并按照要求通过内部状态总线报送负载运行状态至功率控制模块，功率控制模块按照要求开通和关断负载并采集通道电流及负载状态数据；数字控制模块接收来自功率模块的通道数据，对这些通道数据进行分析后把每个通道负载的状态上报至上位管理计算机。如图1所示，数字控制模块包括中央处理器I，与中央处理器I连接的存储模块2，与中央处理器I连接的通信模块4 (数据转换器)，中央处理器I通过控制选择模块3与功率控制模块6连接，功率控制模块6还与控制选择模块3的通道控制信号端连接，其中中央处理器采用DSP芯片，具体可采用TI公司的DSP2812芯片。控制选择模块采用CPLD逻辑控制芯片。数字控制模块的主要功能是与机电管理计算机通信，把机电管理计算机的通道开通/关断命令下传给功率通道，并采集功率控制模块的电流、电压、负载状态信号上传给机电管理计算机，当通道出现故障时，能及时关断负载，并把故障记录在存储模块内。中央处理器与机电管理计算机的通信是采用RS485总线，所以要通过数据转换器把485总线信号转成SCI信号。CPLD逻辑控制芯片为多路选择器，把中央处理器DSP芯片的总线信号转换成通道数字信号。此外，为了保证数字控制模块的准确性，在该模块内部设置一个BIT检测模块5，BIT检测模块包括上电自检测和周期自检测。上电自检测即在电路上电时对DSP芯片的总线，存储芯片，CPLD芯片进行自检；周期自检测即在程序运行过程中对DSP芯片的总线，存储芯片，CPLD芯片进行自检。所述BIT检测模块5为现有技术，在此不再赘述。如图2所示，功率控制模块包括控制与保护电路，该控制与保护电路通过隔离电路与数字控制模块连接，该控制与保护电路的控制输出端与一 MOSFET管的控制端连接，该MOSFET管的一端与功率输入端连接，该MOSFET管的另一端与电阻的一端连接，该电阻的另一端通过负载接地，该电阻的另一端还接二极管的阴极，该二极管的阳极接地，功率输入端还与一稳压二极管的阳极连接，该稳压二极管的阴极接控制与保护电路的状态反馈端连接。如图3所示，该控制与保护电路包括和MOSFET管的控制端连接的功率驱动电路，和稳压二极管的阴极连接的电流采样模块和电压采样模块，功率驱动电路的第一输入端与状态锁存与时序控制模块的驱动信号输出端连接，电流采样模块的第一输出端与短路保护模块的第一输入端连接，短路保护模块的第二输入端和状态锁存与时序控制模块的驱动信号输出端连接，短路保护模块的输出端与功率驱动电路的第二输入端连接，电流采样模块的第二输出端与过流保护负载电流检测模块的输入端连接，过流保护负载电流检测模块的第一输出端和状态锁存与时序控制模块的过流保护信号输入端连接，过流保护负载电流检测模块的第二输出端和状态锁存与时序控制模块的负载电流状态输入端连接，电压采样输出端与负载电压检测模块连接，负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流固态功率控制系统，包括数字控制模块和功率控制模块，其特征在于：数字控制模块接收来自上位管理计算机的控制命令，下发开通和关断电气负载命令和状态查询命令，功率控制模块按照要求开通和关断负载并采集通道电流及负载状态数据，数字控制模块接收来自功率模块的通道数据，对这些通道数据进行分析后把每个通道负载的状态上报至上位管理计算机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李智慧，
申请(专利权)人：上海航空电器有限公司，
类型：发明
国别省市：