[发明专利]一种带有限流保护和反时限保护功能的固态功率控制器

说明书

一种带有限流保护和反时限保护功能的固态功率控制器，包括起振电路、整流电路、信号隔离电路、驱动电路、保护控制电路、保护执行电路、开关电路以及变压器。本发明在进行过流保护的同时，可以抑制异常的持续上升，有效减少了异常电流对配电系统后级负载的冲击，同时也降低了短路保护过程中由于无法抑制电流上升对电源以及后级负载造成损伤的风险。

技术领域

本发明涉及一种带有限流保护和反时限保护功能的固态功率控制器，属于固态功率控制器设计领域。

背景技术

固态功率控制器是利用固态开关—MOSFET通断实现传统配电单元中继电器和过载保护器功能的开关控制器。固态功率控制器依据对母线电缆“热记忆”理论，从电路负载采集电流数据，计算负载母线线缆温度，在母线过流情况下，根据检测到的电流值的大小对负载进行相应的延迟关断，避免负载因过流而被破坏，实现负载保护。

目前，固态功率控制器的负载保护方式多采用反时限保护，现有的技术主要有是基于单片机的控制器，利用单片机的模/数转换端口对RC放电时间检测进而结合单片机软件设计来判断单片机系统断电时间，使得单片机系统断电又重新上电后可以由软件根据所述模/数转换口转换结果判断系统断电时间，为了保护反映的快速性，多采用查表来实现，根据电流值直接在存储器里面读取关断时间。存在精度不高，灵活性差，抗电磁干扰性能差的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种带有限流保护和I²T保护功能的固态功率控制器，满足航天航空领域配电系统对负载高安全性的需求。

本发明的技术解决方案是：

一种带有限流保护和反时限保护功能的固态功率控制器，包括：起振电路、整流电路、信号隔离电路、驱动电路、保护控制电路、保护执行电路、开关电路以及变压器；

起振电路将外部直流电源转化为交流信号，依次通过变压器和整流电路，生成内部直流电源，给驱动电路和保护控制电路供电，所述内部直流电源还给用于控制信号和反馈信号隔离的信号隔离电路内侧供电；同时，外部直流电源还给信号隔离电路外侧供电；控制信号通过信号隔离电路之后送入驱动电路，驱动电路生成用于控制开关电路通断的开关信号；保护控制电路接收开关电路的电压采集信号，将电压采集信号分别与I²T阈值和限流阈值进行比较，如果超过I²T阈值，则产生跳闸信号给保护执行电路，保护执行电路控制开关电路关断；如果超过限流阈值，则产生限流启动信号给驱动电路，驱动电路产生用于限流保护的限流控制信号，开关电路根据所述限流控制信号进行限流。

所述信号隔离电路包括电阻R1、R2、R3、R4、光耦OPT1和OPT2；

外部直流电源输入到光耦OPT2的三极管一测，所述内部直流电源输入到光耦OPT1的三极管一侧，控制信号通过电阻R1输入到光耦OPT1的二极管一侧，光耦OPT1的三极管一侧的输出信号即为信号隔离电路输出给驱动电路的控制信号，同时，该控制信号通过电阻R3接地；保护控制电路输出的跳闸信号通过电阻R2后送入光耦OPT2的二极管一侧，光耦OPT2的三极管一侧的输出即为跳闸信号的反馈信号，该反馈信号还通过电阻R4接地。

所述驱动电路包括电阻R6～R11、三极管Q2、Q3和Q4；

信号隔离电路输出的控制信号通过电阻R7送入三极管Q2的基极，同时，控制信号还通过电阻R8送入三极管Q3的基极，整流电路输出的所述内部直流电源通过电阻R9输入给三极管Q2的发射级，三极管Q3的发射极接地，三极管 Q3的集电极和三极管Q2的集电极连接在一起，通过电阻R11输出用于控制开关电路通断的开关信号，保护控制电路输出的限流启动信号通过电阻R6输入给三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极通过电阻R10接地，Q4的集电极与Q3 的集电极连接在一起。