一种基于软件定义的固态功率控制器及处理方法

技术领域

本发明涉及电气机械技术领域，具体涉及一种基于软件定义的固态功率控制器及处理方法。

背景技术

固态功率控制器(SSPC)是通过驱动开关管控制电路通断的高可靠性智能开关。电路发生过载及短路故障时，固态功率控制器基于I2t反时保护特性实现对过载时间的控制，从而实现对后续负载的保护。

目前各厂厚膜产品过流、短路保护阈值一旦确定就无法更改，如需更改只能通过更换器件的方式实现，在使用上不够灵活。基于该问题，设计了一种基于软件定义的固态功率控制器。

发明内容

本发明提供了一种基于软件定义的固态功率控制器，其目的在于可以通过软件设置配电额定值、过流、短路保护阈值及选择I2t保护曲线，从而实现应用上的灵活配置。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种基于软件定义的固态功率控制器，包括处理模块、电流采集模块和MOS管及驱动模块，所述电流采集模块采集功率电源的电流；电流采集模块将采集到的电流信号通过AD转换发送给处理器，电流采集模块连接MOS管的源极，负载连接到MOS管的漏极；处理器通过驱动连接到MOS管的栅极，FPGA连接到处理器的通信接口上。

进一步的，所述电流采集模块设置有信号隔离模块，通过信号隔离模块的隔离将信号传送给AD转换。

一种处理方法，包括步骤一、对采集到的电流判断是否超出额定电流；

步骤二、判断否，则继续采集电流信号；判断是，则电流产生的热量进行积分；

步骤三，判断热量积分是否超过热量阈值；判断否，则继续积分；判断是，则查找热量阈值与跳闸时间对照表，发送关机指令。

进一步的，固态功率控制器的额定电流为I

进一步的，热量阈值设置不高于MOS管的雪崩击穿能量的1/4，FPGA通过对多次通路采样电流进行求均值，当采样电流均值大于额定电流I

进一步的，FPGA采用查找表的方式实现，首先将热量阈值与跳闸时间的对应关系存入处理器中，通过计算累积热量与表中的跳闸时间进行比较，从而确定是否具备关断条件。

进一步的，若电流在1.5倍～4倍I

本发明所达到的有益效果为：

本发明一种基于软件定义的固态功率控制器及处理方法，通过软件配置实现额定输出电流、I2t反时限保护、过流保护阈值、短路保护阈值的更改，从而满足产品的通用性要求，减少重复开发的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为一种基于软件定义的固态功率控制器电路实现框图；

图2为一种基于软件定义的固态功率控制器的处理流程图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1～2所示，本发明提供了本发明提供了一种基于软件定义的固态功率控制器，包括处理模块、电流采集模块和MOS管及驱动模块，所述电流采集模块采集功率电源的电流；电流采集模块将采集到的电流信号通过AD转换发送给处理器，电流采集模块连接MOS管的源极，负载连接到MOS管的漏极；处理器通过驱动连接到MOS管的栅极，FPGA连接到处理器的通信接口上。

所述电流采集模块设置有信号隔离模块，通过信号隔离模块的隔离将信号传送给AD转换。

处理器系统包括处理器、存储器、通信接口电路、晶振、AD转换以及电源电路组成；信号隔离采用片上隔离变压器技术实现；电流采集由电流传感器实现；MOS管则选用低功耗的新型GaN器件，以降低产品的热耗。

核心是基于I2t理论和热记忆理论，采取软件实现反时限过流保护算法。软件策略如下：为了防止电流传感器采集过程的误差，因此需要对多次采样进行求均值，然后将该平均值用于算法实现。当电流均值小于额定电流时，并不需要进行热量累积，仅模拟散热过程，当电流均值大于额定电流时，软件开始进行热量累积计算，同时进行模拟散热过程。累积的热量乘以采样次数与热量阈值进行比较，当大于热量阈值时，则SSPC需迅速进行跳闸保护，若小于热量阈值则进入下一个采样周期进行下一轮热量累积计算。

一种处理方法，包括步骤一、对采集到的电流判断是否超出额定电流；

步骤二、判断否，则继续采集电流信号；判断是，则电流产生的热量进行积分；

步骤三，判断热量积分是否超过热量阈值；判断否，则继续积分；判断是，则查找热量阈值与跳闸时间对照表，发送关机指令。

固态功率控制器的额定电流为I0，过流保护阈值设置为1.5倍I0，关断保护阈值设置为4倍I0，1.5倍～4倍I0时关断时间符合I2T曲线，关断时间最长设置300ms，最短低于10ms，4倍I0及以上时，关断时间不超过30us。

热量阈值设置不高于MOS管的雪崩击穿能量的1/4，FPGA通过对多次通路采样电流进行求均值，当采样电流均值大于额定电流I0时，FPGA开始进行FPGA采用查找表的方式实现，首先将热量阈值与跳闸时间的对应关系存入处理器中，通过计算累积热量与表中的跳闸时间进行比较，从而确定是否具备关断条件。

若电流在1.5倍～4倍I

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。