智能固体低压直流电气接线盒的制作方法
【专利摘要】一种智能固体低压直流电气接线盒，采用固体电子开关，取代内置熔丝熔断器、继电器和开关，实现多输出支路低压直流电气接线盒内各个输出支路的安全用电及控制。接线盒内各支路电流分别取样送入放大器，进行模拟及CPU数字处理，各支路实现短路保护、大电流保护、长延时反时限保护，实现各支路电流显示、校正及故障电流记忆，其装配结构减小了连接电阻、实现大电流弱信号隔离，避免多路输出互扰及工作不稳定。它没有熔断器的缺点，可以制成固体密封结构，工作在恶劣的环境中。它内置的CPU可以实现自动恢复、远近距离数据传送及监控。
【专利说明】
智能固体低压直流电气接线盒
技术领域
[0001]本发明涉及一种汽车或其它特种车辆、船舶、特种机械、特殊场合使用的低压直流输入、多支路低压直流供电输出、各输出支路有保护熔断器、控制继电器或开关的直流电气接线盒(直流保险盒)，特别是智能固体低压直流电气接线盒。(本说明书内以下简称固体接线盒)
【背景技术】
[0002]现有直流电气接线盒内，每个供电支路供电过程提供电流保护使用的是熔断器，它是利用电热效应在大电流时高温熔化的金属熔丝，由于它采用机械机构完成电气连接。在长期使用过程中，电气连接金属材料的弹性疲劳及氧化使连接点电阻变大，连接性能变差；尤其是在各种恶劣的工作环境中，使用时间较长的电气接线盒的故障几率更大。它采用更换熔断后的金属熔丝实现供电过程熔断器的重复使用，金属熔丝属于消耗品，会增加供电电路后期维护费用。金属熔丝每年还会消耗大量的熔丝金属材料；每个支路还要另外配接用电操控开关或继电器，完成各个支路内部用电的接通及断开的操控；这些操控开关或者控制继电器由于长期工作在大电流开关状态，接点很容易烧毁，由于这些操控开关或者控制继电器也属于消耗品，也会增加供电电路后期维护费用；控制各个支路大电流操控开关位置的分布还会增加操控电路布线的复杂程度，也会增加导线使用量。
[0003]由于现有同类电气接线盒内各个供电支路金属熔丝熔断器正常及故障状态的电流不可见，使得用电故障不易检查排除，用电电器的工作状态在熔丝熔断之前无法预知，用电电器的工作状态在熔丝熔断时也没有记忆，增加了检修人员的工作难度。
[0004]使用金属熔丝熔断器还不能针对特定用电环境及某种用电器提供特殊的过流保护阀值及保护特性。
[0005]现有同类直流电气接线盒内的金属熔丝熔断器，国内外都有相应的标准，熔断器的反时限熔断特性及电压降特性在标准内有明确规定；例如QC/T 420-2004汽车用熔断器。现有能够实际使用的各种固体开关和固体过流保护器不同时具备金属熔丝熔断器的反时限熔断保护特性和在极限工作条件下的自我防损坏功能。不能替代现有金属熔丝熔断器。
【发明内容】
[0006]本发明采用多只MOS管并列安装，做为固体接线盒内各个支路主开关及保护元件，取代现有电气接线盒内的金属熔丝熔断器及大电流开关、继电器，实现全固体化的各个支路的控制及用电保护。通过对每个支路的电流单独取样，送入各个支路单独的运算放大器、比较器、CPU微处理器单独的ADC转换输入接口及另一个I/O输入输出接口，分别进行模拟及CPU数字处理后，再输出到光耦隔离驱动器，控制各个支路主开关MOS管的开闭，使各个供电输出支路都实现极限短路电流保护、大电流反时限保护、长延时反时限保护的三重过电流保护，使各个供电输出支路的反时限保护及电压降特性完全满足QC/T 420-2004汽车用熔断器标准的要求；并且实现各个支路都有故障电流显示记忆功能。
[0007]由于它没有机械电气连接机构，没有金属熔丝，完全克服了现有金属熔丝熔断器的缺点，比较现有直流电气接线盒还可以节省一只易损消耗品操控开关或者继电器。本发明可以制成固体全密封结构，可以工作在恶劣的环境中。由于它内置CPU，它的各种智能特点都可以由CPU程序的改变实现。
[0008]本发明的具体技术方案分三个种类:电路硬件技术方案(一、二、三)，CPU操作软硬件技术方案(四)，主开关MOS管功率元件装配结构技术方案(五)。
[0009]电路硬件有一、二两个技术方案，方案内容中的黑体字是两种方案的不同处。
[0010]—、电路硬件技术方案一:正电压控制供电输出型。
[0011]选择多只N沟道MOS管漏极并联安装，做为固体接线盒内各个支路主开关及保护元件。根据各支路保险电流的大小，选择N沟道MOS管的参数及对应型号，为了满足电流及功耗的要求，大电流输出的支路还可以多只N沟道MOS管并接。全部N沟道MOS管固定在导电金属板上，它们的漏极也由导电金属板连接在一起，导电金属板与总直流输入供电源的正极接通，导电金属板同时也为全部N沟道MOS管提供散热。各个支路用到的主开关及保护元件MOS管的源极就是该支路正极电压控制供电输出端。
[0012]技术方案一内所有的放大、比较、CPU电路的供电源的共地与总直流输入供电源的正极接通，放大、比较、CPU电路所需要的+5V电源及各个支路MOS管驱动器所需要的正电源，都由一个输出单一供电电压的、总的辅助电源提供。(以下简称辅助电源)
[0013]每个支路MOS管的驱动还要另外单独配接线性稳压器，每个支路单独配接的线性稳压器的共地分别是各个供电输出支路主开关MOS管的源极。
[0014]具体放大、比较、CPU电路方案见电路方案综述(三)。
[0015]二、电路硬件技术方案二:负电压控制供电输出型。
[0016]选择多只N沟道MOS管源极并联安装，做为固体接线盒内各个支路主开关及保护元件。根据各支路保险电流的大小，选择N沟道MOS管的参数及对应型号，为了满足电流及功耗的要求，大电流支路还可以多只N沟道MOS管并接。全部N沟道MOS管的源极连接在导电金属板上，N沟道MOS管的壳体与导电金属板隔离绝缘后固定在导电金属板上，导电金属板与总直流输入供电源的负极接通，导电金属板同时也为全部N沟道MOS管提供散热。各个支路用到的主开关及保护元件MOS管的漏极就是该支路负极电压控制供电输出端。
[0017]技术方案二内所有的放大、比较、CPU电路的供电源的共地，所有支路MOS管的驱动IC的共地，都与总直流输入供电源的负极接通。放大、比较、CPU电路的工作电源及所有支路MOS管驱动器的工作电源，都由一个单一输出供电电压的、总的辅助电源提供。(以下简称辅助电源)也可以直接由车内正极供电源降压提供。
[0018]三、电路硬件技术方案一、二内的放大、比较、CPU电路方案综述:
[0019]每个支路电流的单独取样有三种直流电流转换为信号电压的方法:
[0020]1，每个支路另外串接取样电阻取样:
[0021]2，每个支路另外配用霍尔电流传感器取样；
[0022]3，每个支路利用主开关MOS管导通时的沟道电阻做取样电阻取样；
[0023]本发明具体技术方案一、二中，都采用每个支路利用主开关MOS管导通时的沟道电阻做取样电阻取样的方法，将取样电阻上流过电流时得到的取样信号电压送入运算放大器放大，放大后的电压信号，一路输出经电阻分压后直接送到比较器执行高速比较处理，与该支路主回路串接的限流电阻及电感配合，实现输出短路时极限电流保护；另一路经电阻电容延时后，送到比较器执行较高速过流比较处理，实现大电流短延时反时限保护；两路输入电压信号与比较器另一个输入端设定的阀值电压比较后由比较器输出，实现逻辑过流保护输出。经电阻电容延时后的电压信号，还要输出到有ADC转换功能的CPU微处理器的ADC转换输入端，经A/D转换为数字信息后，进行数字数据的分析处理；与该供电支路预设的过电流保护值及预设的反时限保护特性进行比较、处理，处理后的反时限过流保护信息与CPU的其它开关操作控制信息一起，由CPU的另一个I/O端输出，与比较器的输出共同驱动隔离光親合器一次输入侧，光親合器输出端连接的MOS管驱动器驱动主开关MOS管，完成其中一个支路的过流保护或者开关操作控制。每个输出支路经由以上分别进行模拟及CPU数字处理的固体过流保险开关，其过流保护时的反时限保护及电压降特性完全满足汽车用熔断器标准和其它直流接线盒熔断器标准的要求，可以取代现有直流电气接线盒内的金属熔丝熔断器及控制继电器。
[0024]四、CPU操作软硬件技术方案:
[0025]比较器输出的过电流保护信息传送到CPU的硬件技术方案有2种:
[0026]1，将逻辑高速比较器输出的过电流保护信息直接输入到CPU为该支路保留的中断输入口、执行快速中断处理。
[0027]2，将CPU执行控制与保护信息输出的另一个I/O端口模式编程为输入模式，循环检测与该端口连接的比较器输出端，将比较器输出的过电流保护信息采集输入到CPU内。
[0028]各个供电支路比较器输出的过电流保护信息采集输入到CPU内，可以实现各个供电支路过流故障及主动操控信息的识别及记忆。进而实现各支路的故障电流数据的存储与显不O
[0029]根据不同接线盒用电情况的不同，可以灵活更改固体接线盒内的输出支路的数量及每个支路的保护参数。CPU在固体接线盒内是多支路共用的。完成以上功能需要保证每设置一个供电输出支路都要占用CPU —个ADC转换输入接口，还要占用一个I/O接口，该接口应该可以随时通过编程改变为准双向、开漏出入、推挽输出几种工作状态。为每个输出供电支路在CPU上保留一个开关操作接口。可以直接经各路开关实现各支路的操控，每个CPU上，还要保留一个各个支路共用的实现电流校准及工作显示的转换开关控制I/O接口。
[0030]固体接线盒内实现各个支路适时保护功能的CPU可以是一个或者多个；除了它们夕卜，接线盒内或者盒外还要设置一个总的主控CPU，负责与各支路适时保护功能的CPU的通讯联系，显示、操控各个支路开关状态，读出、显示、查询各个支路的故障信息及电流数据。实现各个供电支路数据的记忆、校正、传送。主控CPU可以代替各开关实现对各支路的操控。
[0031]由于固体接线盒内没有机械电气连接机构，没有金属熔丝，没有继电器，完全克服了现有车用中央电气接线盒的缺点；本发明专利方案内所采用的三重比较阀保护策略可以避免应急状态下CPU应急处理资源不足的冲突，保证各个支路能够即时处理各种用电故障。
[0032]本发明可以制成全密封结构，可以工作在非常恶劣的环境中。它内附的CPU可以由程序的改变实现各种智能特点。固体接线盒可以节省所有大电流操控开关和继电器，实现全固体无触点。
[0033]五、主开关N沟道MOS管功率元件装配结构技术方案:
[0034]本发明是将各个输出支路的MOS开关管，立装固定在同样立装的总供电输入金属汇流排上；在立装金属汇流排的下端，对应每个MOS开关管的供电输入管脚的位置，设置可焊连接脚；每个MOS开关管的供电输入管脚与金属汇流排可焊连接脚连接，实现汇流排的输入供电与散热功能；在需要扩大电流输出的供电输出支路，采用多排前后立装的金属汇流排、及其每排上前后对应固定的并联连接的MOS开关管，组合成一个大电流供电输出支路，减少接线盒内输入输出的连接导线及电阻。金属汇流排做成壳体侧边或围框形式，各个输出支路输出连接端，排列在壳体侧边的外侧或围框两边的外侧，使各支路供电输出清楚、明了，方便连接；所有支路电流数据的采集及弱电信号处理电路，都安装在壳体侧边的内侧或围框两边的内侧，将大电流电路与弱电电路彻底分开，避免了对弱电信号的干扰；也彻底排除了各个输出支路对另外支路电流信号的相互干扰，保证各个直流供电输出支路工作稳定。
【附图说明】
[0035]图1:是正电压输出型固体接线盒内其中一个支路电路图
[0036]图2:是图1中MOS管驱动IC供电稳压器29的实用电路图
[0037]图3:是采用I只CPU 19控制4个支路正电压控制输出的电路接线示意图
[0038]图4:是采用I只CPU 19控制4个支路负电压控制输出的电路接线示意图
[0039]图5:是负电压输出型固体接线盒内其中一个支路电路图
[0040]图6:是固体接线盒内多个CPU配合关系图
[0041]图7:是固体接线盒内CPU工作流程图
[0042]图8:是固体接线盒内CPU采用“查表法”积累定时实现反时限特性的流程图
[0043]图9:是8路正电压输出型固体接线盒内主开关MOS管装配结构示意图
[0044]图10:是8路负电压输出型固体接线盒内主开关MOS管装配结构示意图
[0045]图中:1、主开关N沟道MOS管，2、放大倍数调整电阻，3、补偿电阻，4、电流取样放大器，5、放大器反馈电阻，6、放大器反馈电容，7、分压电阻，8、分压电阻，9、隔离二极管，10、延时电阻，11、延时电容，12、隔离电阻，13、比较器，14、分压电阻，15、分压电阻，16、161、162、163各支路断开指示灯，17、限流电阻，18、限流电阻，19、CPU微处理器，20、201、202、203CPUI/O 口，21、211、212、213CPU 带 ADC 转换功能的 I/O 口，22、221、222、223CPU I/O 口，23、231、232,233各个支路操控开关，24、M0S管驱动储能电容，25、M0S管驱动IC电平上拉电阻，26、MOS管驱动1C，27、放大、比较及CPU供电正电源端，28、总辅助供电正电源端，29、MOS管驱动稳压器，291、稳压器29内限流电阻，292、三极管295漏电旁路电阻，293、稳压管296限流电阻，294、稳压输出二极管，295、稳压驱动二极管，296、稳压管，297、稳压滤波电容，298、稳压器29的V+输出端，30、隔离驱动光耦，31、总直流输入供电源，32、接线盒内模拟数字电路共地，320、321、322、323金属汇流排，326、327连接金属汇流排MOS管I的管脚，33、331、332、333、334、335、336、337各支路主开关MOS管输出接点，34、、341、342、343各输出支路总阻，35、351、352、353各输出支路总电感，36、361、362、363各支路供电输出端，37、电流取样限流电阻，38、总直流输入及各支路供电输出共用极，39、391、392、393、图3中表示一个支路内如图1的电路，40、41、CPU 19与主控CPU 46的通讯口，42、校正、工作转换开关，43、开关42的输入接口，44、控制电路总辅助供电源，45、放大、比较及CPU供电三端稳压器，46、主控CPU，47、主控CPU显示及操控终端，48、481、482、483、图4中表示一个支路内如图6的电路，61、MOS管I的栅极，62、MOS管I的漏极，63、MOS管I的源极，64、绝缘垫片，65、与金属汇流排绝缘的连接导线，66、金属汇流排与电路板连接的焊针焊点。
【具体实施方式】
[0046]本发明的【具体实施方式】分三个种类:电路硬件【具体实施方式】，CPU操作软件【具体实施方式】，主开关元件MOS管装配结构【具体实施方式】。
[0047]—:电路硬件技术方案一的电路硬件【具体实施方式】I
[0048]具体电路实施方式1，是正电压控制输出型固体接线盒，图1是其中一个支路的电路图；图2是正电压控制输出型电气接线盒内，其中一个支路MOS管I驱动IC26的供电稳压器29的内部电路图；图3是采用I只CPU 19控制4个支路正电压控制输出的电路接线示意图；CPU 19采用宏晶STC15F2K系列或满足功能要求的其它单片机。
[0049]本实施方式中，每个供电支路的主开关功率元件都采用N沟道MOS管1，每个支路N沟道MOS管可以是I只，也可以多只并接做为一个供电输出支路使用，全部固体接线盒主开关N沟道MOS管I的漏极都与总直流输入供电源31的正极32连接，每个供电支路的N沟道MOS管I的源极，都经过限流电阻34、电感35 (包含各个供电支路主回路系统总阻及导线分布电感)连接各个供电支路的输出端36。
[0050]图1中，供电输出的电流取样电阻由本支路主开关N沟道MOS管I导通时的沟道电阻代用，取样接点33的电流取样信号经限流电阻2及串接的热敏电阻3接入放大器4(SGM8652等)的反相输入端，放大器4的同相输入端，连接该支路电流取样信号零电位端32，当该支路输出电流过大、放大器4输出电压过高时，放大器4的输出电压，经过电阻10及电容11延时后送到CPU 19的ADC转换输入端口 21，又经过电阻12与二极管9组成的或输入送到比较器13 (SGM8652等)的反相输入端，由于二极管9正极连接放大器输出经过分压电阻7与分压电阻8分压后的输出电压没有延时环节，保证输出短路情况下不经过延时直接触发比较器13，实现极限电流速动保护；由于电流信号放大器4的输出电压，经过延时电阻10与延时电容11后，传送到比较器13反相输入端的电压信号具有反时限延时特性，实现了比较器13的大电流短延时反时限过流保护。比较器13的同相输入端连接电阻15、14分压器设定的比较阀值电压。当比较器13反相输入端的电流信号电压高于比较阀值电压时，比较器13输出“O”电压；光耦合器30的一次侧流过经由:V+电源输出端27—LED断开指示灯16-限流电阻17-光耦合器30的一次侧一限流电阻18-比较器13输出端的驱动电流，使光耦合器30的二次侧导通，将MOS管同相驱动IC 26 (屹晶EG3001等)的输入端接地，使连接主开关N沟道MOS管I控制栅极的驱动IC 26的输出端输出“0”，关闭主开关N沟道MOS管I ;
[0051]固体接线盒内每个供电输出支路主回路极限电流限制总电阻34、瞬动电流抑制电感36的选择要根据每个供电支路的主开关MOS管的技术参数及各个供电支路不同的技术要求分别确定。各个供电输出支路主回路内的限流总电阻34及电感35，(包含各个供电支路主回路系统总阻及导线分布电感)配合高速保护控制输出，实现由比较器逻辑控制的输出短路极限电流速动保护及大电流短延时反时限保护。
[0052]各个支路主开关MOS管I导通时沟道电阻的温度变化，会影响各个支路过流保护阀值的准确性，各个支路采用正温度系数热敏电阻3，分别改变每个供电输出支路的电流取样运算放大器4的放大倍数进行补偿。
[0053]CPU 19的ADC转换输入接口 21，连接在延时电容11上，对电流信号放大器4的输出电压采样转换，实现该支路输出电流的数据采集，采集到的电流数据，与CPU 19内预存的保护电流动作数据及查表得到的反时限保护特性进行比较处理后，由CPU I/O 口 20输出控制信号，对该供电支路实施保护控制。
[0054]CPU 19的I/O 口 20通过编程分别实现三种控制输出输入状态，正常工作时I/O 口20编程设置为开漏输出输入，当I/O 口 20输出关闭该支路的驱动信息“O”时，与比较器输出端连接的限流电阻18形成对光耦合器30的”与”驱动，实现比较器、CPU各自独立的电流保护功能，另外又可以经电阻18接收比较器13输出的信息，借以实现CPU的其它功能。
[0055]需要手动或自动打开、恢复该支路供电输出时，I/O 口 20编程设置为推挽输出，I/O 口 20输出高电平”1”，强制关闭光耦合器30—次侧的电流，使光耦合器30 二次侧不导通，连接在驱动稳压器29输出端298的上拉电阻25使驱动IC 26的输入为“ I”，使其输出端连接主开关MOS管I的栅极为高电平，打开主开关MOS管1，实现该支路供电输出。
[0056]图2是图1中稳压电源29的内部电路图:接在辅助电源正极供电端28的限流电阻293流过稳压管296电流得到的稳压电压，接入由NPN管295与PNP管294组成的互补跟随器的基极输入端，由于稳压管296另一端连接在MOS管源极33上，其输出298输出相对于MOS管源极的稳压电压，为驱动IC 26供电；稳压电源29内，电阻291限制稳压电源29的最大输出电流，电阻292防止三极管295漏电产生高电压输出，电容297的储能，可以提高稳压电源29的瞬时大电流输出。在正电压输出型固体接线盒内，每个供电支路都配置一个稳压电源29，它仅提供单一支路MOS管I驱动IC 26的供电，每个支路稳压电源29的共地端，与每个供电输出支路MOS管I的源极输出接点33连接；并联连接在驱动IC 26正负供电端的储能电容24，保证驱动IC 26开通或关闭MOS管I的过程提供瞬时大电流。
[0057]图3是采用I只CPU 19控制四路正供电输出的电路示意图，四个供电输出支路中串接的39、391、392、393的内部电路如图1所示，控制电路的共地32是总直流输入供电源31的正电极；图3中33、331、332、333是四个供电输出支路主开关N沟道MOS管的源极，也是各个支路主开关MOS管各个驱动IC的共地端；34、35、341、351、342、352、343、353是四个供电输出支路的回路总阻及总电感；图3中四个供电输出支路的正电压输出端分别是36、361、362、363，各个输出支路的共用负极是总直流输入供电源31的负电极38。
[0058]图3中，单一 12V?15V电压输出的辅助电源44负责对固体接线盒内全部控制电路供电，它的负极与车内全部控制电路的共地32连接，输出端28是+12V?+15V电压输出，它可以由专用开关电源产生，也可以采用独立的小功率电池组；固体接线盒内中央CPU及所有支路的CPU、放大器、比较器的供电由+5V输出的三端稳压器(LM7805等)45提供，输出端27是+5V电压输出端。
[0059]图3中，16、161、162、163分别是各支路的关闭指示灯；CPU 19的I/0接口 20、201、202、203分别与四个正供电输出支路的控制电路(如图1)中的电阻18连接，CPU 19带有ADC转换功能的I/O接口 21、211、212、213分别与四个正供电输出支路的控制电路(如图I)中的电容11连接，CPU 19的I/O接口 22、221、222、223分别连接各支路的操作按钮开关23、231、232、233 ；
[0060]图5是是固体接线盒内多个CPU配合关系图，执行保护控制的CPU 19、CPU 191、CPU 192的I/O接口 43、431、432连接的开关42，实现电流校准及正常工作转换；执行保护控制CPU的通讯接口 40、41，401、411，402、412都连接固体接线盒内的主控CPU 46对应的通讯接口，实现多CPU信息的传送。
[0061]也可以经由主控CPU 46及其连接的显示、操控终端47对每个供电支路进行其它显示、监视、保护与控制。固体接线盒内保护控制CPU 19可以是多支路共用，也可以是一个支路配用I只CPU，固体接线盒内CPU的数量可以是一个或者多个。
[0062]二:电路硬件技术方案二的电路硬件【具体实施方式】2
[0063]具体电路实施方式2，是负电压控制输出型固体接线盒，图6是其中一个支路的电路图，图4是采用I只CPU 19控制4个支路负电压控制输出的电路接线示意图。
[0064]以下仅说明与电路硬件【具体实施方式】I的不同之处
[0065]图6中，输出电流的取样电阻仍然由本支路主开关N沟道MOS管导通时的沟道电阻代用，电流取样点33的电流取样信号经限流电阻37送入放大器4的同相输入端，电流取样信号放大器4的反相输入端经电阻2与补偿热敏电阻3串接后接地；所有放大、比较、CPU控制电路电源的共地端及所有支路MOS管的驱动IC的共地端32，都与总直流输入供电源31的负极接通。所有支路MOS管驱动IC 26正供电输入直接连接辅助电源44的正供电输出端28。
[0066]图4中，四个供电输出支路中串接的48、481、482、483的内部电路如图6所示，接线盒内全部固体开关N沟道MOS管I的源极都连接在导电金属板上，N沟开关MOS管的壳体与导电金属板实施隔离绝缘后固定在导电金属板上，导电金属板与总直流输入供电源31的负极32连接，导电金属板同时也为全部N沟道MOS管提供散热。每个供电支路的N沟道MOS管I的漏极33、331、332、333，都经过限流总阻34、341、342、343与电感35、351、352、353(包含各个供电支路主回路系统总阻及导线分布电感)连接各个支路负极电压供电输出端36、361、362、363。各个输出支路的共用正极是总直流输入供电源31的正电极38。
[0067]接线盒内主控CPU 46及所有支路的CPU 19、放大器4、比较器13的供电都由+5V输出的三端稳压器(LM7805)45提供，输出端27是+5V电压输出端。
[0068]其它具体电路实施方式及CPU操作软件实施方式都与电路硬件【具体实施方式】I相同。
[0069]三、CPU操作软件实施方式
[0070]图7是图3、图4电路中CPU 19程序的流程图。
[0071]UCPU 19上电后，经初始化，首先检测连接I/O 口 43的开关42的状态，如果开关42接通，执行保护电流校正程序。
[0072]1.1、顺序打开供电输出支路39、391、392、393，在各个供电输出支路输出端36、361、362、363接入能够实现各个支路额定校正电流的设定电阻，搜索连接I/O脚22、221、222,223 口的按钮开关23、231、232、233的状态。
[0073]1.2、分别对按下按钮的支路执行电流数据采集，将采集到的数据与该支路预设额定电流数据执行除法运算，求出实际电流的校正系数，然后将各个支路的预设额定电流数据及各个支路的校正系数都存入CPU 19的片内EEPROM中。
[0074]2、程序返回检查开关42状态的入侧，关闭开关42，可以执行正常工作程序。
[0075]2.1读出并且保存存储在CPU 19的EEPROM内的各个支路的数据及状态信息:1、读出各支路保护电流的额定值，2、读出保护电流额定值的校正系数，3、读出各支路的上电初始开关状态信息，按照各个支路的上电初始开关状态信息，关闭或者打开各个输出供电支路。
[0076]2.2、发出对固体接线盒内主控CPU的中断请求，完成与主控CPU的通讯并接收指令。
[0077]2.3、顺序检测 CPU 19 的 I/O P 22、221、222、223 连接的按钮开关 23、231、232、233的操作指令。
[0078]2.4、依据上述2.2,2.3条收到的指令，CPU 19执行相对应的操作，并且将需要记忆的信息写入片内EEPROM内。
[0079]2.5、经由ADC转换输入脚21完成输出供电支路39的电流数据采集，采集数据后，采用“查表法”积累定时参数，实现长延时反时限过流保护。具体流程图见图8，
[0080]图8 中，
[0081]2.5，1、对输出供电支路39执行单次电流数据ADC转换，并且将采集到的单次电流数据保存。
[0082]2.5.2、逐次将采集到的电流数据叠加保存。识别电流数据采集次数标记，不是第A次采集，本程序段结束，跳转到下一个支路391的采集。
[0083]2.5.3、满足A次电流数据采集条件后，将电流数据叠加总和除A，得到A次电流平均值，保存A次电流数据平均值及A次电流数据叠加总和，清除A次电流数据采集标记。
[0084]2.5.4、输出供电支路39的A次电流数据平均值与额定电流数据比较，如果大于额定保护电流值，A次电流数据叠加的总和除以额定保护电流值，其商的整数做为反时限延时数据的查表地址，查表得到准确的反时限延时加计数时间数据。如果小于额定保护电流值，A次电流数据叠加的总和除以额定保护电流值，其商的整数做为反时限延时数据的查表地址，查表得到准确的反时限延时减计数时间数据。
[0085]2.5.5、上述查表得到的加减计数值对同一个累计计数器进行加减运算，每A次采集进行一次运算，每次运算后将代表熔丝熔断特性的累计计数器与预设定的定时参数比较，当过流电流保护的累加数超过预设定的定时参数后，执行过流保护控制输出，反时限定时结束。
[0086]2.5.5、反时限延时定时结束后，执行关闭输出供电支路39的保护操作，实现输出供电支路39的长延时反时限过流保护。CPU 19还要将输出供电支路39的保护信息及过流保护时的电流数据保存，并且在后面与主控CPU通讯的过程中将输出供电支路39的保护信息及过流保护时的电流数据及校正系数传送给主控CPU 46，利于主控CPU数据显示、处理。
[0087]2.6、按照图8中的流程，如上述2.5条，顺次执行供电输出支路391、392、393的数据采集，完成各个被控制供电输出支路的反时限过流保护处理。
[0088]2.7、各支路每次循环采集电流数据后，都要检测CPU 19的I/O 口 20、201、202、203的状态，判定各个对应的支路有没有发生逻辑比较器过流保护，当程序运行到与主控CPU通讯时，将各个输出供电支路的保护信息及正常工作或过流保护时的电流数据传送给主控CPU。接收主控CPU指令，通过主控CPU 46实现各个供电输出支路开关状态的操控及数据显不O
[0089]固体接线盒内置的CPU还可以通过程序变化实现各种情况下的自动恢复、远近距离的操作控制，也可以实现工作过程及工作电流参数的存储和记忆、远距离数据传送及监控。
[0090]四、主开关元件MOS管装配结构实施方式:
[0091]图9是8路正电压控制输出型固体接线盒内主开关N沟道MOS管装配结构示意图，
[0092]图9是从PCB板元件面看入的俯视图；与总直流输入供电源的正极连通的金属汇流排320、321、322、323上，固定了所有供电输出支路的主开关N沟道MOS管I，它们都立装在PCB板的元件面，所有MOS管的壳体与金属汇流排320、321、322、323连接的方法可以是锁紧连接，或焊接、粘接；在对应MOS管I的漏极管脚326的位置，立装汇流排的下端有可以焊接在PCB板上的可焊连接脚66，所有MOS管的漏极管脚326，都通过PCB板焊点66与金属汇流排320、321、322、323接通。图9中，固定在汇流排320上供电输出支路334、335、336、337的MOS管I是单排排列安装；另一个供电输出支路333是前后立装的汇流排321、322、323与3只并联MOS管I组成的MOS管并联固体开关组合；下余供电输出支路33、331、332是前后立装的汇流排322、323与2只并联MOS管I组成的MOS管并联固体开关组合；立装的金属汇流排320、321、322、323的厚度与长度不限，金属汇流排上安装输出供电支路的数量不限；每个供电输出支路并联MOS管及其锁定一起的汇流排前后立装的排数依据需要确定。图9中，同一个供电输出支路并联的MOS管的源极63通过PCB板另一面与金属汇流排
320、321、322、323绝缘的连通导线65连接在一起，并且连接在各个正极供电输出支路的输出连接端33、331、332、333、334、335、336、337上，实现各个支路正极输出供电连接。同一个供电输出支路的MOS管的栅极61也通过PCB板另一面的连通导线连65接在一起，实现多只MOS管的共同驱动开闭。各个支路输出电流的取样接点是临近图9中部空白区域的各个支路MOS管的源极接脚63，图9中部空白区域用于安装固体接线盒内的其它的电路及元件。
[0093]图10:是8路负电压控制输出型固体接线盒内主开关N沟道MOS管装配结构示意图，也是从PCB板元件面看入的俯视图。下面仅说明负电压输出型与正电压输出型装配结构示意图的差别。
[0094]金属汇流排320、321、322、323与总直流输入供电源的负极连通，所有主开关N沟道MOS管壳体必须经过隔离绝缘片9与金属汇流排320、321、322、323锁紧连接，在对应MOS管的源极管脚327的位置，立装汇流排下端有可以焊接在PCB板上的可焊连接脚66，所有MOS管的源极管脚327都通过PCB板焊点66与金属汇流排320、321、322、323连接。图10中各个供电输出支路的主开关N沟道MOS管的漏极62通过PCB板另一面与金属汇流排320、
321、322、323绝缘的连通导线65连接在一起，并且连接在各个负极供电输出支路的输出连接端33、331、332、333、334、335、336、337上，实现各个支路负极输出供电连接。各个支路输出电流的取样接点是临近图2中部空白区域的各个支路MOS管的漏极接脚62，图10中部空白区域用于安装固体接线盒内的其它的电路及元件。
【主权项】
1.一种固体操控开关，用于低压直流供电输出的保护与操控；每一路采用固体操控开关的供电输出支路，都有各自独立的电流取样电路、电流信号放大器(4)、放大倍数调整电阻(2+3、5)、短路电流速动电路(7、8、9)、比较器(13)、CPU(19)、CPU(19)具有ADC转换功能的数据采集接口(21)、CPU(19)接收速动信号及实现操控输出的输出输入控制接口(20)、CPU(19)设置预存该供电输出支路过流保护阀值参数及过流延时特性参数，CPU(19)针对该供电输出支路的程序、MOS管固体开关驱动电路、MOS管固体开关(I);电流取样电路获取的电流取样信号送入电流信号放大器(4)、由电阻(2+3、5)决定放大倍数，放大器(4)输出的信号电压经短路电流速动电路(7、8、9)送入比较器(13)的比较输入端，还送入CPU(19)具有ADC转换功能的数据采集接口(21)，比较器(13)的输出与CPU(19)的输出输入控制接口(20)，实现比较器逻辑速动输出或CPU中断速动输出，结合CPU (19)程序运行处理后的控制及保护输出，共同经由MOS管固体开关驱动电路，驱动供电输出支路的MOS管固体开关(I)，配合支路回路总阻和总电感，代替金属熔丝熔断器及操控开关或继电器，实现可以恢复的短路电流保护及具有CPU(19)内预存的延时保护特性的过流保护。2.根据权利要求1所述特征，3个以上供电输出支路采用固体操控开关供电输出；制成多路输出低压直流电气接线盒。3.根据权利要求1、2所述特征，采用固体揉控开关的多路输出低压直流电气接线盒是车用固体电气接线盒。4.根据权利要求1、2所述特征，采用固体操控开关的多路输出低压直流电气接线盒是船用固体电气接线盒。5.根据权利要求1、2所述特征，采用固体操控开关的多路输出低压直流电气接线盒是防爆用固体电气接线盒。6.根据权利要求1、2.、3、4、5所述特征，多路低压直流输出电气接线盒内所有采用固体操控开关的输出供电支路的直流电流信号采集是采用各个输出支路MOS管固体开关(I)导通时的沟道电阻做为电流信号采样电阻，采集到的电流信号就是MOS管固体开关(I)导通时的电压降。7.根据权利要求1、2.、3、4、5所述特征，多路低压直流输出电气接线盒内所有采用固体操控开关的输出供电支路的直流电流信号采集是采用各个输出支路主回路另外串接的取样电阻做为电流信号取样电阻，采集到的电流信号就是取样电阻两端的电压降。8.根据权利要求1、2.、3、4、5、6、7所述特征，CPU(19)的输出输入控制接口(20)与比较器(13)的输出，共同实现本供电输出支路操控通断、故障通断信息的记忆，CPU(19)的数据采集接口(21)采集到的电流数据，实现正常工作电流及故障电流的记忆；CPU(19)设置对主控CPU(46)的通讯接口(40、41)，在电气接线盒内外适合的地方，另外增加主控CPU (46)及主控CPU (46)配用的显示及操控终端(47)，通过两只CPU程序及数据传送，实现固体开关多路输出低压直流电气接线盒内各个输出供电支路的保护电流校正、显示，故障电流记忆、读出、查询，实现各个支路输出供电信息的操控、传输功能。9.根据权利要求1、2.、3、4、5、6、7、8所述特征，多供电输出支路的安装结构是，立装的总供电输入金属汇流排(320)的下端，设置可焊连接脚(66)，各个输出支路的MOS开关管1，立装并排固定在金属汇流排(320)上，每个输出支路MOS开关管I供电输入管脚(326或327)连接￠6)接通金属汇流排；各个供电输出支路的输出连接端(334、335、336、337)，排列于金属汇流排的外侧，所有支路弱电信号处理电路，都安装在金属汇流排的内侧。10.根据权利要求1、2.、3、4、5、6、7、8、9所述特征，采用多排前后立装连接一体的金属汇流排(321、322、323)，与每排上固定的前后对应并联连接的MOS开关管，实现多只MOS开关管并联供电输出，该支路所有MOS开关管的供电输入管脚(326或327)都通过连接(66)与金属汇流排接通。
【文档编号】H01R13/66GK105896193SQ201410854166
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月22日
【发明人】刘复民
【申请人】刘复民