密封直流固态功率控制器的制作方法

本发明属于控制器制造技术领域，具体涉及一种密封直流固态功率控制器。

背景技术：

目前，我国飞机电气系统仍采用传统的常规配电方式，随着航空技术的迅速发展，传统的机电式配电系统在智能化、可靠性等方面已不能满足大规模分布式配电系统的需要，采用模块化固态配电技术是当前的发展趋势。固态功率控制器是集固态继电器的转换功能和断路器的电路保护功能于一体的智能开关设备。它不仅可以根据任务的需求实现对负载的通断控制，而且在负载或配电线路出现过流或短路等故障时可以迅速断开发生故障的负载电路部分，以实现电源的不中断供电，并为电源和配电系统提供全面保护。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题：设计一种密封直流固态功率控制器，用于接通或断开电路，实现电路保护和接受前级计算机的控制信号并报告其状态信息。它具有体积小、集成度高、寿命长、可靠性高等特点，可与管理中心进行通讯，实现计算机远程智能化控制等优点。

本实用新型的技术解决方案：一种密封直流固态功率控制器，包括盖板和外壳，所述外壳的左侧板上固定有两个输出端子，右侧板上固定有偏置输入端子、控制输入端子、状态指示端子、跳闸指示端子；所述外壳底部的电路板上设有DC-DC电源电路、控制及隔离电路、逻辑控制电路、MOS驱动电路、电流检测电路及场效应管芯片；所述输出端子接场效应管芯片的输出端，偏置输入端子接DC-DC电源电路的输入端，DC-DC电源电路的输出端通过电路板为所述电路供电；所述控制输入端子接控制及隔离电路的信号端，控制及隔离电路的第一输出端接逻辑控制电路的第一输入端，逻辑控制电路的第一输出端接MOS驱动电路的输入端，逻辑控制电路的第二输出端接控制及隔离电路的输入端，控制及隔离电路的第二、第三输出端分别接状态指示端子和跳闸指示端子；所述MOS驱动电路的输出端接场效应管芯片的控制端；所述电流检测电路的输入端接场效应管芯片的输出端，电流检测电路的输出端接逻辑控制电路的第二输入端。

所述逻辑控制电路采用单片机实现电路的逻辑运算。

所述效应管芯片通过陶瓷覆铜板直接焊接在外壳的底部。

本实用新型与现有技术相比具有的优点和效果：

1、本实用新型内部采用单层结构设计，功率场效应管芯片通过陶瓷覆铜板焊接在壳体底部，便于功率器件散热。

2、本实用新型采用场效应管芯片输出，无活动部件，能快速接通和断开电路，且不产生电弧，没有机械磨损和电磨损，故障率低，可靠性好。

3、本实用新型采用单片机实现电路的逻辑运算，以软件代替部分硬件，使电路简单化、集成化，提高产品可靠性。

4、本实用新型设有内部电源，可为内部器件及反馈信号处理电路稳定供电，保证功率控制器稳定可靠工作。

5、本实用新型保护区域分为可不跳闸区域、I²t反时限保护区域和立即保护区域，I²t反时限保护采用积分算法实现，控制器可根据负载的不同情况作出最利于保护线路的动作反应。

6、本实用新型可与管理中心进行状态信息交换，可以接受管理中心的控制指令并向其反馈自身的工作状态。

附图说明

图1为本实用新型的外形图；

图2为本实用新型的内部结构图；

图3为本实用新型电原理框图；

具体实施方式

结合附图1、2、3描述本实用新型的一种实施例。

一种密封直流固态功率控制器，包括盖板(1)和外壳(2)，所述外壳(2)的左侧板上固定有两个输出端子(3)，右侧板上固定有偏置输入端子(4)、控制输入端子(5)、状态指示端子(6)、跳闸指示端子(7)；所述外壳(2)底部的电路板上设有DC-DC电源电路、控制及隔离电路、逻辑控制电路、MOS驱动电路、电流检测电路及场效应管芯片；所述输出端子(3)接场效应管芯片的输出端，偏置输入端子(4)接DC-DC电源电路的输入端，DC-DC电源电路的输出端通过电路板为所述电路供电；所述控制输入端子(5)接控制及隔离电路的信号端，控制及隔离电路的第一输出端接逻辑控制电路的第一输入端，逻辑控制电路的第一输出端接MOS驱动电路的输入端，逻辑控制电路的第二输出端接控制及隔离电路的输入端，控制及隔离电路的第二、第三输出端分别接状态指示端子(6)和跳闸指示端子(7)；所述MOS驱动电路的输出端接场效应管芯片的控制端；所述电流检测电路的输入端接场效应管芯片的输出端，电流检测电路的输出端接逻辑控制电路的第二输入端。

所述逻辑控制电路采用单片机实现电路的逻辑运算。所述效应管芯片(8)通过陶瓷覆铜板(9)直接焊接在外壳(2)的底部。

工作原理：

①偏置端加5Vd.c.偏置电源，经电源变换电路产生±9Vd.c.和+5Vd.c.电压为电路各部分供电。控制器输出不动作，状态指示和跳闸指示端为低电平。

②控制端加控制接通电压，信号经控制与隔离电路，逻辑控制电路中单片机RC0口检测到高电平，通过内部逻辑运算，单片机的RC2口输出高电平，接入MOS驱动电路中功率驱动器的输入端，触发功率驱动器导通，功率驱动器输出端输出9Vd.c.的电压，接入场效应管的G极，触发场效应管导通，控制器的输出端导通。同时，单片机的RC4口输出高电平，经控制与隔离电路，状态指示端输出高电平；单片机的RC5口输出低电平，跳闸指示端为低电平。

③通过电流检测电路，将输出电流转换为一对应的电压信号，接入逻辑控制电路中单片机的RAO口。

④当单片机的RA0口检测到的电压信号符合短路跳闸范围时，单片机的RC2口输出低电平，使功率驱动器关断，场效应管关断，控制器的输出端关断。同时，单片机的RC5口输出高电平，经控制与隔离电路，跳闸指示端输出高电平；单片机的RC4口输出低电平，状态指示端输出低电平。

⑤当单片机的RA0口检测到的电压信号符合I²t反时限保护范围时，通过单片机内部程序进行运算和延时，延时时间结束后，单片机的RC2口输出低电平，使功率驱动器关断，场效应管关断，控制器的输出端关断。同时，延时结束后，单片机RC5口输出高电平，跳闸指示端输出高电平；单片机的RC4口输出低电平，状态指示端为低电平。

⑥输出跳闸后，当控制端掉电时，单片机RC0口检测到低电平信号，通过单片机内部程序对单片机进行复位，控制器回到初始状态，即控制器输出端不导通，状态指示和跳闸指示均为低电平。

控制器采取积分的算法实现I²t反时限状态保护功能。设定I²t为一常值，程序初始时，将一参数SV3值设为I²t，在积分算法中我们设定一个周期为Δt的循环，在循环开始时测得当前电流值I₁，计算该电流值I₁对应I₁²Δt的数值,用I²t减去Δt时间内的焦耳微分值,并将该结果保存为参数SV3,如SV3小于等于零则循环结束，如大于零则继续循环,第二次循环开始时，再次测得电流值I₂，计算该电流值I₂对应的I₂²Δt的数值，用前一次保存的SV3值减去I₁²Δt的运算，并将数值继续保存为SV3，如SV3小于等于零则循环结束，如大于零则继续重复上述循环。算法表达式如下

I²t-I₁²Δt-I₂²Δt-I₃²Δt-I₄²Δt-I₅²Δt-I₆²Δt-……I_n²Δt≤0

从该表达式可以得知，当I为I_n时，该表达式成立，循环结束,此时程序共循环时间为nΔt，即反时限保护时间。上述积分算法的意义即规定焦耳积分值为一定值，电流在Δt时间段内，输出电流I累积的焦耳积分值大于规定值时，控制器进行保护(跳闸)，输出对应的跳闸信号。这种算法可根据负载电流的变化确定延时保护时间，更加合理和有利于负载电路保护。