一种新型28V军用固态功率继电器的制作方法

本发明涉及航空机载电子设备技术领域，尤其涉及军用固态功率继电器，具体的说，是一种新型28v军用固态功率继电器。

背景技术：

现有技术中，民用固态功率继电器通常采用是以小的控制信号隔离控制220v交流市电进行开关，而直升机上直流电源为28v，无法直接沿用。部分厂家在民用固态功率继电器基础上，通过更换驱动电路和功率开关，以简单适应军用直升机上开关控制直流28v的需求，如附图1所示，民用固态功率继电器基础上该改进的军用固态继电器只具备基本的开通/关断能力，无法在用电环境复杂的直升机上直接可靠使用，存在如下问题：1)当控制电压下降至功率开关的驱动临界点时，功率开关处于开通/关断临界状态，此时功率开关带负载时会急剧发热甚至烧毁；2)当直升机在进行转电工作时，控制端无法维持转电过程，导致被控负载异常掉电；3)直升机用电系统存在80v电压浪涌，控制端无法在此电压浪涌条件下可靠工作甚至烧毁；4)控制端电压在开通/关断电压为一个电压点，在临界点上会导致功率开关来回接通/关断，损害用电设备。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型28v军用固态功率继电器，用于解决现有技术中民用固态功率继电器基础上改进的军用固态继电器只具备基本的开通/关断能力，无法在用电环境复杂的直升机上直接可靠使用的问题。

本发明通过下述技术方案解决上述问题：

一种新型28v军用固态功率继电器，包括瞬态抑制模块、储能模块、电压回滞模块、快速开关模块、微型隔离驱动模块和双向功率模块组成，其中：

瞬态抑制模块，与控制信号连接，用于在控制信号存在高压时，进行电压抑制和电流限制；

储能模块，与所述瞬态抑制模块连接，用于进行电压储能或放电；

控制输入及电压回滞模块，与所述储能模块连接，用于控制输入以及实现预设的电压回滞区间；

快速开关模块，用于根据电压回滞模块的输出信号开启或关断对后级电路的输出；

微型隔离驱动模块，与所述快速开关模块的输出端连接，用于驱动双向功率模块；

双向功率模块，其输入端与所述微型隔离驱动模块的输出端连接，其输出端作为功率继电器的输入/输出端。

本发明在控制输入及电压回滞模块前端设置瞬态抑制模块和储能模块，瞬态抑制模块在输入存在高压情况下，进行电压抑制和电流限流，放置后级电路损坏；储能模块在输入端有电时进行电压储能，在输入端无电时，对后级电路进行供电。瞬态抑制模块和储能模块在抑制电压浪涌的同时，在转电过程中将控制输入及电压回滞模块维持50ms以上不断电，满足军用用电设备电源特性的需求。控制输入及电压回滞模块在降低整体功耗的同时，电压回滞区间保证了电压开通/关断特性，以及防止直升机上电源微小波动造成固态功率继电器的误动作。快速开关模块使得只存在开启和关断两种状态，没有电压缓慢上升或下降的过程，保护了后级电路；微型隔离驱动模块驱动双向功率模块，采用双向功率模块使功率端接线无极性要求。

所述瞬态抑制模块包括电阻r61和二极管d31，电阻r61的第一端连接所述控制信号，电阻r61的第二端与二极管d31的第一端连接，二极管d31的第二端接地；电阻r61的第二端与所述储能模块的输入端连接。

在输入存在高压情况下，二极管d31反向击穿进行电压抑制，通过电阻r61进行电流限制，防止后级电路损坏。

所述储能模块包括二极管d30和电容c7，所述二极管d30的第一端与所述电阻r61的第二端连接，二极管d30的第二端连接电容c7的第一端，电容c7的第二端接地；二极管d30的第二端连接所述控制输入及电压回滞模块。

在输入端有电时通过电容c7进行电压储能，在输入端无电时，通过电容c7对后级电路进行供电，二极管d30用于防止电容c7储能模块在放电时的反串。

所述控制输入及电压回滞模块包括电阻r67、二极管d32、电阻r63、电阻r66、电阻r59和双路差动比较器，所述电阻r67的第一端与所述二极管d30的第二端连接，电阻r67的第二端与所述二极管d32的第一端连接，二极管d32的第二端接地；电阻r67的第二端与双路差动比较器的负向输入端连接；所述电阻r63的第一端与二极管d30的第二端、双路差动比较器的电压输入端连接，电阻r63的第二端与电阻r66的第一端、电阻r59的第一端以及双路差动比较器的正向输入端连接，电阻r66的第二端接地，电阻r59的第二端与双路差动比较器的输出端和所述快速开关模块的输入端连接。

由电阻r66、电阻r63、二极管d32、双路差动比较器组成快速比较电路，在输入电压大于18v后，快速比较电路翻转，在正反馈电阻即电阻r59参与下构成迟滞比较电路，此时正反馈电压升高，只有在输入电压小于10v后比较器才会再次翻转，构成8v电压回滞模块。

所述电阻r63和第一端和电阻r66的第二端之间串联有分压电阻r65和分压电阻r68，所述快速开关模块的输入端与电阻r65和电阻r68之间的节点连接。

所述快速开关模块包括mos管q7和隔离驱动光耦，所述mos管q7的栅极连接所述电阻r59的第二端，所述隔离驱动光耦的输入端分别连接所述储能模块的输出端，和mos管q7的源极，隔离驱动光耦的输出端连接所述微型隔离驱动模块。

由于隔离驱动光耦具备线性光耦特性，因此在输入电压缓慢变化时，其输出电压也缓慢的由低升高，此过程会导致后级功率器件开通缓慢造成损毁，快速开关模块的植入，使得隔离驱动光耦输入只存在快速开启/关断两种状态，没有电压缓慢上升或下降的过程，保护了后级的功率器件。

所述隔离驱动光耦为级联的多个光耦，每个光耦的输出端分别连接微型隔离驱动模块的一个隔离驱动单元。所述双向功率模块多个双向功率单元，每个双向功率单元分别与所述隔离驱动单元连接，所述双向功率单元包括第一mos管和第二mos管，第一mos管和第二mos管的栅极共接与隔离驱动单元的正输出端、第一mos管和第二mos管的漏极共接与隔离驱动单元的负输出端连接，第一mos管的源极分别连接第一二极管、第一电容后接地，作为双向功率单元的一个输入/输出端；第二mos管的源极分别连接第二二极管、第二电容后接地，作为双向功率单元的另一输入/输出端。

由于直升机上用电环境复杂，存在感性、阻性、容性等多种负载特性，如采用1个功率开关，不仅限制功率信号输入、输出的方向，可维护性较差，在具备反向浪涌时会干扰机上汇流条电压。采用第一mos管和第二mos管组成的双向功率单元，可将输入接在第一mos管和第二mos管的任意一端，没有方向要求，由于功率开关自身特性，内部具备寄生二极管，采用双向功率模块进行镜像连接，内部的两个寄生耳机管可以防止高压信号反串回机上汇流条。

优选地，光耦为6个，隔离驱动单元和双向功率单元均为6个。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过设计快速开关模块，采用非线性控制方式对功率开关进行控制，避免功率器件开通/关断临界状态的发生；控瞬态抑制模块和储能模块，在抑制80v电压浪涌的同时，在转电过程中可将控制端维持50ms以上不断电；控制输入及电压回滞电路在降低整体功耗的同时，大的电压回滞区域保证了电压开通/关断特性，实现在10v关断18v开通，具备8v的电压回滞区，防止机上电源微小波动造成固态功率继电器的误动作。

(2)本发明采用小型模块化设计，无需外围电路可在用电环境复杂的直升机上直接使用。

(3)本发明采用快速开关模块，防止功率器件开通/关断处于临界状态，造成器件损毁；采用双向功率模块使功率端接线无极性要求。

附图说明

图1为现有技术固态功率继电器的原理框图；

图2为本发明的原理框图；

图3为本发明中瞬态抑制模块、储能模块、电压回滞模块、快速开关模块、微型隔离驱动模块的电路原理图；

图4为本发明中双向功率模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图2所示，一种新型28v军用固态功率继电器，包括瞬态抑制模块、储能模块、电压回滞模块、快速开关模块、微型隔离驱动模块和双向功率模块组成，其中：

瞬态抑制模块，与控制信号连接，用于在控制信号存在高压时，进行电压抑制和电流限制；

储能模块，与所述瞬态抑制模块连接，用于进行电压储能或放电；

控制输入及电压回滞模块，与所述储能模块连接，用于控制输入以及实现预设的电压回滞区间；

快速开关模块，用于根据电压回滞模块的输出信号开启或关断对后级电路的输出；

微型隔离驱动模块，与所述快速开关模块的输出端连接，用于驱动双向功率模块；

双向功率模块，其输入端与所述微型隔离驱动模块的输出端连接，其输出端作为功率继电器的输入/输出端。

本发明在控制输入及电压回滞模块前端设置瞬态抑制模块和储能模块，瞬态抑制模块在输入存在高压情况下，进行电压抑制和电流限流，放置后级电路损坏；储能模块在输入端有电时进行电压储能，在输入端无电时，对后级电路进行供电。瞬态抑制模块和储能模块在抑制电压浪涌的同时，在转电过程中将控制输入及电压回滞模块维持50ms以上不断电，满足军用用电设备电源特性的需求。控制输入及电压回滞模块在降低整体功耗的同时，电压回滞区间保证了电压开通/关断特性，以及防止直升机上电源微小波动造成固态功率继电器的误动作。快速开关模块使得只存在开启和关断两种状态，没有电压缓慢上升或下降的过程，保护了后级电路；微型隔离驱动模块驱动双向功率模块，采用双向功率模块使功率端接线无极性要求。

实施例2：

在实施例1的基础上，结合图3和图4所示，所述瞬态抑制模块包括电阻r61和二极管d31，电阻r61的第一端连接所述控制信号，电阻r61的第二端与二极管d31的第一端连接，二极管d31的第二端接地；电阻r61的第二端与所述储能模块的输入端连接。

在输入存在高压情况下，二极管d31反向击穿进行电压抑制，通过电阻r61进行电流限制，防止后级电路损坏。

所述储能模块包括二极管d30和电容c7，所述二极管d30的第一端与所述电阻r61的第二端连接，二极管d30的第二端连接电容c7的第一端，电容c7的第二端接地；二极管d30的第二端连接所述控制输入及电压回滞模块。

在输入端有电时通过电容c7进行电压储能，在输入端无电时，通过电容c7对后级电路进行供电，二极管d30用于防止电容c7储能模块在放电时的反串。

所述控制输入及电压回滞模块包括电阻r67、二极管d32、电阻r63、电阻r66、电阻r59和双路差动比较器，所述电阻r67的第一端与所述二极管d30的第二端连接，电阻r67的第二端与所述二极管d32的第一端连接，二极管d32的第二端接地；电阻r67的第二端与双路差动比较器的负向输入端连接；所述电阻r63的第一端与二极管d30的第二端、双路差动比较器的电压输入端连接，电阻r63的第二端与电阻r66的第一端、电阻r59的第一端以及双路差动比较器的正向输入端连接，电阻r66的第二端接地，电阻r59的第二端与双路差动比较器的输出端和所述快速开关模块的输入端连接。

由电阻r66、电阻r63、二极管d32、双路差动比较器组成快速比较电路，在输入电压大于18v后，快速比较电路翻转，在正反馈电阻即电阻r59参与下构成迟滞比较电路，此时正反馈电压升高，只有在输入电压小于10v后比较器才会再次翻转，构成8v电压回滞模块。

所述电阻r63和第一端和电阻r66的第二端之间串联有分压电阻r65和分压电阻r68，所述快速开关模块的输入端与电阻r65和电阻r68之间的节点连接。

所述快速开关模块包括mos管q7和隔离驱动光耦，所述mos管q7的栅极连接所述电阻r59的第二端，所述隔离驱动光耦的输入端分别连接所述储能模块的输出端，和mos管q7的源极，隔离驱动光耦的输出端连接所述微型隔离驱动模块。

由于隔离驱动光耦具备线性光耦特性，因此在输入电压缓慢变化时，其输出电压也缓慢的由低升高，此过程会导致后级功率器件开通缓慢造成损毁，快速开关模块的植入，使得隔离驱动光耦输入只存在快速开启/关断两种状态，没有电压缓慢上升或下降的过程，保护了后级的功率器件。

所述隔离驱动光耦为级联的多个光耦，每个光耦的输出端分别连接微型隔离驱动模块的一个隔离驱动单元。

所述双向功率模块多个双向功率单元，每个双向功率单元分别与所述隔离驱动单元连接，所述双向功率单元包括第一mos管和第二mos管，第一mos管和第二mos管的栅极共接与隔离驱动单元的正输出端、第一mos管和第二mos管的漏极共接与隔离驱动单元的负输出端连接，第一mos管的源极分别连接第一二极管、第一电容后接地，作为双向功率单元的一个输入/输出端；第二mos管的源极分别连接第二二极管、第二电容后接地，作为双向功率单元的另一输入/输出端。

由于直升机上用电环境复杂，存在感性、阻性、容性等多种负载特性，如采用1个功率开关，不仅限制功率信号输入、输出的方向，可维护性较差，在具备反向浪涌时会干扰机上汇流条电压。采用第一mos管和第二mos管组成的双向功率单元，可将输入接在第一mos管和第二mos管的任意一端，没有方向要求，由于功率开关自身特性，内部具备寄生二极管，采用双向功率模块进行镜像连接，内部的两个寄生耳机管可以防止高压信号反串回机上汇流条。

优选地，光耦为6个，隔离驱动单元和双向功率单元均为6个。

上述实现各个模块的具体电路构成以及电路连接方式仅仅为本发明的举例说明，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。