国外固态功率控制器概况.pdf

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1、第5期2014年10月机电元件ELECTROM哐CHANK：ALCOMPONENTSV01．34No．5Sep．2014国外固态功率控制器概况朱煜(陕西群力电工有限责任公司，陕西宝鸡721300)摘要：文章介绍了国外固态功率控制器的工作原理、封装结构和主要产品，并对这种新型器件的性能参数和技术现状进行了分析和对比，根据其技术发展现状和产品特点说明了其应用场合。关键词：固体功率控制器；新型器件；技术及现状Doi：10．3969／j．issn．1000—6133．2014．05．011中图分类号：TN784文献标识码iA文章编号：1000—6133(2014)05-0049一121引言2定义

2、及分类近年来，由于飞机用电设备的增加和自动化程度的提高，已经提出多电飞机、全电飞机的研究(1991年美国国防部和国家航空与航天局开始立项发展全电飞机)，多电飞机、全电飞机的供电系统所研究的技术主要集中在具有高功率密度的机载电源、高可靠及容错能力的配电技术等方面。固态配电系统实现了配电系统的高度自动化、智能化和对电气负载的管理，系统关键之一是具有高可靠固态功率控制器，固态功率控制器的应用，使配电系统操控简单，维护方便，且大大减轻了电网重量。固态功率控制器具有固体继电器和过流断路器的功能，是一种新型的控制部件，在国外(尤其是在美国)，该类控制器已经经历了一定的发展，多家知名公司生产的控制器已

3、经成功应用于飞机、战车及其它装备的配电系统，其开关速度快、无电弧、电磁干扰小、可靠性高以及便于计算机控制的特点得到了军方的认可，近几年发展很快，市场需求旺盛。笔者收集了部分国外该类产品的资料，针对其工作原理、产品性能、技术发展状况等方面资料为大家作简要介绍。收稿日期：2014-08—11固态功率控制器(SolidStatePowerControllers，简称SSPC)是一种由半导体器件组成的集各种保护、状态指示和复位多功能组合于一体具有控制功率通断能力的无触点开关部件。它是集继电器的切换功能和断路器的电路保护功能于一体的智能开关部件，实现了断路器由可动触点形式向固体静态形式的发展。固态

4、功率控制器是在智能固体继电器的基础之上扩展了断路器的功能而产生的一种复合式部件。其特点是采用功率MOSFET输出、导通电压降低，跳闸时间受控于过载电流，具有短路保护、过流保护和跳闸、负载状态指示功能，易于实现自动控制和在线检测，使得SSPC具有无触点、无电弧、无噪声、开关速度快、电磁干扰小、寿命长、可靠性高以及便于计算机远程控制等优点。SSPC主要用于武器系统的主电源及分系统电源的控制开关和过载保护，因而可应用于航天、航空、舰船、兵器、电子等各类军事装备中。按照供电系统电源的不同，固态功率控制器分为：(1)直流固态功率控制器，细分为：28V直流固机电元件2014年态功率控制器和270V高

5、压直流固态功率控制器；(2)交流固态功率控制器，细分为：单相交流固态功率控制器(飞机交流电源为115V／400Hz)，三相交流固态功率控制器(飞机交流电源为208V／400Hz)。按照输出电路组数的不同，固态功率控制器分为：单路输出固态功率控制器和多路输出固态功率控制器。固态功率控制器的控制电路在发展过程中经历了传统的模拟电路和数字智能电路，按照控制电路的不同，分为模拟式固态功率控制器和数字式固态功率控制器。3工作原理及结构3．1工作原理固态功率控制器(SSPC)是集断路器线路保护功能和固态继电器可靠性于一体的智能开关装置。它一般由控制和逻辑部分、固态开关部分和电流检测部分组成。控制和逻

6、辑部分从上位机接收控制指令，根据接收的指令激励开关部件闭合或断开，同时依据SSPC的状态和来自电流检测部件的信息，向上位机提供负载状态、开关状态和跳闸信号。电流检测部分测定负载电流的大小，如果存在过流，电流感受部件就向控制和逻辑部件发送跳闸信号。固态开关部分采用功率MOSFET或IGBT作为开关，实现对外接负载的通断控制。其原理框图见图1。；电输入+内部电源+；电输人一内部辅助电源内部电婆一睦制信号l17蚓，旧b+_立空高．藩功率控制回路功奎!人出图1原理框图SSPC的电流检测一般是通过串联在功率输出电路的检测电阻或电流传感器(霍尔元件)实现，也可采用以上两者双重采样检测。检测电阻通常为

7、几毫欧至数十毫欧，根据负载电流选取。对于采用IGBT作为输出开关器件的大功率SSPC，可以通过检测IGBT集电极和发射极之间的电压对电流进行检测。对于检测的电流信号通常采取差分放大，与设定的电流值比较，若检测电流大于设定电流的最大值，驱动电路立即关断输出功率器件，实现短路保护(立即跳闸保护)功能；若检测电流在最大保护电流和最小保护电流之间时，根据设定的曲线实现12t反时限保护。图2是LEACH公司的P150系列SSPC跳闸特性曲线。