【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及开关设备，具体涉及一种基于场效应管漏源电压反馈的固态开关及策略优化方法。
技术介绍
1、在新的系统能源架构下，配电系统中增加了大量电气负载设备，为了降低配电系统中线路的损耗，配电系统提升了母线电压。随着系统用电功率和母线电压的提升，传统的机电式断路器、继电器由于电弧等因素，不能满足故障隔离及负载可靠切换的要求。
2、固态功率控制器(sspc)、固态断路器(sscb)是常用的智能固态开关，具有过流/短路保护、高可靠、小体积、低损耗、远程控制、上电自检及连续自检等特点。sscb用于替代传统机械式断路器，sspc用于替代机电继电器(接触器)与机械式断路器组合，是新型配电系统中的关键器件。随着半导体技术的发展，硅基mosfet、igbt、gto、ito及igct等半导体功率器件于本世纪初被广泛应用于航空、航天等型号的固态配电系统，尤其是随着宽禁带半导体工艺技术的成熟，近年来碳化硅、氮化镓基等宽禁带功率器件作为智能固态开关核心器件，也已广泛应用于航空、航天及新能源汽车领域。
3、同时，mcu、dsp及fpga等微处理器也被用于实现反时限保护、远程控制、状态检测及故障诊断等功能。另外，研究人员还对sspc、sscb的控制策略进行优化来提高对容性负载的适应性，例如根据功率场效应管的soa选择更优的电流轨迹避免容性负载接通时浪涌电流导致场效应管损坏；还有研究人员通过改变场效应管的vgs电压值使其从饱和状态工作至放大区，实现负载短路时的限流保护。除此之外，负载短路时，sspc、sscb限流保护方法及控制策略也
4、通过对固态断路器和固态功率控制器两类典型的智能固态开关的电路原理分析，可以发现短路跳闸条件主要由负载电流门限触发；而过流跳闸条件则依据其反时限特性，根据热量累积门限触发。总结起来，短路保护优化控制策略主要包含：硬件保护；硬件buck电路限流保护，软件诊断保护。
5、结合相关文献的研究与总结，传统智能固态开关短路保护优化控制策略主要存在以下不足：硬件保护具有短路跳闸时间短，响应快的特点，但存在较大电流变化率快(di/dt)，易引起电路振荡，可能导致场效应管烧毁；硬件保护还存在对大容量容性负载适应性较差，容易跳闸误保护等不足；硬件buck电路限流保护可以有效抑制短路电流的上升率，将短路电流控制在限流门限内，但存在体积大、引入电磁干扰等不足；软件诊断保护容易实现防误保护，但受处理器自身机器周期的影响，响应及诊断时间较长，在母线电压高的配电系统中，容易使得短路电流超过场效应管的脉冲漏源电流idm，而导致场效应管烧毁。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于场效应管漏源电压反馈的固态开关及策略优化方法，旨在解决传统的智能固态开关和保护优化策略容易导致功率场效应管损毁及负载损毁的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于场效应管漏源电压反馈的固态开关，包括主控单元、开关检测电路、钳位电路、电阻采样式负载电流隔离采样电路、电气隔离驱动电路、供电电路、信号调理电路、通信接口电路、flash数据存储电路、功率场效应管及漏源电压反馈电路；
3、所述主控单元用于接收开关检测电路和信号调理电路的所传递的信号，并通过电气隔离驱动电路来控制固态开关内功率场效应管的通断，当负载回路电流有异常变化时，根据已经写入的反时限保护算法进行软件上的限流保护；
4、所述开关检测电路包括光耦和肖特基二极管，用于检测固态开关内场效应管的通断状态和自身健康状态，自身健康状态表示场效应管是处于正常工作状态或是损毁状态，并将收集到的状态信息输送到主控单元；所述钳位电路包括二极管、电阻和电容，用于进行限压使用，用于进行限压使用，保证开关检测电路中光耦在正常的工作电压范围内使用，具体光耦型号不同，电压工作范围也不同；
5、所述电阻采样式负载电流隔离采样电路用来隔离采样回路电流，传送至主控单元；所述供电电路用于进行供电；所述通信接口电路用来连接通信设备之间进行信息传输的物理接口；由于功率场效应管的工作频率及输入阻抗高，容易被干扰，采用电气隔离驱动电路以实现负载回路与驱动控制电路之间的隔离；所述flash数据存储电路用来存储固态开关内的各种数据信息，保持掉电数据不丢失；
6、所述漏源电压反馈电路用于抑制短路电流上升，并可通过调节反馈系数适应不同型号的场效应管及电路特性。
7、其中，所述漏源电压反馈电路包括漏源检测、门限电路、反馈系数调节电路及减法电路；
8、漏源检测包括隔离运算放大器及外围电路，用于差分采样场效应管的漏极和源极之间的电压；门限电路主要用来接收采样后的场效应管的漏极和源极之间的电压，进行门限比较后，输出至反馈系数调节电路；反馈系数调节电路由主控单元、电阻及运算放大器组成；减法电路由电阻和运算放大器组成。
9、其中，所述漏源电压反馈电路隔离运算放大器及外围电路差分采样mos管漏极及源极之间的电压vds；送到比较电路的运算放大器一端；当电压高于门限电压vref则输出至比例调节电路经过反馈系数调节后；最后输出至减法电路，与隔离栅极驱动驱动电路输出的电压vgs进行减法运算后得到v’gs；由v’gs驱动mos管工作。
10、其中，所述漏源电压反馈电路内使用反馈系数调节电路，将漏源电压vds反馈至栅源电压vgs的控制环。
11、其中，所述基于场效应管漏源电压反馈的固态开关在短路保护时的传递函数g(s)表达式如下：
12、
13、其中
14、进一步的，本专利技术还提出了一种基于场效应管漏源电压反馈的固态开关的策略优化方法，采用所述的基于场效应管漏源电压反馈的固态开关，优化控制流程包括以下步骤：
15、系统上电后，固态开关进行初始化自检；
16、若接收到接通指令，则控制固态开关接通，并且将短路保护电路使能；
17、漏源差分采样电路持续采样判断负载电流是否超过门限值，若超过短路保护门限则进行短路限流保护控制，将vds电压乘以系数后反馈值vgs，控制场效应管进入截止区，将mos管关断；
18、若为大倍率过流情况，将vds电压乘以系数后反馈值vgs后控制场效应管进入放大工作区，增大导通电阻ron，进行限流工作，且根据mos管的温度确定限流保护时间；
19、若负载电路出现过流但小于设定的大倍率过流门限，则通过主控单元进行反时限保护；
20、若为其他故障，则关断固态开关输出，上报故障信息。
21、本专利技术提供了一种基于场效应管漏源电压反馈的固态开关及策略优化方法，通过在固态开关上增加漏源电压反馈电路，当负载发生短路或大倍率过流情况时，不再因分断能力不足、保护时间过长而造成的固态开关中功率场效应管损毁及负载损毁的情况，极大延长了场效应管的寿命；同时当接入容性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于场效应管漏源电压反馈的固态开关，其特征在于，
2.如权利要求1所述的基于场效应管漏源电压反馈的固态开关，其特征在于，
3.如权利要求2所述的基于场效应管漏源电压反馈的固态开关，其特征在于，
4.如权利要求3所述的基于场效应管漏源电压反馈的固态开关，其特征在于，
5.如权利要求4所述的基于场效应管漏源电压反馈的固态开关及策略优化方法，其特征在于，
6.一种基于场效应管漏源电压反馈的固态开关的策略优化方法，采用如权利要求1至5任一项中所述的基于场效应管漏源电压反馈的固态开关，其特征在于，优化控制流程包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于场效应管漏源电压反馈的固态开关，其特征在于，
2.如权利要求1所述的基于场效应管漏源电压反馈的固态开关，其特征在于，
3.如权利要求2所述的基于场效应管漏源电压反馈的固态开关，其特征在于，
4.如权利要求3所述的基于场效应管漏源电压反馈的固态开关...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆玉芳，陈海峰，陈春海，黄志爱，蒙凯，
申请(专利权)人：桂林星云电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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