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固态功率控制器国内外发展现状

电器与能效管理技术 2015年第2期 1-5页

作者：叶雪荣郑志洪陈哲刘明伟徐军忠翟国富哈尔滨工业大学军用电器研究所黑龙江哈尔滨150001 上海海关学院上海201204

航天器的全电化发展对其配电系统提出了更高的要求。固态功率控制器(SSPC)作为集继电器转换功能和断路器保护功能于一体的新型配电与保护执行器件,具有集成化、智能化等诸多优点,是未来航天器用配电器件的必然发展趋势。介绍了SSPC的工... 详细信息

航天器的全电化发展对其配电系统提出了更高的要求。固态功率控制器(SSPC)作为集继电器转换功能和断路器保护功能于一体的新型配电与保护执行器件,具有集成化、智能化等诸多优点,是未来航天器用配电器件的必然发展趋势。介绍了SSPC的工作原理,分析了国内外SSPC的发展现状,并对其未来技术发展趋势进行了展望。

关键词：航天器配电系统固态功率控制器发展现状

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固态功率控制器在飞机电气改装中的应用

机电信息 2017年第30期 63-64页

作者：周星星孙丹丹中国飞行试验研究院改装部陕西西安710089

随着多电飞机的发展,飞机试验机的测试参数及相关传感器和参数采集记录设备不断增多,常规的配电系统设计将会带来馈电线路密集、电网重量大等问题。鉴于此,介绍了固态功率控制器(SSPC)在飞机电气改装中的应用情况,分布式智能配电系统利... 详细信息

随着多电飞机的发展,飞机试验机的测试参数及相关传感器和参数采集记录设备不断增多,常规的配电系统设计将会带来馈电线路密集、电网重量大等问题。鉴于此,介绍了固态功率控制器(SSPC)在飞机电气改装中的应用情况,分布式智能配电系统利用控制计算机和固态功率控制器来实现试验机改装配电系统的自动控制与管理,配电系统的可视化程度和可操作性均大幅提高,为后续实现全固态配电系统设计奠定了基础。

关键词：分布式智能配电固态功率控制器改装

数字式碳化硅基航空高压直流固态功率控制器的研制

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数字式碳化硅基航空高压直流固态功率控制器的研制

作者：朱梓悦南京航空航天大学

学位级别：硕士

固态功率控制器(SSPC)是应用于现代飞机自动配电系统的关键装置,与传统的断路器相比,具有更高的可维护性、扩展性、可靠性,自动化程度更高。现有SSPC中开关器件大多采用Si MOSFET,随着半导体器件的发展,采用SiC器件的优势,可以减小散热... 详细信息

固态功率控制器(SSPC)是应用于现代飞机自动配电系统的关键装置,与传统的断路器相比,具有更高的可维护性、扩展性、可靠性,自动化程度更高。现有SSPC中开关器件大多采用Si MOSFET,随着半导体器件的发展,采用SiC器件的优势,可以减小散热器的体积和重量,提高SSPC的功率密度,使之获得更好的性能。因此,本文围绕碳化硅基航空高压直流固态功率控制器进行研究。首先,从SiC MOSFET的开关特性入手,考虑加入寄生参数后的非理想开关过程,对开关过程的各个阶段给出详细的理论分析。通过双脉冲测试平台,量化各部分寄生参数对开关速度、开关管电压电流应力、开关损耗等开关特性的影响,结合理论分析和实验结果,提出基于寄生电感的综合匹配设计方法,为基于SiC MOSFET的固态功率控制器功率部分的PCB走线和布局方法提供设计依据,并通过实验进行比较和验证。其次,为提高固态功率控制器的电流等级,探究了SiC MOSFET多管并联均流特性。为避免闭环控制或有源均流方法带来的成本提高等问题,在无外加均流补偿电路的情况下,本文研究了器件参数、驱动电阻和各部分布局参数等因素对SiC MOSFET开关管的稳态和动态均流特性的影响。进一步提出了在并联双管阈值电压参数不一致的情况下,借助外加寄生参数实现动态均流的布局方法,通过LTSpice建模仿真和双脉冲实验进行了验证;另外,提出了并联开关管电-热分布预测的迭代计算方法,与建模仿真相比,简化了仿真的复杂计算过程。最后,本文研制了定额为270V/10A数字式碳化硅航空高压直流固态功率控制器的原理样机,并进行了实验验证。通过测试SSPC对阻性负载、阻容性负载和阻感性负载的开关特性测试,验证了固态功率控制器的负载兼容能力;通过过流保护和短路保护实验测试,验证了数字控制下的反时限保护特性;通过对双管并联的温升测试,验证了基于迭代算法的电-热分布预测方法的正确性。

关键词：固态功率控制器 SiC MOSFET 开关特性寄生参数并联均流能力

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基于FPGA的固态功率控制器的设计与实现

基于FPGA的固态功率控制器的设计与实现

作者：刘红奎西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着航空技术的迅速发展，航空电子、武器、飞行控制系统越来越完善，飞机性能有了大幅度的提高，用电设备和用电量剧增，对供电质量也提出了新的要求。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... 详细信息

随着航空技术的迅速发展，航空电子、武器、飞行控制系统越来越完善，飞机性能有了大幅度的提高，用电设备和用电量剧增，对供电质量也提出了新的要求。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机载、星载配电系统的发展趋势，也是研究热点之一。研究以固态功率控制器原理、三级降栅压技术、负载状态在线检测技术、信号增益可编程放大技术、I2T反时限保护技术等为基础，设计了基于FPGA的固态功率控制器系统。首先重点研究了固态功率控制器的原理及结构，设计了固态功率控制器的硬件平台，同时研究了充分利用FPGA的内部资源实现了信号的可变增益放大、负载状态在线检测技术、系统的BIT上电检测，减少了外围器件的使用，降低了系统的复杂度;其次，为解决MOSFET的保护问题，深入研究了三级降栅压技术，克服了现有降栅压技术对受保护功率管对过流现象抑制不明显和受保护功率管在一个时延内反复开通、关断的问题;然后，根据实际工程的需要简化了过流保护中的反时限算法，使其在FPGA中计算更方便;最后，在实验室的环境下完成了基于FPGA的固态功率控制器软硬件的测试。

关键词：固态功率控制器 FPGA 降栅压负载状态在线检测反时限保护

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基于固态功率控制器的卫星配电器研制

基于固态功率控制器的卫星配电器研制

作者：赵雷哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着我国航天器功能的增加和任务难度的增大,对供配电系统的配置、管理、故障检测与诊断、小型化设计以及可靠性都提出了更高的要求。目前卫星上主要使用传统的“熔断器+继电器”的配电保护方式,该方式在负载出现过流/短路的情况下能够... 详细信息

随着我国航天器功能的增加和任务难度的增大,对供配电系统的配置、管理、故障检测与诊断、小型化设计以及可靠性都提出了更高的要求。目前卫星上主要使用传统的“熔断器+继电器”的配电保护方式,该方式在负载出现过流/短路的情况下能够断开负载保护母线,但故障后不能重新对负载进行加断电控制,使得该种保护方式自主性、可恢复性以及实时性均较差,无法满足系统智能控制以及进行故障隔离和故障恢复的要求。智能配电技术是结合自动控制、计算机、功率电子等先进技术,构建具有保护功能、进一步实现飞行器在轨自主管理能力的一项技术,是作为传统“熔断器+继电器”配电模式的替代技术。鉴于此,本文以国家863课题为依托,对国外配电技术进行调研分析及论证,并提出基于固态功率控制器的卫星配电器的总体研制方案。该方案不同于传统的地面遥控管理方式,能实现卫星能源系统在轨自主管理和故障隔离,提高了能源系统的可靠性及其对任务的适应性和在轨自主生存能力。卫星配电器总体上采用模块化、分布式控制和集中管理的设计思想,设备外部总线为双冗余的RS-422总线,配电通路采用具有过流/短路保护、在轨I2t曲线修改和额定电流修改功能的固态功率控制器。机内自检测设计实现了对电源系统健康状态的监测。串行I/O模块和配电模块为设备的核心控制部分,串行I/O模块主要负责与外部管理单元进行信息交互,具备采集数据上传能力、同时负责与内部其它模块通讯,完成其它模块的控制。串行I/O模块对配电通路的状态以及外部模拟量进行采集,并根据通路的状态以及预设的负载优先级实现故障的隔离,通过切换外部重构继电器的方式实现故障后的系统重构。配电模块具备故障自主隔离能力,故障后可根据指令再次开启,可根据计算机发送指令改变不同的I2t保护曲线和配电额定电流值,提高设备的适应性。配电器固件程序设计采用了Verilog语言,依据通信协议要求进行了接口配置以及数据组帧,完成了UART串行总线功能设计,并实现了总线指令的分发。通过对A/D芯片的控制实现了数据的采集,并通过与负载优先级数据表进行对比,实现了故障的诊断以及隔离重构指令的产生。对所研制的卫星配电器进行了单机软硬件调试和设备系统级测试验证,测试结果表明,卫星配电器达到了任务预期的各项性能和技术指标,最后进一步总结和分析了卫星配电器的改进和优化方向。

关键词：自主保护配电固态功率控制器故障自主隔离

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直流固态功率控制器的研究

直流固态功率控制器的研究

作者：张敏南京航空航天大学

学位级别：硕士

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。它采用功率MOSFET作为开关器件,具有开关速度快、无触点、无电弧、电磁干扰小、可靠性高以及便于计算机控制等特点。本文首先以28V固态功率控制器... 详细信息

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。它采用功率MOSFET作为开关器件,具有开关速度快、无触点、无电弧、电磁干扰小、可靠性高以及便于计算机控制等特点。本文首先以28V固态功率控制器为例,对直流可编程固态功率控制器的设计和相关技术进行了介绍,主要包括控制时序、可编程技术、短路保护技术等。接着在此基础上,介绍了270V固态功率控制器的设计。通过对研制样机进行实验测试,初步验证设计的可行性。其次,应用元器件计数预计法对28V和270V样机分别进行了可靠性工程预估,得到了样机的失效率和平均寿命;根据四状态变量代码表,运用故障树分析法对故障进行定性分析;从短路干扰产生的原因及主要影响因素出发,对固态功率控制器的抗干扰性进行了分析和讨论,提出了几种电路改进方式,提高了系统的可靠性。最后,在Saber中搭建直流固态功率控制器的仿真分析模型,对使用固态功率控制器的基本配电网络加以仿真。分析发现固态功率控制器在实际配电网络中使用时可能出现的问题,提出改进措施和配置方法,并进行了仿真验证。为固态功率控制器的进一步改进和实际使用奠定了基础。

关键词：固态功率控制器可编程反时限过流保护故障树可靠性配电网络

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一种基于固态功率控制器的过流保护方法研究

航天器工程 2013年第6期22卷 80-85页

作者：梁晓锋武逸然仪德英中国空间技术研究院载人航天总体部北京100094

在当前过流保护设计调研的基础上,介绍了一种自恢复保护功能器件(固态功率控制器)与熔断器配合的过流保护系统设计,并给出了两者之间的过流保护时序,根据时序要求提出了固态功率控制器与熔断器两者的过流保护参数整定方法。建立了固态... 详细信息

在当前过流保护设计调研的基础上,介绍了一种自恢复保护功能器件(固态功率控制器)与熔断器配合的过流保护系统设计,并给出了两者之间的过流保护时序,根据时序要求提出了固态功率控制器与熔断器两者的过流保护参数整定方法。建立了固态功率控制器及熔断器的模型,在模型的基础上进行了仿真分析,并完成了试验验证,通过仿真分析、试验验证证明了此设计的正确性,可为后续各航天器型号过流保护设计提供参考。

关键词：自恢复保护功能固态功率控制器过流保护保护参数整定

270 V高压直流固态功率控制器软启动电路的设计

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测控技术 2020年第10期39卷 87-92页

作者：王大龙严桂荣宋小超马立伟李朗男张丞汉中一零一航空电子设备有限公司陕西西安710119

270 V高压直流固态功率控制器在接通或关断过程中会出现过载、短路、大容量的容性负载等,这些将产生很大电流冲击,引发严重的安全事故。针对上述问题,基于DSP系列的微控制器设计了一种270 V高压直流固态功率控制器软启动保护电路,通过... 详细信息

270 V高压直流固态功率控制器在接通或关断过程中会出现过载、短路、大容量的容性负载等,这些将产生很大电流冲击,引发严重的安全事故。针对上述问题,基于DSP系列的微控制器设计了一种270 V高压直流固态功率控制器软启动保护电路,通过初步设计的原理样机,实现了电路的缓启缓关、过载反时限(I2 T)跳闸保护、短路保护等功能,较好地解决了高压直流固态功率控制器在接通或关断时产生大电流冲击的问题,极大提高了飞机供配电时的可靠性和安全性。

关键词：高压直流固态功率控制器反时限(I2 T)跳闸保护短路保护

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基于FPGA的直流固态功率控制器的设计

机电元件 2016年第5期36卷 21-27页

作者：郑志洪张开新叶雪荣哈尔滨工业大学军用电器研究所黑龙江哈尔滨150001

固态功率控制器(SSPC)作为集继电器转换功能和断路器保护功能于一体的新型配电与保护执行器件,是未来航天器用配电器件的必然发展趋势。本文基于FPGA对固态功率控制器进行了软硬件设计,并使用C#编写了其上位机程序。经实际电路调试,所... 详细信息

固态功率控制器(SSPC)作为集继电器转换功能和断路器保护功能于一体的新型配电与保护执行器件,是未来航天器用配电器件的必然发展趋势。本文基于FPGA对固态功率控制器进行了软硬件设计,并使用C#编写了其上位机程序。经实际电路调试,所设计的固态功率控制器不仅能依据计算机指令完成负载的开关控制与状态的实时监测等各项功能,又可以依据所设定的反时限曲线对负载进行准确的过流保护。

关键词：固态功率控制器反时限保护 FPGA 配电系统