船舶直流固态功率控制器技术研究

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1、船舶直流固态功率控制器技术研究章建峰，杨祯，房玲（中国船舶重工集团公司第704研究所，上海200031）摘要：为了实现船舶直流配电系统支路负载过载、冲击、短路状态的区分与保护，抑制冲击或短路电流，针对典型的直流24V配电系统，研究了一种新颖的船舶直流固态功率控制器。重点讨论该功率控制器的主电路设计、控制策略、反时限保护设计。最后通过原理样机，验证了船舶直流固态功率控制器技术的可行性。.jyqkΩ，热阻曲线如图3所示。持续10ms的热阻系数为0.033℃/S320F28335检测电流限制工作时间长短判断是否存在短路或冲击，短路或者过

2、度冲击则封锁功率管的驱动信号，冲击则释放驱动信号，冲击电流将随负载电压的建立而自然下降。该控制策略，利用电压、电流检测电路，将采样的电压、电流瞬时值信号反馈给基于TMS320F28335与CPLD的数字控制电路，控制电路发出相应调理信号，通过驱动电路，控制功率电路上MOSFET的开关动作，可准确地实现支路负载过载、冲击、短路状态的区分与执行，抑制冲击或短路电流，达到支路故障不扩展、不蔓延，最小化的目的。1.4反时限过流保护设计反时限过流保护设计，参照热继电器的反时限特性，国际上有两种标准：IEEEStdC37.112?199662

3、和IEC255?3（1989?05）。目前中国主要采用IEC标准作为国家标准（GB/T14598.7?1995第3部分：它定时限或自定时限的单输入激励量量度继电器）。在IEC255?3标准中，可以查到三种典型的反时限标准方程：一般反时限、非常反时限和极端反时限。式中：t为保护延时时间；Tp为延时整定系数；I为负载电流，Ip为整定电流值。三种反时限标准方程的不同主要在于IIp的指数不同，指数的不同也就决定了三种反时限特性应用的场合不同。通常的输电线路采用一般反时限，而在线路首末端短路时，电流变化较大的情况下，则采用非常反时限，反映过

4、热状态的过流保护，则采用极端反时限[7]。由于船舶配电系统直流固态功率控制器的过流保护特性必须与导线、负载的过热特性相配合，因此采用的是极端反时限的过流保护特性。本文设Ip=BIe,Tp=A80B2，则极端反时限的标准方程可以简化为：式中：Ie为额定电流；A,B为整定系数；电流整定值Ip为额定电流Ie的B倍。将式（4）经过等式变换、离散化等最终得到如下形式：由表1中功率控制器控制逻辑要求1.2倍进入反时限保护，故式（5）中的B值取1.2；A值可根据需模拟的熔断器或继电器的延时保护特性选取参数，一般范围为10~40。运用DSP283

5、35微处理器，当程序中方程式（5）左边的累加值大于右边的阈值时，程序关断固态功率控制器功率开关器件，实现反时限过流保护。极端反时限的保护时间t是IIe的二次函数，由A与B值可以获得I2t反时限过流保护曲线，如图7所示。2试验结果与分析设计实例：船舶直流固态功率控制器原理样机，室温常压环境条件，输入电源：24VDC，DC源型号为索罗森SGI330/91；功率开关型号：MOSFETIXFN300N100P；驱动电路：CONCEPT2BB0108T；试验内容：负载短路、25A阻性负载并联58800μF/50V电容冲击；示波器：泰克TPS

6、2012，LeCroy44MXs?A。图8所示为原理样机负载侧突然短路试验波形，由图可知，负载短路电流迅速上升至设定值（100A）后，由于电流上升率较大，功率管驱动信号被瞬时关断，故障支路被切断，支路短路电流立刻下降。图9为样机正常运行时突加阻容负载大电流冲击试验波形，由图可知，支路电流上升至设定值（100A）后，功率管驱动信号立刻进行高频斩波，支路冲击电流下降进入电流限制工作状态，输入电压在冲击电流上升过程中短时跌落后，即随着功率管斩波运行而迅速恢复正常的电压值。负载过载25%试验波形如图10所示，样机执行图7所示的I2t反时限

7、过流保护程序（程序内设置额定电流为20A），相应时间延时后功率管驱动信号被关断。3结语船舶直流固态功率控制器技术，实现了船舶直流二次配电系统支路过载、冲击、短路的区分，能够抑制支路冲击或短路电流，达到支路故障不扩展、不蔓延，最小化的目的。本文以直流24V为例，研究了船舶直流固态功率控制器的主电路设计、控制策略及反时限过流保护设计，通过原理样机验证了船舶直流固态功率控制器技术的可行性。.jyqkotepoentalsofpoicPublishers，2001.[7]赵建伟，王莉.直流固态功率控制器的建模与仿真分析[J].电力电子技术

8、，2009，43（9）：74?75.简介：章建峰（1979—），男，江苏无锡人，硕士，工程师。主要从事电力电子与配电技术方面的研究。