第1页共14页船舶直流固态功率控制器技术研究摘要：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。关键词：船舶；直流；配电；固态功率控制器：TN876.3?34；TM564文献标识码：A：1004?373X（2015）13?0125?04Abstract：Todistinguishthestatesofsubcircuitoverload，impactandshort?circuitinDCpowerdistributionsystemforships，protectthesystemandsuppressimpactorshort?circuitcurrent，anovelDC第2页共14页solid?statepowercontrollerfor24VDCpowerdistributionsystemisstudied.Themaincircuitdesign，controlstrategyandinverse?timeover?currentprotectiondesignofthepowercontrollerarediscussedemphatically.Finally，thefeasibilityoftheDCsolid?statepowercontrollerforshipsisverifiedbytheprincipleprototype.Keywords：ship；DC；powerdistribution；solid?statepowercontroller0引言直流固态功率控制器技术，由飞机28VDC/270VDC配电系统发展而来，是集继电器的转换功能和断路器的电路保护功能于一体的智能配电技术，它具有无触点、无电弧、无噪声、响应快、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[1?3]。近十年来，随着半导体工艺及电力电子技术的大力发展，直流固态功率控制器也获得了迅猛发展[4]，欧美的JSF?35联合攻击机、波第3页共14页音787、空客A380、弗吉尼亚潜艇等已大量应用，中国在航空航天领域也正紧追欧美先进技术的步伐[5]。但是，中国船舶领域仍主要采用接触器、开关、熔断器等传统器件进行配电保护与分路。为使中国船舶直流二次配电系统全面实现智能化，本文针对典型的直流24V配电系统，开展船舶直流固态功率控制器技术研究工作。1船舶直流固态功率控制器技术1.1主要原理运用快速的DSP28335微处理器、CPLD与电力电子技术，针对阻容负载突加与短路的船舶实际供电状态，本文研究了一种新颖的基于电力电子开关器件的固态配电技术，即船舶直流固态功率控制器技术，原理框图如图1所示。船舶直流固态功率控制器主要由功率开关、缓冲电路、电压与电流检测电路、驱动电路、辅助电源、基于DSP与CPLD的数字控制电路、状态隔离电路等组成，固态功率控制器将根据支路负载电压、电流情况，对主电路上功率开关进行通断控制。当支路负载发生短第4页共14页路时，固态功率控制器能够在微秒级时间内快速消除短路影响，并执行短路保护；当支路负载输入侧发生大电容电流冲击时，固态功率控制器同样能够在微秒级时间内自动对负载电流进行抑制，直到冲击电流消失再次工作于正常导通工况。另外，船舶直流固态功率控制器能够实时监测供电支路的运行情况，可以通过CAN网向上级监控系统传输支路工作状态、运行参数、故障报警等信息，同时也可以接收上级监控系统下达的支路负载开、关等指令。1.2主电路设计船舶直流固态功率控制器，由两个互为冗余的支路负载供电通道构成，本文主电路设计部分主要研究供电通道主电路的设计。供电通道的原理框图，如图2所示。主功率电路由一个电力电子功率开关、缓冲电路、采样电阻组成，结构型式比较简单。缓冲电路是为了抑制线路上可能出现的[didt，][dvdt，]避免损坏功率开关，采用的是RCD结构，由吸收第5页共14页电阻、吸收电容及快速二极管构成，其设计方法与常规RCD缓冲电路一致[6]；采样电阻选用无感电阻，用来采集功率电路电流信号给控制电路；功率开关用来对支路进行通断操作，因为支路负载在短路或冲击时线路将控制功率开关进行电流限制，加上稳态运行时系统对导通压降的要求，所以功率开关的选择比较重要。由于短路电流和冲击电流的幅值很大，时间很短，要完成保护功能，必须在微秒级时间内进行控制，一般接触器、晶闸管均不能满足其要求，开关速度比较高的MOSFET或者IGBT是不二的选择。由于固态功率控制器对输入、输出的电压降、效率等指标具有严格要求，而MOSFET具有...