[发明专利]应用于固态功率控制器的泄漏钳位电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子与电工技术领域，特别涉及一种高压固态功率控制器泄漏钳位技术，可在固态功率控制器处于关断状态时保证负载电压钳位在安全电压以下。

背景技术

固态功率控制器(Solid State Power Controller，简称SSPC)是由半导体器件构成的智能开关装置，用于接通断开电路，实现电路保护和接收前级计算机的控制信号并报告其状态信息。

在高压配电系统中，当固态功率控制器处于关断状态时，由于功率管存在漏电流，其负载电压可能大于人身安全电压，将威胁到工作人员的安全，所以需一泄漏钳位电路在SSPC关断时将负载电压钳位在安全电压以下。泄漏钳位电路主要有以下两个作用：

1)SSPC关断状态下，功率管不可避免存在漏电流；当负载呈现一定的容性时，长时间关断状态下，漏电流将会在负载上累积一定的电压；当该电压大于安全电压时，会对人身安全产生危害。因此当SSPC关断时，不希望出现该电压；漏电流保护电路提供漏电流的通路，使功率输出端的电压维持在安全电压以下。

2)当关断容性负载时，容性负载中存储的能量通过漏电流保护电路在一定时间内释放，并最终降低到安全电压以下。

在专利ZL 200510038027.0中，提出在负载两端并联一功率管作为辅助功率管，采用“缓开通，慢关断”控制方式控制的泄漏钳位电路。该方式解决了SSPC关断时容性负载能量泄放问题，且可将负载电压钳位在安全电压以下，但该种方式有如下缺点：

1)在负载电容的容值较大的情况下：关断SSPC后，辅助功率管导通，相当于将负载短路，放电电流很大；为了保证可靠工作，通常辅助功率管的功率定额与主功率管的定额相近，体积重量和成本都较高；

2)由于辅助功率管开通时为饱和导通状态，在主开关功率管关断失效而常通时，可能形成主功率管和辅助功率管“直通”问题，而将电源短路；

3)辅助功率管控制电路较为复杂：为了避免主功率管和辅助功率管“直通”的问题，需要检测主功率管和辅助功率管的状态，设置“死区时间”；一旦检测电路出现故障，则会发生“直通”短路的危险。

针对上述缺点，本发明对上述方案进行改进，提出一种采用恒流模式的泄漏钳位电路，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种应用于固态功率控制器的泄漏钳位电路及其控制方法，其采用恒流模式进行容性负载能量泄放以及给漏电流提供流通旁路，并且在固态功率控制器关断时将负载电压钳位在1.5V以下，提高安全性能。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种应用于固态功率控制器的泄漏钳位电路，包括一恒流源和一开关，其中，恒流源由辅助功率管构成，恒流源和开关顺序串联后，再并接在负载两端，通过开关控制恒流源的工作状态，在固态功率控制器开通时，恒流源不工作，在固态功率控制器关断时，恒流源工作在恒流模式。

上述恒流源由第一MOSFET和第一电阻构成，而开关采用第二MOSFET，第一MOSFET的漏极连接功率输出端，其源极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第一MOSFET的栅极；所述第一MOSFET的栅极还连接第二MOSFET的漏极，而第二MOSFET的源极连接功率地，其栅极连接辅助功率管驱动信号。

上述泄漏钳位电路包括第三MOSFET、第二电阻、三极管和开关，所述第三MOSFET的漏极与三极管的集电极连接，并共同连接功率输出端，第三MOSFET的源极连接第二电阻的一端，而第二电阻的另一端连接第三MOSFET的栅极，所述第三MOSFET的栅极还经由开关接功率地，该第三MOSFET的栅极还连接三极管的基极，而三极管的发射极连接功率地。

一种基于前述泄漏钳位电路的控制方法，内容是：当上位机给固态功率控制器发送开通命令时，控制开关关断，此时恒流源不工作；当上位机给固态功率控制器发送关断命令时，控制开关开通，并比较负载电压与设定值的大小，若负载电压大于设定值，恒流源以恒流模式工作，若负载电压小于设定值，恒流源工作在线性状态。

采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：

1)克服了在负载两端直接并联辅助功率M0SFET方法可能带来的上下管直通的问题，提高了可靠性；

2)具有恒流能量泄放和漏电流箝位保护的双重功能；

3)恒流源电路简单可靠，器件少，体积重量减轻。

附图说明

图1是本发明的整体原理框图；

图2是本发明的工作时序图；