一种新型软启动智能高压直流接触器的制作方法

本发明涉及直流高压元器件领域，尤其涉及一种新型软启动智能高压直流接触器。

背景技术：

1、在飞机配电系统网络中，高压直流接触器是实现大功率负载配电的关键执行器件。传统的高压直流接触器主要由触头组件和电磁铁组件两部分构成，触头组件依靠电磁铁组件通断电所产生的磁场推动衔铁运动，进而实现触头的接通和断开。然而，传统接触器本身不具备电流感知、状态监测和智能保护功能，在实际使用中还配合外部控制电路、保护器件和通信模块才能实现完整的配电控制功能，这导致主控电路复杂度高、故障排查困难、维修性差。

2、为了实现接触器的完整的配电控制功能，如cn112786363a公开了一种具有智能保护功能的直流接触器，其技术方案包括：触点电流检测传感模块、mcu模块、mos管开关电路、远程通信模块及稳压模块。该对比文件利用电流传感器采集触点电流，当达到预设跳闸电流值时，mcu控制驱动电路断开接触器触点，实现跳闸保护，并通过远程通信模块（can总线）给出报警信息。然而，其保护方式仅为固定阈值的跳闸保护，即当电流达到预设跳闸值时立即执行触点断开操作，不具备i2t反时限电流保护功能，无法在过流程度与保护动作时间之间建立动态匹配关系，对于轻微过流工况无法实现延时保护以兼顾系统连续性与安全性；跳闸保护阈值虽可通过拨码开关或远程通信设置，但不支持反时限电流保护特性曲线的在线修改，无法根据不同负载特性灵活配置保护策略；并且该方案未设计软启动电路，在接通容性负载瞬间，较大的电流尖峰直接冲击主触点，降低了触点使用寿命；其四，该方案不具备保护后自锁功能，在故障保护后主触点可能被误再次接通，存在安全隐患。

3、如cn116047157a公开了一种基于隔离式电流检测的统型高压直流智能接触器及方法，其技术方案包括：智能接触器控制模块（含cpu最小系统、电源处理电路、电流采样调理电路、can通讯电路、机位码识别电路等），采用基于分流器的隔离式电流采样方案（隔离运放+分流器），通过机位码识别实现不同负载规格的i2t过流保护曲线在线可编程选取。

4、虽然该方案具备i2t过流保护功能，但其电流采样仍采用分流器方案，分流器集成于汇流条上，对于300a以上的大电流检测，分流器的发热和功耗问题依然突出；并且该方案未设计保护后自锁电路，在发生过压、过载或短路保护后主触点断开后，缺乏硬件层面的自锁机制确保主触点在无新控制指令前保持断开状态。

5、所以现有技术缺乏针对高压直流大电流场景的软启动设计，未能有效抑制容性负载接通瞬间的电流尖峰；保护后缺乏可靠的硬件自锁机制；电流检测方案在功耗、体积或精度方面存在局限；保护参数的可配置性和通信实时性有待提升。因此，有必要发明一种集成软启动、智能保护、状态监测和can通信功能于一体的新型智能高压直流接触器。

技术实现思路

1、本发明的目的是：针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型软启动智能高压直流接触器。通过将智能控制模块与高压直流接触器进行分体式集成设计，采用霍尔传感器大电流采集技术、光mos驱动技术、旁路切换式软启动技术、i2t反时限电流保护技术以及保护后硬件自锁技术，实现了高压直流接触器的全功能智能控制。

2、本发明的技术方案：

3、一种新型软启动智能高压直流接触器，包括高压直流接触器和智能控制模块。所述高压直流接触器包括主触点、接触器线圈以及辅助触点；所述智能控制模块包括处理器、can通信电路、光mos驱动电路、软启动电路、电压电流采集电路及保护后自锁电路。

4、处理器分别与can通信电路、光mos驱动电路、软启动电路、电压电流采集电路及保护后自锁电路连接，形成智能控制架构。所述处理器通过can通信电路接收控制指令，所述智能控制模块可通过i/o及can总线实现余度控制，即当can总线通信故障时可切换至i/o直接控制，或通过i/o与can总线双重通道实现控制指令的交叉验证，提高了系统的可靠性。

5、光mos驱动电路包括光mos，光mos前端接5v供电并由处理器控制通断，后端接接触器线圈并由隔离28v供电。光mos内部集成了发光二极管和光敏mosfet，当处理器输出高电平信号时，发光二极管导通发光，光敏mosfet接收光信号后导通，从而使隔离28v电源加至接触器线圈两端，产生电磁吸力驱动主触点吸合；当处理器输出低电平或保护动作时，发光二极管熄灭，光敏mosfet关断，接触器线圈失电，主触点在弹簧力作用下断开。该光mos驱动方案利用光电隔离原理实现了控制侧（5v低压）与功率侧（28v隔离电源）的电气隔离，既保证了控制信号的快速响应（微秒级），又实现了高低压侧的完全隔离，避免了功率回路对控制回路的电磁干扰，同时光mos的驱动能力可满足接触器线圈大电流启动的需求。

6、电压电流采集电路中的电流传感器采用霍尔传感器，通过对主触点结构进行改变，将霍尔传感器嵌套在主触点上，采集主触点的电流值，并以模拟量形式输出给智能控制模块。当主触点中有电流流过时，在霍尔元件垂直方向施加磁场，霍尔元件两端产生与电流成正比的霍尔电压，通过测量该霍尔电压即可间接获得主触点电流值。由于霍尔传感器为非接触式测量，无需串联分流器，避免了分流器在大电流下的发热和功耗问题，且霍尔传感器嵌套在主触点结构中的设计极大降低了配电产品的体积和重量，特别适用于航空领域对减重要求严格的场景。采集的电流值经模拟量传输至处理器后，处理器根据该电流值执行i2t过流保护和短路保护功能。

7、软启动电路设有软启动限流电阻接口，通过该接口接入旁路回路。当处理器收到接通指令后，首先控制软启动电路接通旁路回路，旁路回路中的限流电阻限制了充电电流的大小，使负载端电容通过限流电阻缓慢充电，经过设定延时后负载端电容电压上升至接近电源电压，此时处理器控制光mos驱动电路接通接触器线圈，主触点吸合切换至主回路。该软启动方式与通过pwm控制igbt占空比的软启动方式有本质区别：本发明的软启动是通过旁路限流充电与主回路切换的时序控制实现，切换时间仅需几十毫秒，远短于pwm方式的3-10秒，更适合航空配电系统对快速响应的要求；同时由于旁路充电阶段主触点尚未吸合，电流尖峰由限流电阻抑制，避免了接通瞬间大电流尖峰对主触点的电弧烧蚀和机械冲击，有效提高了主触点的电寿命和机械寿命。

8、处理器根据采集的主触点电流值执行i2t过流保护功能和短路保护功能，根据采集的电压值执行过压保护和欠压警告功能。当主触点电流超过设定的起始保护点时，处理器根据电流值的大小按照反时限特性曲线计算保护动作时间，电流越大动作时间越短，即i2t=k（k为常数），该保护特性与被保护设备（如电缆、电机）的热承受能力曲线相匹配，既能有效保护设备又避免不必要的频繁跳闸。短路保护则当电流达到短路保护点时立即动作，无延时。过压保护当负载电压超过设定电压保护点时执行触点断开，欠压警告当电压低于欠压点时发送警告信息。

9、过流保护功能的起始保护点和反时限电流保护特性曲线可通过can通信电路在线修改。处理器将保护参数存储在非易失性存储器中，上位机通过can总线发送参数修改指令，处理器解析指令后更新保护阈值和特性曲线系数，无需更改硬件即可适配不同负载的保护需求，大大提高了产品的适配性和灵活性。

10、保护后自锁电路在发生过压、过载或短路情况下，主触点断开后进行自锁，在无新的控制指令之前确保主触点断开，当通过can通信电路接收复位指令时自锁解除。保护后自锁电路由硬件锁存器构成，当处理器判断需要执行保护动作时，一方面控制光mos关断使主触点断开，另一方面向自锁电路输出锁存信号，自锁电路锁存该状态并反馈至处理器输入端，使处理器持续保持保护状态，即使故障消失后主触点也不会自动重新吸合，确保只有在操作人员通过can总线发送复位指令后，自锁状态才解除。该硬件自锁机制与纯软件自锁相比，具有更高的可靠性，不受软件跑飞或电磁干扰导致的误动作影响，有效避免了故障保护后的误再接通风险。

11、辅助触点采集主触点的吸合次数，并通过健康监测模块向处理器反馈接触器的健康状态。辅助触点与主触点机械联动，每次主触点吸合/断开时辅助触点同步动作，处理器记录吸合次数并存储，通过分析吸合次数、触点电阻变化趋势等参数评估接触器的剩余寿命和健康状态。同时，所述处理器通过can通信电路实时上报接触器的工作状态、电流电压值及触点吸合次数信息，上位机可实时监控接触器运行，并在需要时下发指令查询或配置参数，实现了接触器的全生命周期健康管理。

12、智能控制模块与所述高压直流接触器采用分体式结构设计并通过螺钉固定，高压直流接触器与智能控制模块之间设有屏蔽合金。该结构设计使得智能控制模块可适配不同额定负载的接触器，提高了通用性；分体式设计也方便故障时的单独更换和维修，降低了维护成本。屏蔽合金的设置有效隔离了接触器功率回路产生的电磁干扰对控制模块的影响，确保了处理器和通信电路的稳定工作。

13、本发明的有益效果：

14、（1）采用旁路切换式软启动技术，在接通容性负载时先通过限流电阻对负载端电容充电，几十毫秒后切换至主回路，有效抑制了接通瞬间的电流尖峰，避免了对主触点的电弧烧蚀和机械冲击，显著提高了主触点的电寿命和机械寿命；

15、（2）采用霍尔传感器嵌套主触点的非接触式大电流检测方案，避免了分流器方案的发热和功耗问题，降低了产品体积和重量，满足了航空领域对减重的严格要求，实现了大电流宽范围高精度采集；

16、（3）采用i2t反时限电流保护技术，保护特性与被保护设备的热承受能力曲线匹配，既能有效保护设备又避免不必要的频繁跳闸，且起始保护点和反时限特性曲线可通过can总线在线修改，无需更改硬件即可适配不同负载，大大提高了产品的适配性和灵活性；

17、（4）采用硬件保护后自锁电路，在过压、过载或短路保护后主触点断开后进行硬件自锁，确保在无新控制指令前主触点保持断开，有效避免了故障保护后的误再接通风险，提高了系统安全性；

18、（5）采用光mos驱动技术实现控制侧与功率侧的光电隔离，避免了功率回路对控制回路的电磁干扰，保证了控制的快速响应和可靠性，同时支持i/o及can总线余度控制，提高了系统的容错能力；

19、（6）通过can通信电路实时上报工作状态、电流电压值及触点吸合次数，并支持在线参数配置和远程控制，实现了接触器的全生命周期智能化管理。