基于FPGA的航空固态功率控制器研究

发布时间：2017-08-04 23:09

  本文关键词：基于FPGA的航空固态功率控制器研究

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【摘要】：随着现代航空技术的不断发展,飞机上的用电设备大大增加,传统配电已经不能满足飞机发展的需要,固态配电方式因为重量小,自动化程度高,能够大大减轻飞行员的工作量,弥补了传统配电方式的不足。在固态配电中,保护电气设备的一个关键器件就是固态功率控制器(SSPC)。SSPC是一种利用MOS管来代替断路器以及继电器为一体的固态元件,具备无电弧、无触点、无噪声、电磁干扰小、响应快、可靠性高、寿命长以及便于计算机远程控制等特点,还能够提供实时的状态监控。研究以现代飞机的要求为前提,以SSPC的原理、反时限算法等关键技术的应用为基础,设计了一种基于FPGA的SSPC。首先研究了固态配电方式以及SSPC的结构,给出了SSPC的总体结构框图。根据SSPC的总体结构对其各软、硬件模块分别进行了设计,充分利用FPGA庞大的内部资源来实现系统的核心逻辑处理,减少了外围硬件的使用,减小了SSPC的体积。其次为了对负载提供可靠的保护,提高维护时的工作效率,论文深入研究了SSPC的三级降栅压、负载在线检测以及反时限保护技术,并将这三大技术成功应用到SSPC中。其后又对上位机和SSPC的通信进行了详细的研究。论文的最后,对MOS管的通断、系统通信以及反时限进行了实验测试,结果表明,设计的SSPC能够完成各项要求。
【关键词】：固态功率控制器 降栅压技术 负载在线检测 反时限保护 通信
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V243;TN791
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 背景及研究意义9-10
• 1.2 SSPC的国内外发展现状10-11
• 1.3 研究内容及安排11-12
• 1.3.1 主要研究内容11-12
• 1.3.2 论文的具体结构安排12
• 1.4 本章小结12-13
• 第二章 飞机固态配电系统简介13-16
• 2.1 电源系统处理机13-14
• 2.2 电气负载管理中心14
• 2.3 固态功率控制器14-15
• 2.4 本章小结15-16
• 第三章 基于FPGA的固态功率控制器方案设计16-38
• 3.1 SSPC的方案设计16-20
• 3.2 硬件电路的设计20-29
• 3.2.1 功率开关的设计20
• 3.2.2 驱动电路和缓冲保护电路设计20-24
• 3.2.3 信号采集及调理电路的设计24-26
• 3.2.4 A/D转换电路的设计26-27
• 3.2.5 FPGA处理模块的设计27-28
• 3.2.6 电源模块的设计28-29
• 3.3 SSPC的软件设计29-32
• 3.3.1 系统时钟模块的设计29
• 3.3.2 A/D信息采集模块的设计29-30
• 3.3.3 开关量采集模块的设计30-31
• 3.3.4 故障信息缓存模块的设计31-32
• 3.4 USB通信的设计32-37
• 3.4.1 FX2在通信中的应用32-33
• 3.4.2 Slave FIFO读写的设计33-35
• 3.4.3 USB通信的软件设计35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 SSPC关键技术研究38-48
• 4.1 三级降栅压技术研究38-41
• 4.2 负载连接状态在线检测技术研究41-44
• 4.3 反时限过流保护研究44-47
• 4.3.1 反时限过流保护原理44
• 4.3.2 反时限过流算法的推导44-46
• 4.3.3 反时限过流保护的软件设计46-47
• 4.4 PCB抗干扰的设计47
• 4.5 本章小结47-48
• 第五章 系统实验结果及其可靠性分析48-53
• 5.1 MOS管的通断波形测试48-49
• 5.2 系统通信模块的测试49-50
• 5.3 反时限过流保护实验50-51
• 5.4 系统设计的可靠性分析51-52
• 5.5 本章小结52-53
• 第六章 总结与展望53-55
• 6.1 论文的总结53-54
• 6.2 对SSPC的展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-60
• 攻读硕士期间发表论文60

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本文编号：622151