具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

上述背景技术中已经说明，传统的反时限功率驱动控制器基于微控制器(MCU)实现，依据实时采样电流实现能量解算、能量积分和跳闸保护来实现对离散量接口的过流保护，用于实现上述过流保护方式的软件复杂度高，系统可靠性低，且电流采样的实时性低，导致微控制器的响应速度慢。

针对上述传统反时限功率驱动控制器实现过流保护所存在的问题，本发明实施例一种反时限功率驱动控制器及其控制方法。

图1为本发明实施例提供的一种反时限功率驱动控制器的结构示意图。飞机机电系统的每个离散量输出接口中均配置有一个本发明实施例提供的反时限功率驱动控制器，该反时限功率驱动控制器可以包括：依次连接的能量步长配置模块，能量累计模块，能量比较模块和逻辑控制模块。

如图1所示反时限功率驱动控制器的结构中，能量步长配置模块中配置有能量步长查找表，能量步长查找表中设置有多个能量步长项。基于其配置的能量步长查找表以及该表中所设置的多个能量步长项，该能量步长配置模块可以根据输入的多个过流指示信号和能量步长查找表中与每个过流指示信号对应的能力步长项，输出对应的能量信息。

如图1所示，示意出能量步长查找表中的“n倍能量步长、...、i倍能量步长、...、b倍能量步长、a倍能量步长”；每个过流指示信号具有对应的能力步长项，如图1所示，n倍能量步长为对应的n倍过流指示信号为1时的累积能量步长，i倍能量步长为对应的i倍过流指示信号为1时的累积能量步长，b倍能量步长为对应的b倍过流指示信号为1时的累积能量步长，a倍能量步长为对应的a倍过流指示信号为1时的累积能量步长因此，本发明实施例中的能量步长配置模块根据上述4种不同倍数的流指示信号及其相应对应的能力步长项，输出相对应的能量信息。

本发明实施例中的能量累计模块，用于根据能量步长配置模块输出的能量信息，将最大能量信息累积到上一次的能量累积结果中，并输出当前能量累积结果。在本发明实施例中，能量累计模块并非将输入的所有能量信息进行累积，而是提取出最大能量信息，将其累积到上一次的能量累积结果中，从而形成当前能量累积结果。

本发明实施例中的能量比较模块，用于将当前能量累积结果与跳闸门限进行比较，输出跳闸指示信号。该能量比较模块例如为一个比较器，该比较器中预设有跳闸门限，基于比较结果，输出为0或1的跳闸指示信号，用于后续进行逻辑判断。

本发明实施例中的逻辑控制模块，用于根据跳闸指示信号和上位机发出的控制指令，输出用于控制后端驱动电路使能的驱动控制信号。该逻辑控制模块可以为一个逻辑门，不仅接收到能量比较模块输出的跳闸指示信号，还接收到上位机发出的控制指令，从而对这两个信号进行逻辑判断，以输出用于控制后端驱动电路使能的驱动控制信号。

本发明实施例提供两方面的内容，第一方面，提供了一种反时限功率驱动控制器，且该反时限功率驱动控制器基于可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)实现，图2为本发明实施例提供的另一种反时限功率驱动控制器的工作原理示意图。反时限功率驱动控制器的内部配置有可配置的能量步长查找表，如[step_nmul、.......、step_2mul、step_1mul]，反时限功率驱动控制器通过并行总线与上位机交互，其输入包含：时钟输入信号、控制指令和多个过流指示信号，且多个过流指示信号形成列表[flag_nmul、.......、flag_2mul、flag_1mul]，输出包含：驱动控制信号i2t_command。

本发明实施例中，每个过流指示信号flag_nmul为1时，表示驱动控制信号后端的驱动电路的电流大于驱动电路的n倍额定电流，所述驱动控制信号i2t_command为1表示使能驱动电路输出。

本发明实施例中，能量步长查找表与过流指示信号列表相对应，如图2所示，step_nmul为对应的过流指示信号flag_nmul为1时的累积能量步长，表征反时限能量累积的速度，上位机根据负载的额定电流+(每一个指示信号对应额定电流的一个倍数，额定电流的每个倍数对应一个保护时间，每一个保护时间对应一个能量步长)，可通过并行总线接口列表中的每个对能量步长进行配置。

第二方面，提供了一种反时限功率控制方法，应用在反时限功率驱动控制器中，包括如下执行步骤：

依据过流指示信号列表和能量步长查找表，计算出累积能量sum_energy；

比较累积能量sum_energy和跳闸门限thr_energy，产生跳闸指示信号flag_trip；

当flag_trip为1时，将i2t_command置为0，禁止驱动电路输出；

可选地，能量累积过程可描述为：

当过流指示信号flag_nmul、......、flag_2mul、flag_1mul均为1时，累积能量sum_energy自加step_nmul；

当过流指示信号flag_2mul、flag_1mul均为1时，累积能量sum_energy自加step_2mul；

当过流指示信号flag_1mul为1时，累积能量sum_energy自加step_1mul。

可选地，跳闸指示信号flag_trip可由上位机通过并行总线接口周期读取，当处理器读取并判断flag_trip为1时，上位机可通过并行总线接口撤销输出指令。

可选地，累积能量sum_energy可由上位机通过并行总线接口清零，从而进行输出重试。

以下对发明实施例提供的上述两方面内容进行详细说明。

上述实施例中已经说明，飞机机电系统的每个离散量输出接口中配置有一个本发明实施例提供的反时限功率驱动控制器，且由于离散量输出接口可能因反时限功率驱动控制器提供的反时限功率保护处于跳闸保护状态，此时，所有过流指示信号和对应的能量信息均为0。该情况下，本发明实施例中的能量累计模块，还用于在本驱动器所属的离散量输出接口处于跳闸保护状态后，根据均为0的所有过流指示信号和对应的能量信息，对上一次的能量累积结果减1，直到输出的当前能量累积结果小于跳闸门限后，该离散量输出接口退出跳闸保护状态。

需要说明的是，离散量输出接口处于跳闸保护状态时，输出的驱动控制信号由能量比较模块的输出和上位机输出的控制指令决定，退出跳闸保护状态后，上位机的控制指令为1，输出的驱动控制信号为1，上位机的控制指令为0，输出的驱动控制信号为0。

上述实施例中已经说明，逻辑控制模块输出的驱动控制信号连通到后端驱动电路，以控制后端驱动电路的使能状态。本发明实施例中，每个过流指示信号对应后端驱动电路额定电流的一个指定倍数，额定电流的每个倍数对应一个过流保护时间，每一个过流保护时间对应能量步长查找表中一个能量步长项。

基于上述每个过流指示信号的对应关系的说明，本发明实施例中的每个过流指示信号的形成方式为：每个过流指示信号为：对后端驱动电路的输出电流经过与本过流指示信号对应的预设电流门限的比较后，反馈到能量步长配置模块的指示信号；即每个过流指示信号均为后端驱动电路输出的电流经过电流门限对比后所形成的反馈信号。

在具体实施中，后端驱动电路输出电流后可以并联多个比较器，每个比较器中的预设电压值通过上述预设电流门限计算得到，每个比较器中配置有与预设电流门限对应的预设电压值，采用比较器将输出电流进行比较处理后，反馈形成对应倍数的过流指示信号。其中，该比较器的实现方式为：输出电流大于或等于预设电流门限时，输出为1，小于预设电流门限时，输出为0。

如图1所示，本发明实施例中的多个过流指示信号包括：依次增大的a倍、b倍、...、i倍、...、n倍过流指示信号。并且需要说明的是，在i倍过流指示信号为1时，i倍及小于i倍的所有过流指示信号输出为1，大于i倍的所有过流指示信号输出为0；例如，在i倍过流指示信号为1时，i倍、...、b倍和a倍过流指示信号的输出均为1，在n倍过流指示信号为1时，所有过流指示信号均为1，在b倍过流指示信号为1时，b倍和a倍过流指示信号的输出均为1。

基于上述各个过流指示信号的具体信号值为0或者1，能量步长配置模块，具体用于在i倍过流指示信号为1时，输出i倍及小于i倍的所有过流指示信号对应的能量信息，对于大于i倍的所有过流指示信号的能量信息则输出为0，即不考虑n倍到i+1倍过流指示信号的能量信息。

基于上述能量步长配置模块所输出的能量信息，由于i倍及小于i倍的所有过流指示信号对应的能量信息中，最大能量信息为i倍过流指示信号对应的能量信息，因此，该情况下，能量累计模块，具体用于将i倍过流指示信号对应的能量信息累积到上一次的能量累积结果中。

在本发明实施例的一个具体实现方式中，能量步长配置模块通过并行总线接口与上位机连接，用于通过上位机基于离散量输出接口与其负载对过流保护时间的要求，对能量步长查找表中的每个能量步长项进行配置。

在本发明实施例的另一个具体实现方式中，能量比较模块通过并行总线接口与上位机连接，用于配置跳闸门限；该跳闸门限可以表征后端驱动电路的最大能量耗散时间，也即能量累积模块的能量累积结果减到0所需的时间。

在本发明实施例的再一个具体实现方式中，能量累计模块还可以接入复位指令，用于在离散量输出接口处于跳闸保护状态后，通过上位机发出的复位指令重新进行能量累积。

本发明实施例提供的反时限功率驱动控制器，基于可编程逻辑器件进行结构和功能的设计，依据过流指示信号列表和可配置的能量步长查找表，执行能量累积，从而实现了依据功率组件额定电流大小(该离散量输出接口连接的负载功率不同)，对反时限功率驱动控制器配置不同的保护时间(具体配置在能量步长查找表中)的智能保护功能，从而可以减少跳闸误动作，保证了接口安全输出；需要说明的是，上述配置的保护时间可计算出过流保护时间，即该过流保护时间是依据该离散量输出接口的负载额定电流所获得的，因此，本发明中的过流保护时间与相应负载具有对应性，可以提供针对对应负载的过流保护时间，即实现了适应不同离散接口的反时限智能保护，使得反时限智能保护具有更高的合理性。另外，本发明实施例提供的反时限功率驱动控制器中简化了软件算法，实现了快响应、宽场景下的高密度离散量输出接口输出的反时限保护，灵活性高，可扩展性强，具有较高的应用价值。

基于本发明上述各实施例提供的反时限功率驱动控制器，本发明实施例还提供一种反时限功率驱动控制器的控制方法，该控制方法为采用本发明上述任一实施例提供的反时限功率驱动控制器所执行的，本发明实施例提供的控制方法可以包括如下步骤：

步骤1，根据输入多个过流指示信号和能量步长查找表中与每个过流指示信号对应的能力步长项，输出对应的能量信息；

步骤2，根据每个过流指示信号对应的能量信息，将最大能量信息累积到上一次的能量累积结果中，并输出当前能量累积结果；

步骤3，将当前能量累积结果与跳闸门限进行比较，输出跳闸指示信号，并根据跳闸指示信号和上位机发出的控制指令，输出用于控制后端驱动电路使能的驱动控制信号。

进一步地，基于本发明实施例所提供的能量步长配置模块的可配置性能，本发明实施例提供的控制方法，还可以包括：

步骤a，根据离散量输出接口与其负载对过流保护时间的要求，对能量步长查找表中的每个能量步长项进行配置。

进一步地，本发明实施例提供的控制方法，在通过上述步骤1到步骤3中的流程对本离散量输出接口进行反时限智能保护之后，离散量输出接口变化为跳闸保护状态，此后，该控制方法还可以包括：

步骤4，在离散量输出接口处于跳闸保护状态后，基于所有过流指示信号和对应的能量信息均为0，对上一次的能量累积结果减1，直到输出的当前能量累积结果小于跳闸门限后，离散量输出接口退出跳闸保护状态；

步骤5，在离散量输出接口处于跳闸保护状态后，通过上位机发出的复位指令重新进行能量累积。

以下通过一个具体实施示例对本发明实施例提供的反时限功率驱动控制器及其控制方法的具体实施方式进行说明。

如图3所示，为本发明具体实施例提供的反时限功率驱动控制器及其控制方法的原理示意图。该具体实施例提供的反时限功率驱动控制器基于可编程逻辑器件实现，通过并行总线接口与上位机进行数据交互。其输入信号除过时钟信号之外，还包括多个过流指示信号，其中4倍过流指示信号为1表示后端驱动电路中电流大于4倍额定电流，3倍过流指示信号为1表示电路中电流大于3倍额定电流，2倍过流指示信号为1表示电路中电流大于2倍额定电流，1倍过流指示信号为1表示电路中电流大于1倍额定电流。

其输出包含驱动控制信号，驱动控制信号为1时，使能驱动电路输出。与多个过流指示信号相对应，反时限功率驱动控制器内部包含多个能量步长寄存器，存储有能量步长查找表，其值用于表征在对应过流指示信号为1时控制器能量累积的速度。能量步长寄存器可依据功率组件的实际额定电流，由上位机通过并行总线接口进行配置。

上位机通过并行总线接口加载输出控制指令，当驱动电路不过流时，控制器将驱动控制信号置为1，使能驱动电路输出。

上位机通过并行总线接口加载输出就控制指令，当驱动电路过流时，控制器依据过流指示信号和能量步长计算累积能量，具体存在以下几种情况：

情况1、当4倍过流指示信号、3倍过流指示信号、2倍过流指示信号和1倍过流指示信号均为1时，表示后端驱动电路中的电流大于4倍驱动电路的额定电流，反时限功率驱动控制器在上一次能量累积结果的基础上加上4倍能量累积步长；

情况2、当3倍过流指示信号、2倍过流指示信号和1倍过流指示信号均为1时，表示后端驱动电路中的电流大于3倍驱动电路的额定电路电流，反时限功率驱动控制器在上一次能量累积结果的基础上加上3倍能量累积步长；

情况3、当2倍过流指示信号和1倍过流指示信号均为1时，表示后端驱动电路中的电流大于2倍驱动电路的额定电路电流，反时限功率驱动控制器在上一次能量累积结果的基础上加上2倍能量累积步长；

情况4、当只有1倍过流指示信号为1时，表示后端驱动电路中的电流大于1倍驱动电路的额定过流，反时限功率驱动控制器在上一次能量累积结果的基础上加上1倍能量累积步长；

情况5、当所有的过流指示信号均为0时，表示后端驱动电路中的电流小于驱动电路的额定电路，反时限功率驱动控制器在上一次能量累积结果的基础上减去1。

反时限功率驱动控制器在能量累积的同时将能量累积结果与跳闸门限进行比较，当累积结果大于跳闸门限时，表明驱动电路已不能承受因过流产生的能量，此时反时限驱动控制器将跳闸指示信号置为1，并强制将驱动控制信号置为0，禁止驱动电路输出。

上位机通过并行总线接口周期读取跳闸指示，当跳闸指示为1时，表明驱动电路存在过流情况，此时撤销输出指令。当需要再次输出时，情况通过并行总线接口复位指令，将能量累积结果清零，并再加载输出指令。

上位机还可以通过并行总线接口配置能量步长，以调整对应过流指示信号有效时的跳闸保护时间。例如，当时钟信号的周期为5us，跳闸门限为1400000(跳闸门限为1400000表征驱动电路在过流跳闸7s后能将能量完全耗散)，此时，要将4倍过流指示信号有效时的跳闸保护时间设置为200ms，则需要上位机处理器将4倍能量步长配置为35，具体计算方法为1400000/(200ms/5us)。此时，又因为负载变化，需要将4倍过流指示信号有效时的跳闸保护时间更改为20ms，则只需要上位机处理器将4倍能量步长配置为350。

本发明实施例基于可编程逻辑器件设计的反时限功率驱动控制器，依据多个过流指示信号和多个可配置能量步长实现能量累积，替代了传统反时限控制器基于实时采样电流的能量积分方法，简化了算法，实现了快响应、宽场景的高密度功率输出反时间特性保护，克服了传统反时限算法复杂度高、响应实时性差的缺点。

本发明实施例提供的反时限功率驱动控制器及其控制方法，可以应用于大功率离散量输出接口，特别适用于有较高安全性要求的机载计算机领域。该反时限功率驱动控制器基于可编程逻辑器件实现，通过依据电流指示信号和可配置能量步长查找表，完成能量积分，并通过与能量门限比较，产生跳闸指示信号，表征控制输出指令是否有限，仅当输出指令为高，且跳闸指示信号为低时，控制器使能功率输出接口。本发明实施例依据过流指示信号和可配置能量步长查找表，通过加法器实现能量积分的方式，克服了传统反时限算法复杂度高、响应实时性差的缺点，实现了快响应、宽场景的高密度功率输出反时间特性保护，且灵活性与扩展性强，可广泛应用于工业领域。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。