适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路及控制方法技术

技术编号:15694752 阅读:338 留言:0更新日期:2017-06-24 10:01
本发明专利技术公开了一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路及控制方法,包含由Buck‑Boost电压调整模块,能耗制动模块与电机驱动控制模块构成的升压电路,所述升压电路串接在电机一次电源与电机之间,Buck‑Boost电压调整模块用于对一次电源输入电压进行调整,将调整后的电压输送至电机中线,使得电机克服反电势进行加速运行;能耗制动模块用于对高转速阶段的飞轮进行能耗控制,将电机动能转换为热能;电机驱动控制模块用于接收Buck‑Boost电压调整模块或能耗制动模块所述输出的电流进而控制电机工作。本发明专利技术具有电路构型简单、器件易实现、可靠度高,适用范围广的优点。

Flywheel motor bus control circuit suitable for wide range input voltage and control method thereof

The invention discloses a fit flywheel motor bus control circuit and control method of wide range input voltage, comprising a Buck Boost voltage regulator module, the module and the energy consumption of the motor braking and driving booster circuit control module, the booster circuit is connected in series between a motor power source and the motor Buck Boost voltage regulator a module is used to adjust the power input voltage, line voltage will be delivered to the motor after the adjustment, the motor back EMF to overcome accelerated operation; the braking module is used for high speed flywheel stage of energy control, the motor kinetic energy is converted to heat; motor drive control module is used for receiving the current Buck Boost voltage regulator module or the output of the braking module and control motor. The invention has the advantages of simple circuit configuration, easy realization of the device, high reliability and wide application range.

【技术实现步骤摘要】
适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路及控制方法
本专利技术涉及飞轮电机母线控制电路领域,特别涉及一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路及控制方法。
技术介绍
目前,卫星提供给星上各单机的一次电源输入电压普遍在20V~50V之间,单机内部电路使用的各类二次电源需采用专门的电源转换电路或DC-DC模块实现。飞轮作为卫星姿态控制系统的关键执行部件,用于对卫星姿态机动和姿态稳定的调整。飞轮内部装配有无刷直流电机,当电机高转速运转时,其反电势会高于一次电源输入电压,因此,随着飞轮转速的升高,在现有的一次电源输入电压情况下,飞轮输出力矩会逐渐减小,极限情况下,一次电源输入电压过低,造成电机无法克服反电势做功,使得飞轮无法达到预定转速。在现有技术中,为了解决上述问题,可选择增加电机绕组匝数,增大电机力矩系数,此情况下,则需要电路内部对一次电源进行升压,满足飞轮高转速下,高反电势的功率需求;还可选择采用增大飞轮惯量,但采用此方法使飞轮体积及重量大幅增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路及控制方法,利用Buck-Boost电压调整模块对一次电源输入电压进行调整,将调整后的电压送至电机中线,使得飞轮电机克服反电势进行加速运行;利用能耗制动模块对高转速阶段的飞轮进行能耗控制,将动能转化为热能消耗;在飞轮低转速减速阶段,进行反接制动;能耗制动时,不消耗一次电源供电,仅加速阶段及反接制动阶段消耗一次电源供电。本专利技术完全适用于卫星星上20V~50V的一次电源输入,经过内部Buck-Boost电路模块1调整后,电机中线上的给电机三相绕组加载的电压可随着转速的升高由0V逐渐增大,可以超过50V,满足飞轮高转速下力矩输出的要求。为了实现以上目的,本专利技术通过以下技术方案实现:一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路,包含:Buck-Boost电压调整模块,其串接在电机母线的一次电源输入正端与电机中线V_MOTOR之间;所述Buck-Boost电压调整模块用于对一次电源输入电压进行调整,将调整后的电压输送至所述电机中线,使得电机克服反电势进行加速运行。能耗制动模块,其一端与所述Buck-Boost电压调整模块的输出端连接,另一端与一次电源输出回线连接;所述能耗制动模块用于对高转速阶段的飞轮进行能耗控制,将电机动能转换为热能。电机驱动控制模块,其一端与所述Buck-Boost电压调整模块的输出端连接,另一端与电机母线负载端连接;所述电机驱动控制模块用于接收所述Buck-Boost电压调整模块或能耗制动模块所述输出的电流进而控制电机工作。优选地,所述Buck-Boost电压调整模块进一步包含:依次串接到一次电源输入正端和电机中线V_MOTOR之间的PMOS管Q1、电感线圈L1与单向二极管D2;所述单向二极管D2的正端与电感线圈L1连接,负端与电机中线V_MOTOR连接;续流二极管D1,其负端与所述PMOS管Q1和电感线圈L1的连接处连接,正端与所述一次电源输出回线连接;NMOS管Q2,其D极连接到所述电感线圈L1与单向二极管D2的连接处,S极与一次电源输出回线连接;滤波电容C1,其一端与所述单向二极管D2的负端相连,另一端与一次电源输出回线连接。优选地,所述能耗制动模块进一步包含:能耗电阻AR1和能耗电阻AR2、NMOS管Q3、单向二极管D3与电容C2;所述能耗电阻AR1和能耗电阻AR2并联为能耗电阻组;所述能耗电阻组的一端与所述单向二极管D3的正端相连,其另一端与所述NMOS管Q3的D极连接;所述单向二极管D3的负端与电机中线V_MOTOR连接;所述NMOS管Q3的S极与一次电源输出回线连接;所述NMOS管Q3的G极由PWM3信号控制;所述电容C2的一端与所述单向二极管D3的负端相连,所述电容C2的另一端与连接。优选地,所述电机驱动控制模块进一步包含:三个单向二极管MDa~MDc,三个驱动NMOS管Qa~Qc以及采样电阻Rs;所述采样电阻Rs的一端与地线GND连接,另一端与所述三个驱动NMOS管Qa~Qc的S极连接;所述驱动NMOS管Qa的D极与所述单向二极管MDa的负端连接,所述单向二极管MDa的正端与电机三相绕组的A相引出端连接;所述驱动NMOS管Qa的G极接收逻辑信号PWMa;所述驱动NMOS管Qb的D极与所述单向二极管MDb的负端连接,所述单向二极管MDb的正端与电机三相绕组的B相引出端连接;所述驱动NMOS管Qb的G极接收逻辑信号PWMb;所述驱动NMOS管Qc的D极与所述单向二极管MDc的负端连接,所述单向二极管MDc的正端与电机三相绕组的C相引出端连接;所述驱动NMOS管Qc的G极接收逻辑信号PWMc;所述电机三相绕组的A相绕组包含串联的等效电阻Ra与电感La;所述电机三相绕组的B相绕组包含串联的等效电阻Rb与电感Lb;所述电机三相绕组的C相绕组包含串联的等效电阻Rc与电感Lc;所述等效电阻Ra~Rb与所述电机中线V_MOTOR连接;所述三相绕组端的NMOS管Qa~Qc分别在逻辑信号PWMa~PWMc的控制下轮流导通,每相的相位差为120°。优选地,所述PMOS管Q1与NMOS管Q2的G极分别由PWM1,PWM2信号控制,所述PWM1信号为脉冲低电平阶段,PWM2信号为脉冲高电平阶段,所述PMOS管Q1与NMOS管Q2同时导通,所述电感线圈L1储能;或所述PWM1信号为脉冲高电平阶段,PWM2信号为脉冲低电平阶段,所述PMOS管Q1与NMOS管Q2同时关断,所述电感线圈L1通过所述续流二极管D1、单向二极管D2,滤波电容C1以及能耗制动模块的电容C2向负载端释放,进而对电机母线电压进行调整;通过调整PWM1和PWM2信号的占空比D,使电机母线电压高于一次电源输入电压,所述Buck-Boost电压调整模块以Buck调整模式工作;或使电机母线电压低于一次电源输入电压,所述Buck-Boost电压调整模块以Boost调整模式工作;所述电感线圈L1及后端滤波电容C1构成LC滤波电路,用于滤除Buck-Boost电压调整模块调整后的输出电压上的噪声及高频干扰信号。优选地,所述PWM3=0,所述能耗制动模块关断;所述PWM3=1,所述能耗制动模块开启,对所述PWM信号进行线性调整。优选地,保证飞轮在星上一次电源20~50V宽范围电压输入情况的最大力矩输出。本专利技术的另一个技术方案为一种基于上述适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路的控制方法,包含以下过程:当飞轮处于加速状态下,且电机反电势低于一次电源输入电压时,所述PWM1和PWM2信号的占空比D<0.5,所述Buck-Boost电压调整模块工作在Buck模式;PWM3=0控制能耗制动模块处于关断状态;所述电机驱动控制模块通过控制三相绕组驱动信号PWMa、PWMb与PWMc依次使电机A、B、C三相绕组轮流导通;当飞轮处于加速状态下,且电机反电势不低于一次电源输入电压时,PWM1和PWM2信号的占空比D≥0.5,所述Buck-Boost电压调整模块工作在Boost模式;PWM3=0控制能耗制动模块处于关断状态;所述电机驱动控制模块通过控制三相绕组驱动信号PWMa、PWMb与PWMc依次使电机A、B、C三相绕组轮流导通。本文档来自技高网...
适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路及控制方法

【技术保护点】
一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路,其特征在于,包含:Buck‑Boost电压调整模块(1),其串接在电机母线的一次电源输入正端与电机中线V_MOTOR之间;所述Buck‑Boost电压调整模块(1)用于对一次电源输入电压进行调整,将调整后的电压输送至所述电机中线,使得电机克服反电势进行加速运行;能耗制动模块(2),其一端与所述Buck‑Boost电压调整模块(1)的输出端连接,另一端与一次电源输出回线连接;所述能耗制动模块(2)用于对高转速阶段的飞轮进行能耗控制,将电机动能转换为热能;电机驱动控制模块(3),其一端与所述Buck‑Boost电压调整模块(1)的输出端连接,另一端与电机母线负载端连接;所述电机驱动控制模块(3)用于接收所述Buck‑Boost电压调整模块(1)或能耗制动模块(2)所述输出的电流进而控制电机工作。

【技术特征摘要】
1.一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路,其特征在于,包含:Buck-Boost电压调整模块(1),其串接在电机母线的一次电源输入正端与电机中线V_MOTOR之间;所述Buck-Boost电压调整模块(1)用于对一次电源输入电压进行调整,将调整后的电压输送至所述电机中线,使得电机克服反电势进行加速运行;能耗制动模块(2),其一端与所述Buck-Boost电压调整模块(1)的输出端连接,另一端与一次电源输出回线连接;所述能耗制动模块(2)用于对高转速阶段的飞轮进行能耗控制,将电机动能转换为热能;电机驱动控制模块(3),其一端与所述Buck-Boost电压调整模块(1)的输出端连接,另一端与电机母线负载端连接;所述电机驱动控制模块(3)用于接收所述Buck-Boost电压调整模块(1)或能耗制动模块(2)所述输出的电流进而控制电机工作。2.如权利要求1所述一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路,其特征在于,所述Buck-Boost电压调整模块(1)进一步包含:依次串接到一次电源输入正端和电机中线V_MOTOR之间的PMOS管Q1、电感线圈L1与单向二极管D2;所述单向二极管D2的正端与电感线圈L1连接,负端与电机中线V_MOTOR连接;续流二极管D1,其负端与所述PMOS管Q1和电感线圈L1的连接处连接,正端与所述一次电源输出回线连接;NMOS管Q2,其D极连接到所述电感线圈L1与单向二极管D2的连接处,S极与一次电源输出回线连接;滤波电容C1,其一端与所述单向二极管D2的负端相连,另一端与一次电源输出回线连接。3.如权利要求1所述一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路,其特征在于,所述能耗制动模块(2)进一步包含:能耗电阻AR1和能耗电阻AR2、NMOS管Q3、单向二极管D3与电容C2;所述能耗电阻AR1和能耗电阻AR2并联为能耗电阻组;所述能耗电阻组的一端与所述单向二极管D3的正端相连,其另一端与所述NMOS管Q3的D极连接;所述单向二极管D3的负端与电机中线V_MOTOR连接;所述NMOS管Q3的S极与一次电源输出回线连接;所述NMOS管Q3的G极由PWM3信号控制;所述电容C2的一端与所述单向二极管D3的负端相连,所述电容C2的另一端与连接。4.如权利要求1所述一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路,其特征在于,所述电机驱动控制模块(3)进一步包含:三个单向二极管MDa~MDc,三个驱动NMOS管Qa~Qc以及采样电阻Rs;所述采样电阻Rs的一端与地线GND连接,另一端与所述三个驱动NMOS管Qa~Qc的S极连接;所述驱动NMOS管Qa的D极与所述单向二极管MDa的负端连接,所述单向二极管MDa的正端与电机三相绕组的A相引出端连接;所述驱动NMOS管Qa的G极接收逻辑信号PWMa;所述驱动NMOS管Qb的D极与所述单向二极管MDb的负端连接,所述单向二极管MDb的正端与电机三相绕组的B相引出端连接;所述驱动NMOS管Qb的G极接收逻辑信号PWMb;所述驱动NMOS管Qc的D极与所述单向二极管MDc的负端连接,所述单向二极管MDc的正端与电机三相绕组的C相引出端连接;所述驱动NMOS管Qc的G极接收逻辑信号PWMc;所述电机三相绕组的A相绕组包含串联的等效电阻Ra与电感La;所述电机三相绕组的B相绕组包含串联的等效电阻Rb与电感Lb;所述电机三相绕组的C相绕组包含串联的等效电阻Rc与电感Lc;所述等效电阻Ra~Rb与所述电机中线V_MOTOR连接;所述三相绕组端的NMOS管Qa~Qc分别在逻辑信号PWMa~PWMc的控制下轮流导通,每相的相位差为120°。5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员:徐敬勃孙丹姜宁翔谭学谦殷海艳
申请(专利权)人:上海航天控制技术研究所
类型:发明
国别省市:上海,31

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