一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统技术方案

一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，设置于星上电源与飞轮之间，为飞轮提供瞬时大功率，满足卫星快速机动的需求，包含：超级电容模块；单向DC/DC模块，输入端与所述星上电源连接，输出端与所述超级电容模块连接；双向DC/DC模块，一端与所述超级电容模块双向连接；另一端与所述飞轮双向连接；MCU控制模块，输入端分别与所述单向DC/DC模块、双向DC/DC模块和飞轮连接；输出端连接所述单向DC/DC模块和双向DC/DC模块。本发明专利技术的优点在于既能输出瞬时大功率为卫星快速机动提供能量，又能在飞轮制动时快速回收能量。减少星上电能量的损耗，提高电能量利用率。

Double direction inverter large torque flywheel power supply system based on super capacitor

A big flywheel torque bidirectional inverter power supply system based on super capacitor is arranged on the on-board power supply and provide instantaneous power between the flywheel, flywheel, meet the demand of rapid maneuver includes: super capacitor module; one-way DC/DC module, the input with the star power source, the output end is connected with the super capacitor module; bidirectional DC/DC module, two-way connection end and the super capacitor module; the other end is connected with the two-way flywheel; MCU control module is respectively connected with the input end of the one-way DC/DC module, DC/DC module and two-way flywheel connected; connected with the output end of the one-way and two-way DC/DC module DC/DC module. The invention has the advantages that the instantaneous high-power can be output, the energy can be provided for the rapid maneuver of the satellite, and the energy can be quickly recovered when the flywheel is braked. Reduce the loss of energy on the star, and increase the utilization of electric energy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统
本专利技术涉及航天电源控制领域，具体涉及一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统。
技术介绍
近年来，随着卫星对快速机动需求越来越迫切，对大力矩执行机构的需求也越来越强烈。对于大型卫星而言，可以采用控制力矩陀螺来实现敏捷机动，但在中小卫星姿控系统中，首选使用飞轮作为执行机构。目前国内外飞轮的输出力矩通常不超过0.5Nm，这一情况主要受限于星上供电电压大小有限和功率分配重点不同。针对卫星敏捷机动时间短、电量要求高的特点，利用飞轮电机瞬间大过载能力下的转矩输出特性，通过大幅度提高电机驱动电流可以满足飞轮峰值大力矩输出需求，从而实现飞轮的大力矩化。因此，大功率供电成为大力矩飞轮解决方案之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，应用于中小型卫星供电系统中，设置于星上电源与飞轮之间，为飞轮提供瞬时大功率，满足卫星快速机动的需求，同时当飞轮制动时，能回收能量，提高星上能量的利用率。一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，设置于星上电源与飞轮之间，为飞轮提供瞬时大功率，飞轮反馈当前工作模式，包含：超级电容模块；单向DC/DC模块，输入端与所述星上电源连接，输出端与所述超级电容模块连接，向超级电容模块充电；双向DC/DC模块，一端与所述超级电容模块双向连接，从超级电容模块获取能量或向超级电容模块充电；另一端与所述飞轮双向连接，向飞轮提供电源或从飞轮回收能量；MCU控制模块，输入端分别与所述超级电容模块、单向DC/DC模块、双向DC/DC模块和飞轮连接，采集超级电容模块的电量信息、双向DC/DC模块的电压电流信息以及飞轮的工况信息；输出端连接所述单向DC/DC模块和双向DC/DC模块，控制单向DC/DC模块和双向DC/DC模块的工作状态。上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述MCU控制模块检测超级电容模块中电量存储情况，当超级电容模块中电量高于70%时关闭单向DC/DC模块，当超级电容模块中电量低于50%时打开单向DC/DC模块。上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述双向DC/DC模块与飞轮之间存在三种不同状态：双向DC/DC模块从所述超级电容模块获取能量，向飞轮提供28V/5A的常规电源；双向DC/DC模块从所述超级电容模块获取能量，向飞轮提供70V/40A的瞬时大功率电源；双向DC/DC模块从飞轮回收能量，并存储到超级电容模块中。上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述MCU控制模块根据飞轮反馈的工作模式信息，控制所述双向DC/DC模块分别工作于：反作用飞轮模式，向飞轮提供28V/5A的常规电源；大力矩模式，向飞轮提供70V/40A的瞬时大功率电源；发电机模式，从飞轮回收能量，并存储到超级电容模块中。上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述MCU控制模块包含：CPLD控制单元；第一PWM驱动单元，输入端与CPLD控制单元相连，输出端与所述单向DC/DC模块相连，根据所述CPLD控制单元的控制调整单向DC/DC模块的工作状态；第二PWM驱动单元，输入端与所述CPLD控制单元相连，输出端与所述双向DC/DC模块相连，根据CPLD控制单元的控制调整双向DC/DC模块的工作状态；第一采样单元，输入端与所述超级电容模块相连；第二采样单元，输入端与所述双向DC/DC模块相连；DSP处理单元，输入端分别与所述第一采样单元、第二采样单元和飞轮相连，分别获取单向DC/DC模块、双向DC/DC模块和飞轮的工作信息；输出端与所述CPLD控制单元相连，控制CPLD控制单元工作。上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述超级电容模块包含：超级电容组，由多个超级电容串联而成，快速存储大量电量；电压均衡单元，控制所述超级电容组中每个单体电容上的电压保持均衡。上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述DSP处理单元根据飞轮给出的工作模式信息决定双向DC/DC模块工作状态。上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述DSP处理单元根据第一采样单元给出的电量信息决定第一PWM驱动单元工作状态。上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述DSP处理单元根据第二采样单元给出的电压电流信息决定第二PWM驱动单元工作状态。本专利技术提出的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其优点和有益效果是：本专利技术够满足飞轮大力矩输出时瞬时大功率供电需求，使飞轮能够实现短时间大力矩输出。本专利技术在飞轮反向制动过程中，能够快速回收能量功能，抑制反向制动时泵升电压对星上电源母线输出端的干扰。附图说明图1是本专利技术的系统框图。图2是本专利技术中MCU控制模块的框图。具体实施方式以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本专利技术做进一步阐述。本专利技术利用超级电容存储电量能力强大、充电迅速和放电电流大的特点，以超级电容为设计核心，配合双向DC/DC模块3，实现平时提供常规电源28V/5A，卫星需要快速机动时提供大功率电源70V/40A，飞轮制动时快速回收电能的多项功能。可以有效的解决星上供电电压较低、功率较小的不足。如图1所示，一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，设置于星上电源与飞轮之间，为飞轮提供瞬时大功率，满足卫星快速机动的需求，飞轮则反馈当前工作模式，包含超级电容模块1、单向DC/DC模块2、双向DC/DC模块3和MCU控制模块4。超级电容模块1作为大功率电能的存储介质，可以实现快速的充放电。单向DC/DC模块2，输入端与所述星上电源28V/5A连接，输出端与所述超级电容模块1连接，向超级电容模块1充电，令超级电容模块1储存大量电能。双向DC/DC模块3，一端与所述超级电容模块1双向连接，从超级电容模块1获取能量或向超级电容模块1充电；另一端与所述飞轮双向连接，向飞轮提供电源或从飞轮回收能量。MCU控制模块4，输入端分别与所述超级电容模块1、单向DC/DC模块2、双向DC/DC模块3和飞轮连接，采集超级电容模块1的电量信息、双向DC/DC模块3的电压电流信息以及飞轮的工况信息；输出端连接所述单向DC/DC模块2和双向DC/DC模块3，控制单向DC/DC模块2和双向DC/DC模块3的工作状态。所述MCU控制模块4检测超级电容模块1中电量存储情况，当超级电容模块1中电量高于70%时关闭单向DC/DC模块2，停止向超级电容模块1充电，当超级电容模块1中电量低于50%时打开单向DC/DC模块2，恢复对超级电容模块1充电。所述双向DC/DC模块3与飞轮之间存在三种不同状态：a．双向DC/DC模块3从所述超级电容模块1获取能量，向飞轮提供28V/5A的常规电源；b．双向DC/DC模块3从所述超级电容模块1获取能量，向飞轮提供70V/40A的瞬时（3s左右）大功率电源，使飞轮能够实现短时间大力矩输出；c．在飞轮反向制动过程中，双向DC/DC模块3从飞轮快速回收能量，并存储到超级电容模块1中，抑制反向制动时泵升电压对星上电源母线输出端的干扰。所述MCU控制模块4根据飞轮反馈的工作模式信息，控制所述双向DC/DC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，设置于星上电源与飞轮之间，为飞轮提供瞬时大功率，其特征在于，包含：超级电容模块（1）；单向DC/DC模块（2），输入端与所述星上电源连接，输出端与所述超级电容模块（1）连接，向超级电容模块（1）充电；双向DC/DC模块（3），一端与所述超级电容模块（1）双向连接，从超级电容模块（1）获取能量或向超级电容模块（1）充电；另一端与所述飞轮双向连接，向飞轮提供电源或从飞轮回收能量；MCU控制模块（4），输入端分别与所述超级电容模块（1）、单向DC/DC模块（2）、双向DC/DC模块（3）和飞轮连接，采集超级电容模块（1）的电量信息、双向DC/DC模块（3）的电压电流信息以及飞轮的工况信息；输出端连接所述单向DC/DC模块（2）和双向DC/DC模块（3），控制单向DC/DC模块（2）和双向DC/DC模块（3）的工作状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，设置于星上电源与飞轮之间，为飞轮提供瞬时大功率，其特征在于，包含：超级电容模块（1）；单向DC/DC模块（2），输入端与所述星上电源连接，输出端与所述超级电容模块（1）连接，向超级电容模块（1）充电；双向DC/DC模块（3），一端与所述超级电容模块（1）双向连接，从超级电容模块（1）获取能量或向超级电容模块（1）充电；另一端与所述飞轮双向连接，向飞轮提供电源或从飞轮回收能量；MCU控制模块（4），输入端分别与所述超级电容模块（1）、单向DC/DC模块（2）、双向DC/DC模块（3）和飞轮连接，采集超级电容模块（1）的电量信息、双向DC/DC模块（3）的电压电流信息以及飞轮的工况信息；输出端连接所述单向DC/DC模块（2）和双向DC/DC模块（3），控制单向DC/DC模块（2）和双向DC/DC模块（3）的工作状态。2.如权利要求1所述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其特征在于，所述MCU控制模块（4）检测超级电容模块（1）中电量存储情况，当超级电容模块（1）中电量高于70%时关闭单向DC/DC模块（2），当超级电容模块（1）中电量低于50%时打开单向DC/DC模块（2）。3.如权利要求1所述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其特征在于，所述双向DC/DC模块（3）与飞轮之间存在三种不同状态：双向DC/DC模块（3）从所述超级电容模块（1）获取能量，向飞轮提供28V/5A的常规电源；双向DC/DC模块（3）从所述超级电容模块（1）获取能量，向飞轮提供70V/40A的瞬时大功率电源；双向DC/DC模块（3）从飞轮回收能量，并存储到超级电容模块（1）中。4.如权利要求1所述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其特征在于，飞轮反馈当前工作模式，所述MCU控制模块（4）根据工作模式信息，控制所述双向DC/DC模块（3）分别工作于：反作用飞轮模式，向飞轮提供28V/5A的常规电源；大力矩模式，向飞轮提供70V/40A的瞬时...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丹峰，周华俊，魏新生，孙丹，吴秋轩，
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