適應寬范圍輸入電壓的飛輪電機母線控制電路及控制方法技術

本發明專利技術公開了一種適應寬范圍輸入電壓的飛輪電機母線控制電路及控制方法，包含由Buck?Boost電壓調整模塊，能耗制動模塊與電機驅動控制模塊構成的升壓電路，所述升壓電路串接在電機一次電源與電機之間，Buck?Boost電壓調整模塊用于對一次電源輸入電壓進行調整，將調整后的電壓輸送至電機中線，使得電機克服反電勢進行加速運行；能耗制動模塊用于對高轉速階段的飛輪進行能耗控制，將電機動能轉換為熱能；電機驅動控制模塊用于接收Buck?Boost電壓調整模塊或能耗制動模塊所述輸出的電流進而控制電機工作。本發明專利技術具有電路構型簡單、器件易實現、可靠度高，適用范圍廣的優點。

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.

【技術實現步驟摘要】
適應寬范圍輸入電壓的飛輪電機母線控制電路及控制方法
本專利技術涉及飛輪電機母線控制電路領域，特別涉及一種適應寬范圍輸入電壓的飛輪電機母線控制電路及控制方法。
技術介紹
目前，衛星提供給星上各單機的一次電源輸入電壓普遍在20V~50V之間，單機內部電路使用的各類二次電源需采用專門的電源轉換電路或DC-DC模塊實現。飛輪作為衛星姿態控制系統的關鍵執行部件，用于對衛星姿態機動和姿態穩定的調整。飛輪內部裝配有無刷直流電機，當電機高轉速運轉時，其反電勢會高于一次電源輸入電壓，因此，隨著飛輪轉速的升高，在現有的一次電源輸入電壓情況下，飛輪輸出力矩會逐漸減小，極限情況下，一次電源輸入電壓過低，造成電機無法克服反電勢做功，使得飛輪無法達到預定轉速。在現有技術中，為了解決上述問題，可選擇增加電機繞組匝數，增大電機力矩系數，此情況下，則需要電路內部對一次電源進行升壓，滿足飛輪高轉速下，高反電勢的功率需求；還可選擇采用增大飛輪慣量，但采用此方法使飛輪體積及重量大幅增加。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種適應寬范圍輸入電壓的飛輪電機母線控制電路及控制方法，利用Buck-Boost電壓調整模塊對一次電源輸入電壓進行調整，將調整后的電壓送至電機中線，使得飛輪電機克服反電勢進行加速運行；利用能耗制動模塊對高轉速階段的飛輪進行能耗控制，將動能轉化為熱能消耗；在飛輪低轉速減速階段，進行反接制動；能耗制動時，不消耗一次電源供電，僅加速階段及反接制動階段消耗一次電源供電。本專利技術完全適用于衛星星上20V~50V的一次電源輸入，經過內部Buck-Boost電路模塊1調整后，電機中線上的給電機三相繞組加載的電壓可隨著轉速的升高由0V逐漸增大，可以超過50V，滿足飛輪高轉速下力矩輸出的要求。為了實現以上目的，本專利技術通過以下技術方案實現：一種適應寬范圍輸入電壓的飛輪電機母線控制電路，包含：Buck-Boost電壓調整模塊，其串接在電機母線的一次電源輸入正端與電機中線V_MOTOR之間；所述Buck-Boost電壓調整模塊用于對一次電源輸入電壓進行調整，將調整后的電壓輸送至所述電機中線，使得電機克服反電勢進行加速運行。能耗制動模塊，其一端與所述Buck-Boost電壓調整模塊的輸出端連接，另一端與一次電源輸出回線連接；所述能耗制動模塊用于對高轉速階段的飛輪進行能耗控制，將電機動能轉換為熱能。電機驅動控制模塊，其一端與所述Buck-Boost電壓調整模塊的輸出端連接，另一端與電機母線負載端連接；所述電機驅動控制模塊用于接收所述Buck-Boost電壓調整模塊或能耗制動模塊所述輸出的電流進而控制電機工作。優選地，所述Buck-Boost電壓調整模塊進一步包含：依次串接到一次電源輸入正端和電機中線V_MOTOR之間的PMOS管Q1、電感線圈L1與單向二極管D2；所述單向二極管D2的正端與電感線圈L1連接，負端與電機中線V_MOTOR連接；續流二極管D1，其負端與所述PMOS管Q1和電感線圈L1的連接處連接，正端與所述一次電源輸出回線連接；NMOS管Q2，其D極連接到所述電感線圈L1與單向二極管D2的連接處，S極與一次電源輸出回線連接；濾波電容C1，其一端與所述單向二極管D2的負端相連，另一端與一次電源輸出回線連接。優選地，所述能耗制動模塊進一步包含：能耗電阻AR1和能耗電阻AR2、NMOS管Q3、單向二極管D3與電容C2；所述能耗電阻AR1和能耗電阻AR2并聯為能耗電阻組；所述能耗電阻組的一端與所述單向二極管D3的正端相連，其另一端與所述NMOS管Q3的D極連接；所述單向二極管D3的負端與電機中線V_MOTOR連接；所述NMOS管Q3的S極與一次電源輸出回線連接；所述NMOS管Q3的G極由PWM3信號控制；所述電容C2的一端與所述單向二極管D3的負端相連，所述電容C2的另一端與連接。優選地，所述電機驅動控制模塊進一步包含：三個單向二極管MDa~MDc，三個驅動NMOS管Qa~Qc以及采樣電阻Rs；所述采樣電阻Rs的一端與地線GND連接，另一端與所述三個驅動NMOS管Qa~Qc的S極連接；所述驅動NMOS管Qa的D極與所述單向二極管MDa的負端連接，所述單向二極管MDa的正端與電機三相繞組的A相引出端連接；所述驅動NMOS管Qa的G極接收邏輯信號PWMa；所述驅動NMOS管Qb的D極與所述單向二極管MDb的負端連接，所述單向二極管MDb的正端與電機三相繞組的B相引出端連接；所述驅動NMOS管Qb的G極接收邏輯信號PWMb；所述驅動NMOS管Qc的D極與所述單向二極管MDc的負端連接，所述單向二極管MDc的正端與電機三相繞組的C相引出端連接；所述驅動NMOS管Qc的G極接收邏輯信號PWMc；所述電機三相繞組的A相繞組包含串聯的等效電阻Ra與電感La；所述電機三相繞組的B相繞組包含串聯的等效電阻Rb與電感Lb；所述電機三相繞組的C相繞組包含串聯的等效電阻Rc與電感Lc；所述等效電阻Ra~Rb與所述電機中線V_MOTOR連接；所述三相繞組端的NMOS管Qa~Qc分別在邏輯信號PWMa~PWMc的控制下輪流導通，每相的相位差為120°。優選地，所述PMOS管Q1與NMOS管Q2的G極分別由PWM1，PWM2信號控制，所述PWM1信號為脈沖低電平階段，PWM2信號為脈沖高電平階段，所述PMOS管Q1與NMOS管Q2同時導通，所述電感線圈L1儲能；或所述PWM1信號為脈沖高電平階段，PWM2信號為脈沖低電平階段，所述PMOS管Q1與NMOS管Q2同時關斷，所述電感線圈L1通過所述續流二極管D1、單向二極管D2，濾波電容C1以及能耗制動模塊的電容C2向負載端釋放，進而對電機母線電壓進行調整；通過調整PWM1和PWM2信號的占空比D，使電機母線電壓高于一次電源輸入電壓，所述Buck-Boost電壓調整模塊以Buck調整模式工作；或使電機母線電壓低于一次電源輸入電壓，所述Buck-Boost電壓調整模塊以Boost調整模式工作；所述電感線圈L1及后端濾波電容C1構成LC濾波電路，用于濾除Buck-Boost電壓調整模塊調整后的輸出電壓上的噪聲及高頻干擾信號。優選地，所述PWM3=0，所述能耗制動模塊關斷；所述PWM3=1，所述能耗制動模塊開啟，對所述PWM信號進行線性調整。優選地，保證飛輪在星上一次電源20~50V寬范圍電壓輸入情況的最大力矩輸出。本專利技術的另一個技術方案為一種基于上述適應寬范圍輸入電壓的飛輪電機母線控制電路的控制方法，包含以下過程：當飛輪處于加速狀態下，且電機反電勢低于一次電源輸入電壓時，所述PWM1和PWM2信號的占空比D<0.5，所述Buck-Boost電壓調整模塊工作在Buck模式；PWM3=0控制能耗制動模塊處于關斷狀態；所述電機驅動控制模塊通過控制三相繞組驅動信號PWMa、PWMb與PWMc依次使電機A、B、C三相繞組輪流導通；當飛輪處于加速狀態下，且電機反電勢不低于一次電源輸入電壓時，PWM1和PWM2信號的占空比D≥0.5，所述Buck-Boost電壓調整模塊工作在Boost模式；PWM3=0控制能耗制動模塊處于關斷狀態；所述電機驅動控制模塊通過控制三相繞組驅動信號PWMa、PWMb與PWMc依次使電機A、B、C三相繞組輪流導通。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種適應寬范圍輸入電壓的飛輪電機母線控制電路，其特征在于，包含：Buck?Boost電壓調整模塊（1），其串接在電機母線的一次電源輸入正端與電機中線V_MOTOR之間；所述Buck?Boost電壓調整模塊（1）用于對一次電源輸入電壓進行調整，將調整后的電壓輸送至所述電機中線，使得電機克服反電勢進行加速運行；能耗制動模塊（2），其一端與所述Buck?Boost電壓調整模塊（1）的輸出端連接，另一端與一次電源輸出回線連接；所述能耗制動模塊（2）用于對高轉速階段的飛輪進行能耗控制，將電機動能轉換為熱能；電機驅動控制模塊（3），其一端與所述Buck?Boost電壓調整模塊（1）的輸出端連接，另一端與電機母線負載端連接；所述電機驅動控制模塊（3）用于接收所述Buck?Boost電壓調整模塊（1）或能耗制動模塊（2）所述輸出的電流進而控制電機工作。

【技術特征摘要】
1.一種適應寬范圍輸入電壓的飛輪電機母線控制電路，其特征在于，包含：Buck-Boost電壓調整模塊（1），其串接在電機母線的一次電源輸入正端與電機中線V_MOTOR之間；所述Buck-Boost電壓調整模塊（1）用于對一次電源輸入電壓進行調整，將調整后的電壓輸送至所述電機中線，使得電機克服反電勢進行加速運行；能耗制動模塊（2），其一端與所述Buck-Boost電壓調整模塊（1）的輸出端連接，另一端與一次電源輸出回線連接；所述能耗制動模塊（2）用于對高轉速階段的飛輪進行能耗控制，將電機動能轉換為熱能；電機驅動控制模塊（3），其一端與所述Buck-Boost電壓調整模塊（1）的輸出端連接，另一端與電機母線負載端連接；所述電機驅動控制模塊（3）用于接收所述Buck-Boost電壓調整模塊（1）或能耗制動模塊（2）所述輸出的電流進而控制電機工作。2.如權利要求1所述一種適應寬范圍輸入電壓的飛輪電機母線控制電路，其特征在于，所述Buck-Boost電壓調整模塊（1）進一步包含：依次串接到一次電源輸入正端和電機中線V_MOTOR之間的PMOS管Q1、電感線圈L1與單向二極管D2；所述單向二極管D2的正端與電感線圈L1連接，負端與電機中線V_MOTOR連接；續流二極管D1，其負端與所述PMOS管Q1和電感線圈L1的連接處連接，正端與所述一次電源輸出回線連接；NMOS管Q2，其D極連接到所述電感線圈L1與單向二極管D2的連接處，S極與一次電源輸出回線連接；濾波電容C1，其一端與所述單向二極管D2的負端相連，另一端與一次電源輸出回線連接。3.如權利要求1所述一種適應寬范圍輸入電壓的飛輪電機母線控制電路，其特征在于，所述能耗制動模塊（2）進一步包含：能耗電阻AR1和能耗電阻AR2、NMOS管Q3、單向二極管D3與電容C2；所述能耗電阻AR1和能耗電阻AR2并聯為能耗電阻組；所述能耗電阻組的一端與所述單向二極管D3的正端相連，其另一端與所述NMOS管Q3的D極連接；所述單向二極管D3的負端與電機中線V_MOTOR連接；所述NMOS管Q3的S極與一次電源輸出回線連接；所述NMOS管Q3的G極由PWM3信號控制；所述電容C2的一端與所述單向二極管D3的負端相連，所述電容C2的另一端與連接。4.如權利要求1所述一種適應寬范圍輸入電壓的飛輪電機母線控制電路，其特征在于，所述電機驅動控制模塊（3）進一步包含：三個單向二極管MDa~MDc，三個驅動NMOS管Qa~Qc以及采樣電阻Rs；所述采樣電阻Rs的一端與地線GND連接，另一端與所述三個驅動NMOS管Qa~Qc的S極連接；所述驅動NMOS管Qa的D極與所述單向二極管MDa的負端連接，所述單向二極管MDa的正端與電機三相繞組的A相引出端連接；所述驅動NMOS管Qa的G極接收邏輯信號PWMa；所述驅動NMOS管Qb的D極與所述單向二極管MDb的負端連接，所述單向二極管MDb的正端與電機三相繞組的B相引出端連接；所述驅動NMOS管Qb的G極接收邏輯信號PWMb；所述驅動NMOS管Qc的D極與所述單向二極管MDc的負端連接，所述單向二極管MDc的正端與電機三相繞組的C相引出端連接；所述驅動NMOS管Qc的G極接收邏輯信號PWMc；所述電機三相繞組的A相繞組包含串聯的等效電阻Ra與電感La；所述電機三相繞組的B相繞組包含串聯的等效電阻Rb與電感Lb；所述電機三相繞組的C相繞組包含串聯的等效電阻Rc與電感Lc；所述等效電阻Ra~Rb與所述電機中線V_MOTOR連接；所述三相繞組端的NMOS管Qa~Qc分別在邏輯信號PWMa~PWMc的控制下輪流導通，每相的相位差為120°。5.如權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐敬勃，孫丹，姜寧翔，譚學謙，殷海艷，
申請(專利權)人：上海航天控制技術研究所，
類型：發明
國別省市：上海,31