一种机载整流电源频率瞬变控制系统

摘要

本发明公开了一种机载整流电源频率瞬变控制系统，涉及电源供电技术领域，包括交流电压采样电路、交流电流采样电路、过零检测电路、驱动电路以及DSP控制器；在输入电压频率在稳态区间运行时，DSP控制器工作在基于坐标变换的双闭环PID解耦控制模式，DSP控制器将计算得到的脉冲驱动信号经驱动电路放大后送至功率变换器，使得整流电源输出电压保持稳定；输入电压频率发生瞬变时，DSP控制器基于坐标变换的双闭环PID解耦控制算法基础上叠加输入电压前馈控制，以提高电网电压利用率，使得整流电源输出电压保持稳定；实现了整流电源在后端负载突变或者发动机转速突变等原因引起的输入电压频率瞬变时，输出电压的稳定控制。

说明书

技术领域

本发明涉及电源供电技术领域，具体是一种机载整流电源频率瞬变控制系统。

背景技术

航空电网交流电压主要由发电机提供，发电机容量一般相对较小，因此负载变化时电网更容易受到污染。传统的变压器整流技术因体积和重量较大，无法配备足够冗余设备，而且变压器工作在不同频率段时会发出较大噪音，产生空间辐射干扰，可能会干扰其他电子设备。同时，由于飞机工作模式的切换和负载突变容易引起航空电网较大波动，使得航空电网频率突变较大，容易引起整流电源及后端设备无法正常工作，甚至会损坏后端设备。由于变压器整流技术为了适应航空电网频率瞬变特性，提高电源设计余量、增大设备的体积和重量，间接限制了飞机的有效载荷。基于以上不足，本发明提出一种机载整流电源频率瞬变控制系统。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种机载整流电源频率瞬变控制系统。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种机载整流电源频率瞬变控制系统，包括交流电压采样电路、交流电流采样电路、过零检测电路、驱动电路以及DSP控制器；

所述交流电压采样电路用于实时采集三相输入电压信号，为输入过流保护功能、锁相环提供数据来源；所述交流电流采样电路用于实时采集三相输入电流信号；为坐标变换、输入过流保护功能提供数据来源；

所述过零检测电路用于获取三相输入电压信号，以捕捉交流信号过零信息，为DSP控制器频率计算提供数据来源；当DSP控制器计算出输入电压频率后，判断输入电压频率是否发生瞬变；

若判断输入电压频率在稳态区间运行，即未发生频率瞬变或者频率变化未超过瞬变频率参考值，则DSP控制器工作在基于坐标变换的双闭环PID解耦控制模式，分别完成电压外环的闭环控制及电流内环的闭环控制；

若判断输入电压频率发生瞬变，即频率变化值超过瞬变频率参考值，则DSP控制器判断输入电压频率变化值处于何种区间，进而在基于坐标变换的双闭环PID解耦控制算法基础上叠加不同比例的输入电压前馈值，使得整流电源输出电压保持稳定。

进一步地，所述DSP控制器用于将脉冲驱动信号经驱动电路放大后送至功率变换器，使得整流电源输出电压保持稳定。

进一步地，驱动电路包括驱动变压器、相互独立的副边驱动供电电压、隔离芯片、驱动芯片及相关电阻和电容；

DSP控制器将脉冲驱动信号生成后，经逻辑芯片送至驱动电路原边输入，经隔离芯片后送至驱动芯片，最后送至功率变换器中的主功率管驱动引脚，完成脉冲驱动信号传输。

进一步地，在功率变换器中的主功率管两端设置有两个瞬态抑制二极管，用于抑制高频驱动信号在主功率管开通和关断过程中产生的正压尖峰和负压尖峰信号，保证主功率管驱动电压工作在合理区间。

进一步地，基于坐标变换的双闭环PID解耦控制模式的具体控制步骤如下：

交流电流采样信号处理后经过dq坐标变换，实现电流环中电流的有功分量和无功分量解耦；然后分别对有功分量和无功分量进行PI调节；

最后再进行dq坐标逆变换，实现输入交流电流的单位功率因数校正功能；其中，交流电流采样信号即为三相输入电流信号；

电压环作为控制外环，用于实现对输出电压的闭环控制；电流环作为控制内环，用于实现交流电流的闭环控制；电压环的输出量作为电流环的输入量实现双闭环PID控制，使得输入电流能够及时跟踪输入电压。

进一步地，脉冲驱动信号作为功率变换器中主功率管的驱动来源，用于实现开关管的PWM脉冲控制，维持输出电压稳定；所述功率变换器用于将输入交流电压变换成输出直流电压。

进一步地，输出直流母线电压为345VDC-385VDC范围内的任意值。

进一步地，该系统还包括滤波电感、输出缓启电路、输出电容、输出电压采样电路以及辅助电源；所述滤波电感为BOOST储能电感；

所述输出缓启电路用于实现输出电压缓启动功能，抑制启动冲击电流；所述输出电容用于实现输出稳压与储能功能；所述辅助电源用于为整流电源各功能电路提供电压；所述输出电压采样电路用于采集输出电压实时数据，并为电压环PI控制提供反馈信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中在输入电压频率在稳态区间运行时，DSP控制器工作在基于坐标变换的双闭环PID解耦控制模式，DSP控制器将计算得到的脉冲驱动信号经驱动电路放大后送至功率变换器，使得整流电源输出电压保持稳定；输入电压频率发生瞬变时，DSP控制器基于坐标变换的双闭环PID解耦控制算法基础上叠加输入电压前馈控制，以提高电网电压利用率，使得整流电源输出电压保持稳定，实现了整流电源在后端负载突变或者发动机转速突变等原因引起的输入电压频率瞬变时，输出电压的稳定控制；使得后端负载在飞机的不同飞行模式以及负载突变时，整流电源均能稳定可靠运行，达到输入电压瞬变控制的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统框图。

图2为本发明的控制算法原理图。

图3为本发明的实施流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，一种机载整流电源频率瞬变控制系统，包括滤波电感、功率变换器、输出缓启电路、输出电容、辅助电源、交流电压采样电路、交流电流采样电路、输出电压采样电路、过零检测电路、驱动电路以及DSP控制器；

其中，滤波电感为BOOST储能电感；功率变换器用于将输入交流电压变换成输出直流电压；当电源上电瞬间，输出缓启电路用于实现输出电压缓启动功能，抑制启动冲击电流；输出电容用于实现输出稳压与储能功能；辅助电源用于为整流电源各功能电路提供各种电压；

其中，交流电压采样电路用于实现输入三相电压采样功能，为输入过流保护功能、锁相环提供数据来源；交流电流采样电路实现输入三相电流采样功能，为坐标变换、输入过流保护等功能提供数据来源；

输出电压采样电路用于采集输出电压实时数据，并为电压环PI控制提供反馈信号；过零检测电路用于采集三相输入电压信号，以捕捉交流信号过零信息，为DSP控制器频率计算提供数据来源；

DSP控制器发出的脉冲驱动信号经驱动电路转换后提高信号的驱动能力，并驱动功率变换器中的主功率管；DSP控制器用于实现采样信号处理、保护功能实现、算法控制等核心功能；

其中，如图1所示，以整流电源的驱动电路作为实施例进行说明；

驱动电路主要由驱动变压器、相互独立的副边驱动供电电压、隔离芯片、驱动芯片及相关电阻和电容等器件组成；DSP控制器将驱动信号生成后，经逻辑芯片送至驱动电路原边输入，经隔离芯片后送至驱动芯片，最后送至功率变换器中的主功率管驱动引脚，完成驱动信号传输；

同时，为减小高频驱动信号在主功率管开通和关断过程中产生的电压尖峰，在主功率管两端设置两个瞬态抑制二极管，抑制驱动正压尖峰和负压尖峰信号，保证功率管驱动电压工作在合理区间；

如图2所示，电压环作为控制外环，主要实现对输出电压的闭环控制；电流环作为控制内环，主要实现交流电流的闭环控制；电压环的输出量作为电流环的输入量实现双闭环PID控制，使得输入电流能够及时跟踪输入电压；

交流电流采样信号处理后经过dq坐标变换，实现电流环中电流的有功分量和无功分量解耦，然后分别对有功分量和无功分量进行PI调节，最后再进行dq坐标逆变换，实现输入交流电流的单位功率因数校正功能；

当输入电压发生频率瞬变时，在脉冲驱动信号中叠加输入电压前馈量，以提高输入电压的利用率，提高输入电压频率瞬变时输出电压的鲁棒性；

在控制算法中，交流电压采样信号作为过零检测电路的输入，为计算系统工作频率的间接输入参数；交流电流采样作为坐标变换、控制算法的核心参数来源；输出电压采样为电压外环控制的目标参数；脉冲驱动信号作为功率变换器功率管的驱动来源，用于实现开关管的PWM脉冲控制，维持输出电压稳定。

如图3所示，一种机载整流电源频率瞬变控制系统的工作流程如下：

首先通过交流电压采样电路采集输入三相电压的实时数据，经过零检测电路进行过零信号采集，以捕捉交流信号过零信息，为DSP控制器频率计算提供数据来源；

计算出输入电压频率后，若判断输入电压频率在稳态区间运行，即未发生频率瞬变或者频率变化未超过瞬变频率参考值，则DSP控制器按照既定的控制流程，分别完成电压外环的闭环控制及电流内环的闭环控制，使整流电源输出电压稳定输出，负载满功率正常运行。

若判断输入电压频率发生瞬变，即频率变化值超过瞬变频率参考值进入瞬态模式，则DSP控制器判断输入瞬变频率参考值处于何种区间，进而叠加不同比例的输入电压前馈值，即实现了输入电压频率瞬变时，整流电源输出电压稳定输出，负载满功率正常运行；

以上两种工作模式(稳态及瞬态)，DSP控制器以输入频率计算结果作为输入频率稳态和瞬态工模式判断的依据。根据输入频率不同工作模式，调整输入电压前馈值，进而实现输入电压频率发生瞬变时，整流电源输出电压稳定输出，负载满功率正常运行。

本实施方式中，输出直流母线电压为345VDC-385VDC范围内的任意值。如输出母线的初始输出电压为365V，初始输入电压为115Vac，当输入电压频率瞬变到320Hz、360Hz、640Hz及800Hz时，经过DSP控制器叠加输入电压前馈控制后，使整流电源输出电压稳定输出，负载满功率正常运行。

本发明专利实现了机载三相整流电源输入电压频率瞬变时，输出电压的稳定控制，使得后端负载在飞机的不同飞行模式以及负载突变时，整流电源均能稳定可靠运行，达到输入电压瞬变控制的效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。