流以實(shí)現(xiàn)均流。將N個(gè)主功率模塊中設(shè)置一個(gè)為主功率模塊，其他Ν-l個(gè)位從功率模塊?？紤]到航天電源控制器空間運(yùn)行環(huán)境中存在單粒子翻轉(zhuǎn)和抗輻照風(fēng)險(xiǎn)、采用了冗余設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA給出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換電路后連接表決電路，表決電路的輸出分別控制所述N個(gè)主功率模塊；對(duì)一個(gè)主功率模塊進(jìn)行采樣，所述采樣信號(hào)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的FPGA，從功率模塊只采樣電流值，所述N個(gè)FPGA互為備份。
[0020]以3個(gè)功率模塊為例，表決電路為三取二表決電路，即三個(gè)FPGA模塊同時(shí)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)三取二表決電路輸出一個(gè)有效值給到變換器。表決電路的輸出為一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，該控制信號(hào)通過(guò)均流算法或移相算法，分別得到N個(gè)功率模塊的控制信號(hào)，并通過(guò)D/A輸出到N個(gè)功率模塊；所述N個(gè)模塊的開關(guān)相位存在相等的移相角，或者說(shuō)相等的相位差。
[0021]附圖4給出了三取二表決電路的示意圖，給出了當(dāng)V1>V2>V3時(shí)的電路輸出狀態(tài)。通過(guò)三取二表決電路可以保證三路輸入內(nèi)有效的值作為輸出，提高了電源控制器的可靠性。
[0022]附圖5給出了 FPGA內(nèi)部控制策略示意圖，其中DPLL為數(shù)字鎖相環(huán)，DPWM為數(shù)字調(diào)制模塊，移相功能模塊實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊間的移相，保護(hù)邏輯模塊進(jìn)行邏輯判斷和實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。
[0023]需要特別說(shuō)明的是其中的母線電流均流算法，如附圖6 (a)所示，需根據(jù)各模塊母線電流與母線電流平均值，計(jì)算得到誤差值，對(duì)該誤差值進(jìn)行數(shù)字PI (或單獨(dú)比例環(huán)節(jié))得到修正值該修正值作用于輸出占空比如圖6 (b)所示，該算法會(huì)自動(dòng)均衡各模塊母線電流。
[0024]基于附圖3-6的介紹，本發(fā)明通過(guò)附圖7給出了詳細(xì)的基于寬電壓范圍的雙向三端口變換器的PCU控制系統(tǒng)框圖，需要特別說(shuō)明的是，寬電壓范圍的雙向三端口變換器的三個(gè)端口，對(duì)輸入輸出SA，BUS和BAT而言，可任意選擇某一端口連接到變換器，即沒有特定的順序。本發(fā)明給出了多模塊并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的控制架構(gòu)，可應(yīng)用于小功率也可應(yīng)用于大功率。
[0025]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于寬電壓范圍的雙向多端口變換器的航天器電源控制器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括主功率部分、FPGA部分、數(shù)模轉(zhuǎn)換部分、表決電路和被控量米樣電路；其中，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換部分包括A/D轉(zhuǎn)換電路和D/A轉(zhuǎn)換電路；所述主功率部分由N個(gè)主功率變換模塊組成，每一個(gè)主動(dòng)率模塊采用雙向三端口變換器，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能陣SA、母線BUS和電池BAT間能量的調(diào)節(jié)和調(diào)度，所述N個(gè)主功率模塊間通過(guò)并聯(lián)進(jìn)行功率擴(kuò)展；所述FPGA部分包括N個(gè)FPGA模塊，與所述N個(gè)主動(dòng)率模塊對(duì)應(yīng)；所述被控量采樣電路采樣所述功率部分的被控量，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路提供給所述FPGA部分，所述FPGA給出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換電路后分別控制所述N個(gè)主功率模塊；所述FPGA部分作為所述系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)控制算法和控制邏輯使所述主功率模塊的變換器實(shí)現(xiàn)以下功能: 輸出功率大于輸入功率時(shí)，輸入SA端進(jìn)行MPPT，提高能量利用率，對(duì)于同等輸出功率的電源控制，帶有MPPT功能的電源控制器所需配備的SA的體積和重量減少，降低了發(fā)射成本； 母線按照設(shè)定電壓恒壓輸出，通過(guò)均流算法實(shí)現(xiàn)N個(gè)功率模塊間母線電流的均流，且通過(guò)算法使FPGA輸出的各模塊間驅(qū)動(dòng)有相同相位差，降低母線電壓紋波； 電池側(cè)實(shí)現(xiàn)恒流充電和涓流充電，通過(guò)算法使FPGA輸出的各模塊間驅(qū)動(dòng)有相同相位差，降低電池電流紋波，延長(zhǎng)電池壽命。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述雙向三端口變換器，包括開關(guān)管元件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，電感Q、L2;其中，Q撕集電極作為變換器的第一端口，Q撕發(fā)射極連接Q2的集電極，Q 2的發(fā)射極接地；Q 3的集電極作為變換器的第二端口，Q3的發(fā)射極連接Q 4的集電極，Q4的發(fā)射極接地；Q5的集電極作為向變換器的第三端口，Q5的發(fā)射極連接06的集電極，96的發(fā)射極接地；電感的h—端連接(^的發(fā)射極，h的另一端連接Q3的發(fā)射極，電感的L2—端連接Q 3的發(fā)射極，L 2的另一端連接Q 5的發(fā)射極。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述雙向三端口變換器還包括濾波電容Cp C2、C3，其中，電容(^的一端連接第一端口，C:的另一端接地，電容c2的一端連接第二端口，(:2的另一端接地，電容C 3的一端連接第三端口，C 3的另一端接地。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:通過(guò)FPGA的移相功能模塊給出帶有移相角為度的Ν組驅(qū)動(dòng)信號(hào)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:在SA光照條件幾乎一致的情況下，僅對(duì)一個(gè)功率模塊的被控量采樣，其余模塊只需采樣母線電流以實(shí)現(xiàn)均流；通過(guò)FPGA的移相功能模塊給出帶有移相角為度的Ν組驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別控制Ν個(gè)主功率模塊。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述Ν個(gè)主功率模塊中設(shè)置一個(gè)為主功率模塊，其他Ν-1個(gè)位從功率模塊，所述FPGA給出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換電路后連接表決電路，表決電路的輸出分別控制所述Ν個(gè)主功率模塊；對(duì)一個(gè)主功率模塊進(jìn)行采樣，所述采樣信號(hào)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的FPGA，從功率模塊只采樣電流值，所述Ν個(gè)FPGA互為備份。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述Ν為3，所述表決電路為三取二表決電路。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述表決電路的輸出為一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，該控制信號(hào)通過(guò)均流算法或移相算法，分別得到Ν個(gè)功率模塊的控制信號(hào)，并通過(guò)D/A輸出到Ν個(gè)功率模塊；所述Ν個(gè)模塊的開關(guān)相位存在相等的移相角。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述均流算法根據(jù)各模塊母線電流與母線電流平均值，計(jì)算得到誤差值，對(duì)該誤差值進(jìn)行數(shù)字PI或單獨(dú)比例環(huán)節(jié)得到修正值ε ,，該修正值作用于輸出占空比。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述被控量采樣包括:SA電流采樣Isa^SA電壓采樣&、母線電流采樣/—、母線電壓采樣Ueus、電池電流采樣IBAT、電池電壓采樣UbAT。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于寬電壓范圍的雙向多端口變換器的航天器電源控制器控制系統(tǒng)，包括主功率部分、FPGA部分、數(shù)模轉(zhuǎn)換部分、表決電路和被控量采樣電路；其中，主功率部分由N個(gè)主功率變換模塊組成，每一個(gè)主動(dòng)率模塊采用雙向三端口變換器，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能陣SA、母線BUS和電池BAT間能量的調(diào)節(jié)和調(diào)度，N個(gè)主功率模塊間通過(guò)并聯(lián)進(jìn)行功率擴(kuò)展；FPGA部分包括N個(gè)FPGA模塊，與N個(gè)主動(dòng)率模塊對(duì)應(yīng)；被控量采樣電路采樣所述功率部分的被控量，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路提供給FPGA部分，F(xiàn)PGA給出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換電路后分別控制N個(gè)主功率模塊；FPGA部分作為所述系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)控制算法和控制邏輯使主功率模塊的變換器實(shí)現(xiàn)PCU的控制功能。
【IPC分類】H02M3/158
【公開號(hào)】CN105391301
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510989359
【發(fā)明人】朱洪雨, 張藝, 張東來(lái)
【申請(qǐng)人】深圳市航天新源科技有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日