CN105259968A - 一种宽压输出并联柔性切换装置及其切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽压输出并联柔性切换装置，其包含：取小模块，其输入端分别连接一输入信号源和一第一基准电压；取大模块，其输入端分别连接所述的输入信号源和一第二基准电压，所述的输入信号源根据一可变基准电压信号的变化而变化；分别由所述可变基准电压信号作为PI调节的基准电压的第一PI调节模块以及第二PI调节模块，且该第一PI调节模块的输入端连接所述取小模块的输出，该第二PI调节模块的输出端连接所述取大模块的输出。本装置的优点是：通过设定可变基准电压信号、第一基准电压以及第二基准电压，并通过改变可变基准电压信号的数值，结合第一基准电压、第二基准电压与信号源的比对结果，电路进行判定，实现电压控制信号的平滑、柔性过度。

Description

一种宽压输出并联柔性切换装置及其切换方法

技术领域

本发明涉及空间推进电源技术领域，具体涉及一种宽压输出并联柔性切换装置及其切换方法。

背景技术

空间霍尔电推进系统具有高比冲、大推力、长寿命、能重复启动，被广泛用于航天器的姿态控制，轨道转移和保持，星际航行等领域，它是未来空间推进器发展的主推进技术。

作为上述供电系统中核心部分的功率处理单元，其要求是电压范围宽，电压高，可达到200~800V，为了满足目前空间霍尔推进的宽范围、高电压输出场合的迫切需求，需要设计一种电源高压、宽范围输出、连续性好的电压输出装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽压输出并联柔性切换装置及其切换方法，通过设置取小模块、取大模块以及2个PI控制模块，实现电压控制信号的平滑、柔性过度。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种宽压输出并联柔性切换装置，其特征是，其分别连接一低压模块和高压模块，所述的柔性切换装置包含：

取小模块，其输入端分别连接一输入信号源和一第一基准电压，并对

二者进行比较后将较小值输出；所述的输入信号源根据一可变基准电压信号的变化而变化；

取大模块，其输入端分别连接所述的输入信号源和一第二基准电压，并对二者进行比较后将较大值输出，所述第一基准电压和第二基准电压的取值用于决定切换点；

第一PI调节模块，所述的可变基准电压信号为其PI调节提供基准电压，再通过相应的PI运算将运算结果输出到所述的低压模块以控制低压模块的工作状态，该可变基准电压决定了整个装置稳定工作的电压点，其变化直接影响所述的输入信号源，不同的基准电压使得装置工作在不同的电压点下；

第二PI调节模块，所述的可变基准电压信号为其PI调节提供基准电压，所述取大单元的输出作为该第二PI调节模块的输入，再通过相应的PI运算将运算结果输出到所述的高压模块以控制高压模块的工作状态；通过改变可变基准电压信号的数值，并结合取大模块与取小模块的比对结果，由第一PI调节模块与第二PI调节模块进行判定，实现装置的柔性切换。

上述的宽压输出并联柔性切换装置，其中：

所述低压模块和高压模块的输出电压具有重叠工作区，以确保输出电压的连续、柔性过渡。

一种宽压输出并联柔性切换装置的柔性切换方法，其特征是，包含以下步骤：

设定可变基准电压信号的可变范围，设定第一基准电压、第二基准电压的数值以确定切换点；

输入信号源跟随可变基准电压信号变化而变化；

取小模块对输入信号源与第一基准电压进行比较，将较小值输出给第一PI调节模块；

取大模块对输入信号源与第二基准电压进行比较，将较大值输出给第二PI调节模块；

第一PI调节模块对取小模块的输出值进行运算，以运算结果控制低压模块的工作状态；

第二PI调节模块对取大模块的输出值进行运算，以运算结果控制高压模块的工作状态。

上述的宽压输出并联柔性切换装置的柔性切换方法，其中：

设所述的第一基准电压＞第二基准电压；

当可变基准电压信号＜第二基准电压时，第一PI调节模块正常工作，控制低压模块正常输出，第二PI调节模块输出为低，高压模块处于关闭状态；

当可变基准电压信号＞第一基准电压时，第一PI调节模块输出为高，控制低压模块全占空比输出，第二PI调节模块正常工作，控制高压模块正常输出，在所述低压模块与高压模块的输出端连接处串联一功率二极管，确保高压模块输出时低压模块无法输出，低压模块为空载状态；

当第一基准电压≥可变基准电压信号≥第二基准电压时，第一PI调节模块与第二PI调节模块均正常工作，低压模块与高压模块均正常输出。

本发明与现有技术相比具有以下优点：通过设定可变基准电压信号、第一基准电压以及第二基准电压，并通过改变可变基准电压信号的数值，结合第一基准电压、第二基准电压与信号源的比对结果，电路进行判定，实现电压控制信号的平滑、柔性过度，从而满足对空间推进电源供电系统的宽范围输出电压的柔性切换需要。

附图说明

图1为本发明的整体电路图；

图2为本发明中取小电路的电路图；

图3为本发明中取大电路的电路图；

图4为实施例中本发明的工作状态表。

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，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种宽压输出并联柔性切换装置，其分别连接一低压模块（图中未显示）和高压模块（图中未显示），所述的柔性切换装置包含：取小模块，其输入端分别连接一输入信号源V_s和一第一基准电压V_c1，并对二者进行比较后将较小值输出，输出记为V_a，所述的输入信号源V_s跟随可变基准电压信号V_ref的变化而变化，本实施例中，输入信号源V_s采集的是电压反馈值，即系统输出电压200V-800V经分压后接入电路的值；取大模块，其输入端分别连接所述的输入信号源V_s和一第二基准电压V_c2，并对二者进行比较后将较大值输出，输出记为V_b，所述第一基准电压V_c1和第二基准电压V_c2的取值用于决定切换点；第一PI调节模块，所述的可变基准电压信号V_ref为其PI调节提供基准电压，所述取小单元的输出V_a作为其输入，再通过相应的PI（比例、积分）运算将运算结果V_comp1输出到所述的低压模块以控制低压模块的工作状态，可变基准电压V_ref决定了整个装置稳定工作的电压点，即本实施例中的200V-800V中任意一点，不同的基准电压V_ref值使得整个装置工作在不同的电压点下，并且它的变化直接影响所述的输入信号源V_s；第二PI调节模块，所述的可变基准电压信号V_ref为其PI调节提供基准电压，所述取大单元的输出V_b作为其输入，再通过相应的PI运算将运算结果V_comp2输出到所述的高压模块以控制高压模块的工作状态；通过改变可变基准电压信号V_ref的数值，并结合取大模块与取小模块的比对结果，由第一PI调节模块与第二PI调节模块进行判定，实现装置的柔性切换。

本发明还提出了一种宽压输出并联柔性切换装置的柔性切换方法，其包含以下步骤：

设定可变基准电压信号V_ref的可变范围，设定第一基准电压V_c1、第二基准电压V_c2的数值以确定切换点；

输入信号源V_s跟随可变基准电压信号V_ref变化而变化；

取小模块对输入信号源V_s与第一基准电压V_c1进行比较，将较小值输出给第一PI调节模块；

取大模块对输入信号源V_s与第二基准电压V_c2进行比较，将较大值输出给第二PI调节模块；

第一PI调节模块对取小模块的输出值进行运算，以运算结果控制低压模块的工作状态；

第二PI调节模块对取大模块的输出值进行运算，以运算结果控制高压模块的工作状态。

设所述的第一基准电压＞第二基准电压；

当可变基准电压信号＜第二基准电压时，第一PI调节模块正常工作，控制低压模块正常输出，第二PI调节模块输出为低，高压模块处于关闭状态；

当可变基准电压信号＞第一基准电压时，第一PI调节模块输出为高，控制低压模块全占空比输出，第二PI调节模块正常工作，控制高压模块正常输出，在所述低压模块与高压模块的输出端连接处串联一功率二极管，确保高压模块输出时低压模块无法输出，低压模块为空载状态；

当第一基准电压≥可变基准电压信号≥第二基准电压时，第一PI调节模块与第二PI调节模块均正常工作，低压模块与高压模块均正常输出。

下面，将通过一个具体的实施例来进一步说明本装置的柔性切换原理，本实施例中，取小电路如图2所示，取大电路如图3所示，为了实现推进电源的输出电压范围200V~800V，因此设计对应的参考电压V_ref为2V~8V（可改变），为了保证输出电压的连续、柔性过渡，必须保证低压模块和高压模块的输出电压有重叠工作区，因此将低压模块的电压输出范围设定为200V~500V，高压模块的输出电压范围设定为480V~800V；这里，所述的低压模块和高压模块可以是任意功率电路拓扑结构，可完成升降压功率转换功能，因控制信号V_comp1、V_comp2的不同进行划分；

所述的第一基准电压必须＞第二基准电压，设V_c1=5.2V，V_c2=4.8V；如图1、2、3、4所示，推进电源的工作方式可有以下几种：

当V_ref＜V_c2时，由于V_s＜V_c2，取小电路输出电压V_s=V_c1，第一PI调节模块正常输出V_comp1并进行PI调节，保证低压模块正常输出，低压模块输出电压为基准电压V_ref设定的数值，而此时，V_b=V_c2，由于V_c2＞V_ref，第二PI调节模块V_comp2输出为低，高压模块处于关闭状态；

当V_ref＞V_c1时，由于V_s＞V_c1，此时V_a=V_c1，由于V_ref＞V_c1，因此V_comp1输出为高，低压模块为全占空比输出，在所述低压模块与高压模块的输出端连接处串联一功率二极管，确保高压模块输出时低压模块无法输出，低压模块为空载状态；

当V_c1≥V_ref≥V_c2时，此时低压模块与高压模块同时工作；设V_ref=5V，此时V_c1=5.2V，取小电路输出仍受到V_ref的控制将会输出V_s，V_s=5V，因此低压模块仍处于正常工作状态；V_c2=4.8V，取大电路输出也会受到V_ref的控制也会输出V_s，V_s=5V，因此高压模块也处于正常工作状态；

上述几种工作状态可参看图4，可见，输出电压的切换点取决于V_c1、V_c2的设定值，保证低压模块与高压模块具有一定的重叠区域，即可实现电压的平滑、柔性过渡，该方法可适用于各种高电压、宽范围输出场合。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种宽压输出并联柔性切换装置，其特征在于，其分别连接一低压模块和高压模块，所述的柔性切换装置包含：

取小模块，其输入端分别连接一输入信号源和一第一基准电压，并对

二者进行比较后将较小值输出；所述的输入信号源根据一可变基准电压信号的变化而变化；

取大模块，其输入端分别连接所述的输入信号源和一第二基准电压，并对二者进行比较后将较大值输出，所述第一基准电压和第二基准电压的取值用于决定切换点；

第一PI调节模块，所述的可变基准电压信号为其PI调节提供基准电压，再通过相应的PI运算将运算结果输出到所述的低压模块以控制低压模块的工作状态，该可变基准电压决定了整个装置稳定工作的电压点，其变化直接影响所述的输入信号源，不同的基准电压使得装置工作在不同的电压点下；

第二PI调节模块，所述的可变基准电压信号为其PI调节提供基准电压，所述取大单元的输出作为该第二PI调节模块的输入，再通过相应的PI运算将运算结果输出到所述的高压模块以控制高压模块的工作状态；通过改变可变基准电压信号的数值，并结合取大模块与取小模块的比对结果，由第一PI调节模块与第二PI调节模块进行判定，实现装置的柔性切换。

2.如权利要求1所述的宽压输出并联柔性切换装置，其特征在于：

所述低压模块和高压模块的输出电压具有重叠工作区，以确保输出电压的连续、柔性过渡。

3.一种如权利要求2所述的宽压输出并联柔性切换装置的柔性切换方法，其特征在于，包含以下步骤：

设定可变基准电压信号的可变范围，设定第一基准电压、第二基准电压的数值以确定切换点；

输入信号源跟随可变基准电压信号变化而变化；

取小模块对输入信号源与第一基准电压进行比较，将较小值输出给第一PI调节模块；

取大模块对输入信号源与第二基准电压进行比较，将较大值输出给第二PI调节模块；

第一PI调节模块对取小模块的输出值进行运算，以运算结果控制低压模块的工作状态；

第二PI调节模块对取大模块的输出值进行运算，以运算结果控制高压模块的工作状态。

4.如权利要求3所述的宽压输出并联柔性切换装置的柔性切换方法，其特征在于：

设所述的第一基准电压＞第二基准电压；

当可变基准电压信号＜第二基准电压时，第一PI调节模块正常工作，控制低压模块正常输出，第二PI调节模块输出为低，高压模块处于关闭状态；

当可变基准电压信号＞第一基准电压时，第一PI调节模块输出为高，控制低压模块全占空比输出，第二PI调节模块正常工作，控制高压模块正常输出，在所述低压模块与高压模块的输出端连接处串联一功率二极管，确保高压模块输出时低压模块无法输出，低压模块为空载状态；

当第一基准电压≥可变基准电压信号≥第二基准电压时，第一PI调节模块与第二PI调节模块均正常工作，低压模块与高压模块均正常输出。