CN105553072A - 一种适用于航天器电源系统的多相数字放电调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于航天器电源系统的多相数字放电调节方法，数字芯片根据电流采样电路采集到的电流信号计算BDR功率电路的启动数量、随机选通和相位差，并将数字芯片生成的控制驱动信号通过驱动电路发送至各BDR功率电路，并通过电流采样电路和电压采集电路采集的电流和电压信号调节BDR功率电路的占空比使得电流接近平均值，电压跟随目标电压，最终实现多相数字放电调节器的调节，本发明能够提高放电调节器的可靠性和效率。

Description

一种适用于航天器电源系统的多相数字放电调节方法

技术领域

本发明属于多相数字放电调节器的技术领域，具体涉及一种适用于航天器电源系统的多相数字放电调节方法。

背景技术

对于采用太阳电池阵和蓄电池组作为能量源的航天器电源系统，通常会引入放电调节器构成全调节母线。当航天器进入阴影阶段时，放电调节器开始工作，对蓄电池的放电进行调节，稳定母线电压。目前的放电调节器通常采用3个放电调节模块并联，由3取2表决电路选定两个工作模块，一个备份模块，工作模块可以实现均流控制，放电调节器的驱动信号是由模拟的专用PWM控制器生成。现有的设计并联模块的数量固定，不能根据负载的变化调整工作模块的数量，无法实现自动切相和增相，适用于母线输出功率较低，负载波动较小的场合。

随着航天器技术的发展，母线的功率等级不断提高，目前已经达到数千瓦至数十千瓦的量级，为了降低单个放电调节模块的负担，提高放电调节器的可靠性和效率，有必要增加并联模块的数量；在整个任务周期中，母线的输出功率会由于加载设备功耗的不同而产生较大波动(几百瓦至数十千瓦)，固定采用n路模块并联1路模块冗余备份的方式很难在全负载范围内使得放电调节器的效率、输出纹波、可靠性等性能达到最优。如果工作的模块能够根据当前负载的功率等级进行调整，并且实现自动的均流和相位交错控制，无疑将提升整个电源系统的综合性能；上述功能，基于传统的模拟控制系统电路设计复杂、集成度低、实现困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种适用于航天器电源系统的多相数字放电调节方法，能够提高放电调节器的可靠性和效率。

本发明的技术方案如下：

一种适用于航天器电源系统的多相数字放电调节方法，包括以下步骤：

步骤一、设置适用于航天器电源系统的多相数字放电调节器，所述放电调节器包括n+1路并联的BDR功率电路、数字芯片、n+1路驱动电路、n+1路电流采样电路和电压采样电路；

n+1路并联的BDR功率电路每一路的输入正端上连接电流传感器，电流传感器采集的电流信号传输给一路电流采样电路的输入端，n+1路并联的BDR功率电路的输出端连接电压采样电路输入端，n+1路的电流采样电路的输出端和电压采样电路输出端连接数字芯片的ADC模块，数字芯片的DPWM模块连接n+1路驱动电路的输入端，n+1路驱动电路的输出端连接n+1路BDR功率电路功率开关管的驱动端；

步骤二、n+1路电流采样电路分别对n+1路BDR功率电路的输入端的电流进行采样并传输至数字芯片；

步骤三、数字芯片将接收到的n+1路电流相加得到总电流；

步骤四、数字芯片将总电流与预设的每一路BDR功率电路的额定电流相除，得到需要开启的BDR功率电路数量；

步骤五、数字芯片根据需要开启的BDR功率电路数量计算BDR功率电路间的相位差；

步骤六、数字芯片在n+1路并联的BDR功率电路中随机选通需开启的BDR功率电路，并按照步骤四中计算得到的相位差生成PWM控制信号发送给对应的驱动电路；

步骤七、驱动电路将PWM控制信号转化为驱动信号输送至需开启的BDR功率电路的开关管，从而控制BDR功率电路的开启及相位差；

步骤八、电流采样电路对已开启的BDR功率电路的输入端的电流进行采样并传输至数字芯片，数字芯片将接收到的电流相加得到总电流，并根据总电流和开启的BDR功率电路数量得到电流平均值；

步骤九、数字芯片根据电流平均值计算开启的BDR功率电路开关管的占空比并生成PWM控制信号发送给驱动电路，驱动电路将PWM控制信号转化为驱动信号输送至已开启的BDR功率电路，使已开启的每一路BDR功率电路中的电流值接近电流平均值；

步骤十、电压采样电路对BDR功率电路的输出端的电压进行采样并传输至数字芯片；

步骤十一、数字芯片根据所接收的电压值计算BDR功率电路的占空比并生成PWM控制信号发送给驱动电路，驱动电路将PWM控制信号转化为驱动信号输送至已开启的BDR功率电路进行调节，使输出电压跟随目标电压。

有益效果：

(1)针对大功率、宽负载波动的航天器，本发明所提供的多相数字放电调节方法，BDR功率电路的并联数量得到增加，降低单个BDR电路的负担，提高了放电调节器的可靠性和效率。

(2)本发明所提供的多相数字放电调节方法，可以根据当前负载功率等级设定工作BDR功率电路的数量并随机选通，实现自动的均流控制和相位交错控制，使得在任意负载条件下，放电调节器的效率、输出纹波和可靠性等性能达到最优，进一步提高了整个电源系统的综合性能。

(3)本发明方法基于数字芯片的全数字化控制系统，大大简化了硬件电路的设计，提升了产品的集成度、通用性和可靠性。

附图说明

图1为多相数字放电调节器的设备结构框图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种适用于航天器电源系统的多相数字放电调节方法，包括以下步骤：

步骤一、设置适用于航天器电源系统的多相数字放电调节器，所述放电调节器包括n+1路并联的BDR功率电路、数字芯片、n+1路驱动电路、n+1路电流采样电路和电压采样电路；

n+1路并联的BDR功率电路每一路的输入正端上连接电流传感器，电流传感器采集的电流信号传输给一路电流采样电路的输入端，n+1路并联的BDR功率电路的输出端连接电压采样电路输入端，n+1路的电流采样电路的输出端和电压采样电路输出端连接数字芯片的ADC模块，数字芯片的DPWM模块连接n+1路驱动电路的输入端，n+1路驱动电路的输出端连接n+1路BDR功率电路功率开关管的驱动端。

数字芯片，通过BDR功率电路的电流信号计算BDR功率电路的启动数量，并对BDR功率电路进行随机选通、相位交错控制和均流控制的计算，然后产生驱动信号送至驱动电路；通过对BDR功率电路的电压信号采集，并调节BDR功率电路的占空比，使得n+1路并联的BDR功率电路的输出电压跟随目标电压。

驱动电路，将数字芯片输出的PWM控制信号转化为驱动信号，并放大驱动信号送至BDR功率电路的功率开关管；

BDR功率电路，在驱动信号的控制下开通或关闭；

电流采样电路采集BDR功率电路的电流信号；

电压采样电路采集BDR功率电路的电压信号；

数字芯片通过电压采样电路采集n+1路BDR功率电路的输出电压U₀；将U₀与目标电压进行比较，调整每一路工作中的BDR功率电路中开关管的占空比，使得输出电压与目标电压一致；

数字芯片通过电流采样电路采集的n+1路BDR功率电路的输入电流I₁、I₂……I_n+1得到放电调节器当前负载的总功率；并根据当前负载的总功率计算应工作的BDR功率电路的数量，随即产生驱动信号并送至驱动电路；

当放电调节器当前负载的总功率为额定负载时有n路BDR功率电路启动，1路冗余；当放电调节器工作在轻载模式时，至少有2路BDR功率电路启动；轻载和额定负载间的工作BDR功率电路数量随负载的增加而递增。

数字芯片通过调节驱动信号的时基，实现当前工作BDR功率电路间的相位交错，并且当负载变化时，数字芯片可以根据工作BDR电路的变化重新调整驱动相位，实现自主切相和增相。

数字芯片通过电流采样电路采集的BDR功率电路的输入电流I₁、I₂……I_n+1，得到当前的平均输入电流，通过对每一路工作的BDR功率电路占空比的微调，实现工作BDR电路的输入电流的均衡。

步骤二、n+1路电流采样电路分别对n+1路BDR功率电路的输入端的电流进行采样并传输至数字芯片；

步骤三、数字芯片将接收到的n+1路电流相加得到总电流；

步骤四、数字芯片将总电流与预设的每一路BDR功率电路的额定电流相除，得到需要开启的BDR功率电路数量；

步骤五、数字芯片根据需要开启的BDR功率电路数量计算BDR功率电路间的相位差；

步骤六、数字芯片在n+1路并联的BDR功率电路中随机选通需开启的BDR功率电路，并按照步骤四中计算得到的相位差生成PWM控制信号发送给对应的驱动电路；

步骤七、驱动电路将PWM控制信号转化为驱动信号输送至需开启的BDR功率电路的开关管，从而控制BDR功率电路的开启及相位差；

步骤八、电流采样电路对已开启的BDR功率电路的输入端的电流进行采样并传输至数字芯片，数字芯片将接收到的电流相加得到总电流，并根据总电流和开启的BDR功率电路数量得到电流平均值；

步骤九、数字芯片根据电流平均值计算开启的BDR功率电路开关管的占空比并生成PWM控制信号发送给驱动电路，驱动电路将PWM控制信号转化为驱动信号输送至已开启的BDR功率电路，使已开启的每一路BDR功率电路中的电流值接近电流平均值；

步骤十、电压采样电路对BDR功率电路的输出端的电压进行采样并传输至数字芯片；

步骤十一、数字芯片根据所接收的电压值计算BDR功率电路的占空比并生成PWM控制信号发送给驱动电路，驱动电路将PWM控制信号转化为驱动信号输送至已开启的BDR功率电路进行调节，使输出电压跟随目标电压。

以上为本发明的优选实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明的多相数字放电调节器进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围，比如，运用不同拓扑的放电调节电路，运用不同的数字控制器或者运用双数字芯片、多数字芯片的模式，这样，倘若这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种适用于航天器电源系统的多相数字放电调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、设置适用于航天器电源系统的多相数字放电调节器，所述放电调节器包括n+1路并联的BDR功率电路、数字芯片、n+1路驱动电路、n+1路电流采样电路和电压采样电路；

n+1路并联的BDR功率电路每一路的输入正端上连接电流传感器，电流传感器采集的电流信号传输给一路电流采样电路的输入端，n+1路并联的BDR功率电路的输出端连接电压采样电路输入端，n+1路的电流采样电路的输出端和电压采样电路输出端连接数字芯片的ADC模块，数字芯片的DPWM模块连接n+1路驱动电路的输入端，n+1路驱动电路的输出端连接n+1路BDR功率电路功率开关管的驱动端；

步骤二、n+1路电流采样电路分别对n+1路BDR功率电路的输入端的电流进行采样并传输至数字芯片；

步骤三、数字芯片将接收到的n+1路电流相加得到总电流；

步骤四、数字芯片将总电流与预设的每一路BDR功率电路的额定电流相除，得到需要开启的BDR功率电路数量；

步骤五、数字芯片根据需要开启的BDR功率电路数量计算BDR功率电路间的相位差；

步骤六、数字芯片在n+1路并联的BDR功率电路中随机选通需开启的BDR功率电路，并按照步骤四中计算得到的相位差生成PWM控制信号发送给对应的驱动电路；

步骤七、驱动电路将PWM控制信号转化为驱动信号输送至需开启的BDR功率电路的开关管，从而控制BDR功率电路的开启及相位差；

步骤八、电流采样电路对已开启的BDR功率电路的输入端的电流进行采样并传输至数字芯片，数字芯片将接收到的电流相加得到总电流，并根据总电流和开启的BDR功率电路数量得到电流平均值；

步骤九、数字芯片根据电流平均值计算开启的BDR功率电路开关管的占空比并生成PWM控制信号发送给驱动电路，驱动电路将PWM控制信号转化为驱动信号输送至已开启的BDR功率电路，使已开启的每一路BDR功率电路中的电流值接近电流平均值；

步骤十、电压采样电路对BDR功率电路的输出端的电压进行采样并传输至数字芯片；

步骤十一、数字芯片根据所接收的电压值计算BDR功率电路的占空比并生成PWM控制信号发送给驱动电路，驱动电路将PWM控制信号转化为驱动信号输送至已开启的BDR功率电路进行调节，使输出电压跟随目标电压。