CN111953024B - 高压直流发电机稳定输出的调压控制电路及调压控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于发电机控制技术领域，特别涉及一种高压直流发电机稳定输出的调压控制电路，其包括：IO组件，用于获取地面电源状态信号；处理模块，判断地面电源状态信号是否为接入状态，并根据接入状态输出反馈控制信号；开关选通模块，根据IO组件处理后的反馈控制信号进行反馈信号的切换；第一阻容分压网络，用于根据POR调压点及母线调压点生成幅值电压及第一输出反馈信号；第二阻容分压网络，用于根据整流桥信号生成相同的幅值电压及第二输出反馈信号；调压电路，用于根据开关选通模块对反馈信号的切换选取第一输出反馈信号或第二输出反馈信号所对应的幅值电压，并以所述幅值电压与参考电压进行处理，使得发电机输出电压符合要求。
Description
技术领域
本申请属于发电机控制技术领域，特别涉及一种高压直流发电机稳定输出的调压控制电路及调压控制方法。
背景技术
目前飞机上通常采用270V电压进行供电，而270V高压直流发电机控制器的调压模块主要是通过敏感调压点处电压，调节发电机励磁电流，保证发电机输出电压为符合使用要求的270V直流电。
而由于270V高压直流发电系统存在高压直流发电机与地面电源短时并联的使用需求，该短时并联过程需要经过无电源在网、地面电源在网、地面电源和发电机同时在网、发电机在网等四个阶段。
270V高压直流发电机与地面电源并联时，存在两种可能：
a)地面电源输出电压高于发电机输出电压；
b)发电机输出电压高于地面电源输出电压。
当发电机输出电压高于地面电源输出电压，由于地面电源为负载供电，虽然高压直流发电机与地面电源处于并联状态，但不向负载供电，故在地面电源退网时，相当于对高压直流发电机进行突然增加负载，由于发电机控制器调压滞后，发电机电枢反应，发电机端电压降低，即导致直流母线电压存在电压跌落现象，最低可跌落至9.3V，在大约20ms后才能恢复正常。而这种电压波动现象，对飞机上的负载设备存在一定的危害性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种高压直流发电机稳定输出的调压控制电路及调压控制方法，以解决地面电源退网时，直流母线存在的电压跌落现象。
本申请提供的高压直流发电机稳定输出的调压控制电路，包括：
IO组件，用于获取地面电源状态信号，并将所述地面电源状态信号转化为可供处理模块读取的状态信号；
处理模块，判断地面电源状态信号是否为接入状态，并根据接入状态输出反馈控制信号；
开关选通模块，根据IO组件处理后的反馈控制信号进行反馈信号的切换；
第一阻容分压网络，用于根据POR调压点及母线调压点生成幅值电压及第一输出反馈信号；
第二阻容分压网络，用于根据整流桥信号生成相同的幅值电压及第二输出反馈信号
调压电路，用于根据开关选通模块对反馈信号的切换选取第一输出反馈信号或第二输出反馈信号所对应的幅值电压，并以所述幅值电压与参考电压进行处理，使得发电机输出电压符合要求。
优选的是，所述幅值电压为270伏。
优选的是，所述调压电路包括：参考电压、PI调节电路、脉宽调节电路及功率放大电路，其中，所述参考电压用于与所述幅值电压形成调节误差，所述PI调节电路用于将所述调节误差进行比例积分以放大所述调节误差，所述脉冲调节电路用于根据PI调节电路处理后的比例积分形成PWM波，所述功率放大电路用于根据所述PWM波形成驱动发电机工作的励磁信号。
优选的是，所述开关选通模块至少具有两个选通门。
在另一方面，本申请提供的高压直流发电机稳定输出的调压控制方法，包括：
通过IO组件获取地面电源状态信号并将所述地面电源状态信号转化为可供处理模块读取的状态信号；
处理模块判断地面电源状态信号是否为接入状态，并根据接入的状态输出反馈控制信号；
其中，当地面电源状态信号为非接入状态时，控制开关选通模块切换至根据POR调压点及母线调压点生成幅值电压及第一输出反馈信号的第一阻容分压网络，调压电路根据开关选通模块对反馈信号的切换选取第一输出反馈信号所对应的幅值电压，并以所述幅值电压与参考电压进行处理，使得发电机输出电压符合要求；
当地面电源状态信号为非接入状态时，控制开关选通模块切换至根据整流桥信号生成相同的幅值电压及第二输出反馈信号的第二阻容分压网络，调压电路用于根据开关选通模块对反馈信号的切换选取第二输出反馈信号所对应的幅值电压，并以所述幅值电压与参考电压进行处理，使得发电机输出电压符合要求。
本申请提出的调压控制电路基于高压直流发电机调压控制技术，针对飞机上270V高压直流发电系统与地面电源在并联状态下，当地面电源输出电压高于270V高压直流发电机输出电压时，在地面电源退网时刻，直流母线存在电压跌落现象，针对原有电压调节控制方式的不足，其通过引入发电机整流桥信号，通过状态切换，选择调压反馈信号，从而实现高压直流发电系统与地面电源并联的稳定电压输出，提高270V高压直流发电系统向机上负载供电的安全性、可靠性。
附图说明
图1是原发电机调压控制方案示意图。
图2是改进后的发电机调压控制方案示意图。
图3是第一阻容分压网络示意图。
图4是第二阻容分压网络示意图。
图5是开关选通模块部分示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
如图1所示为现有的发电机调压控制过程示意图，在目前所使用的270V高压直流发电机的调压技术中，发电机调压控制器主要是通过敏感调压点处电压，调压点电压经“阻容分压网络”、“PI调节电路”送入“脉宽调节电路”形成PWM波。PWM波经“功率放大电路”驱动MOSFET，以调节发电机励磁电流，确保调压点电压稳定在系统要求的范围内。
然而上述发电机调压控制器在接入地面电源网络时，存在如背景技术中所述的问题。
为了克服背景技术中所阐述的问题，本申请中通过引入地面电源状态信号(即地面电源接触器辅助触点信号)，作为直流发电机控制器调压控制选择信号，并增加了开关选通模块，可以选择POR或者BRIDGE1、BRIDGE2作为反馈。由于高压直流发电机由变频无刷交流发电机和自然换向整流输出桥组成。在高压直流发电子系统与地面电源并联工作时，POR电压调节点电压受地面电源电压的影响，而BRIDGE1整流桥信号1、BRIDGE2整流桥信号2不受地面电源电压的影响，因此在并联工作时该信号可以作为调压的反馈。
具体的，如图2所示，本申请提供了一种高压直流发电机稳定输出的调压控制电路，其包括：
IO组件，用于获取地面电源状态信号，并将地面电源状态信号转化为可供处理模块读取的状态信号；
处理模块，判断地面电源状态信号是否为接入状态，并根据接入状态输出反馈控制信号；
开关选通模块，根据IO组件处理后的反馈控制信号进行反馈信号的切换；
第一阻容分压网络，用于根据POR调压点及母线调压点生成幅值电压及第一输出反馈信号；
第二阻容分压网络，用于根据整流桥信号生成相同的幅值电压及第二输出反馈信号
调压电路，用于根据开关选通模块对反馈信号的切换选取第一输出反馈信号或第二输出反馈信号所对应的幅值电压，并以幅值电压与参考电压进行处理，使得发电机(GEN)输出电压符合要求。
需要说明的是，本申请中的处理模块为可进行数据处理的单元或装置，例如其可以是CPU、FPGA、DSP等装置，在本申请的实施例中所采用的为CPU。
其中，调压电路包括：参考电压、PI调节电路、脉宽调节电路及功率放大电路，其中，参考电压(Vref)用于与幅值电压形成调节误差，PI调节电路用于将调节误差进行比例积分以放大调节误差，脉冲调节电路用于根据PI调节电路处理后的比例积分形成PWM波，功率放大电路用于根据PWM波形成驱动发电机工作的励磁信号。
如图3所示，POR调压点电压与270V母线电压经过电阻R33与二极管V10，V31组成的表决电路后，约为270V，经分压电阻R34、R35、R36、R37与电容C29组成的阻容分压网络后得到浮动的5V信号POR_A。
如图4所示，BRIDGE1整流桥信号1、BRIDGE2整流桥信号2经过电阻R105、R106与二极管V34，V35组成的表决电路后，约为270V，经分压电阻R107、R108、R109、R110与电容C6组成的阻容分压网络后得到浮动的5V信号POR_B。
在本申请中，开关选通模块为至少具有两个选通门。
如图5所示的一实施例的开关选通电路，开关选通芯片D2的引脚12(X)为输出选通信号，开关选通芯片D2的引脚12(0X)为输入待选通信号POR_A，开关选通芯片D2的引脚14(1X)为输入待选通信号POR_B；开关选通芯片D2的引脚10(0X)为输入选通控制信号GRD_PWR_S，GRD_PWR_S为地面电源状态信号，开关选通芯片D2的引脚9(1X)为输入待选通控制信号AGND，AGND为模拟地信号常为低电平；
1)若地面电源投网，则GRD_PWR_S信号为高电平。而AGND为模拟地信号常为低电平；则开关选通电路选择POR_B进入后端调压反馈网络，即选择POR_B作为POR输出信号。
2)若地面电源未投网，则GRD_PWR_S信号为低电平。而AGND为模拟地信号常为低电平；则开关选通电路选择POR_A进入后端调压反馈网络，即选择POR_A作为POR输出信号。
由于在5V基准上叠加了相位补偿，经过PI调节将调压点上的脉动与相位补偿的误差进行放大，经转速补偿电路将转速的变化综合到脉宽调节电路的基准电压上。通过基准比较、功率放大、反馈控制，完成励磁调节，保证发电机输出端电压为符合使用要求的270VDC。
本申请中，通过PI调节电路将参考电压与幅值电压之间的调节误差进行了放大，从而可以提高系统的稳态精度。另外，调压控制电路中采用了过励磁电流限制和发电机输出负载限制等措施，当直流电源系统的励磁电流及输出负载电流超出设计门限值时，此时将关断励磁MOSFET，确保直流电源系统及负载设备处于正常工作状态。
本申请的高压直流发电机调压控制电路通过采样敏感地面电源状态信号，根据地面电源状态信号，控制开关选通模块选择POR电压调节点或者BRIDGE1整流桥信号1、BRIDGE2整流桥信号2作为调压反馈信号，实现飞机上270V高压直流发电系统与地面电源在并联状态下，地面电源退网时刻的高压直流发电系统的电压稳定输出，提高270V高压直流发电系统向机上负载供电的安全性、可靠性。
另外，本申请中还提供了一种高压直流发电机稳定输出的调压控制方法，其包括：
首先，读取地面电源接入飞机上电网的状态信号，地面电源状态信号经过IO组件信号调理电路转换为可供CPU模块读取的信号，CPU模块读取地面电源状态后判断当前地面电源是否并入电网，然后，输出反馈控制信号送入IO组件，经过IO组件的放大电路后，送入调压组件进行反馈信号的切换，最终实现不间断供电。其中，当地面电源状态当为接入状态时，开关选通模块控制切入到BRIDGE1、BRIDGE2作为反馈，此时调压反馈不受地面电源网络影响；当读取到的地面电源接入状态当为断开状态时，开关选通模块切入到POR作为反馈，此时调压控制电路为正常工作状态，从而实现航空交流发电机电压快速有效的调节。
本申请可以有效消除由于地面电源输出电压高于发电机端输出电压、在带载情况下，地面电源退网所带来电压跌落现象。
Claims (3)
1.一种高压直流发电机稳定输出的调压控制电路，其特征在于，所述电路包括：
IO组件，用于获取地面电源状态信号，并将所述地面电源状态信号转化为可供处理模块读取的状态信号；
处理模块，判断地面电源状态信号是否为接入状态，并根据接入状态输出反馈控制信号；
开关选通模块，根据IO组件处理后的反馈控制信号进行反馈信号的切换；
第一阻容分压网络，用于根据POR调压点及母线调压点生成幅值电压及第一输出反馈信号；
第二阻容分压网络，用于根据整流桥信号生成相同的幅值电压及第二输出反馈信号
调压电路，用于根据开关选通模块对反馈信号的切换选取第一输出反馈信号或第二输出反馈信号所对应的幅值电压，并以所述幅值电压与参考电压进行处理，使得发电机输出电压符合要求，其中，所述调压电路包括参考电压、PI调节电路、脉宽调节电路及功率放大电路，所述参考电压用于与所述幅值电压形成调节误差，所述PI调节电路用于将所述调节误差进行比例积分以放大所述调节误差，所述脉宽调节电路用于根据PI调节电路处理后的比例积分形成PWM波，所述功率放大电路用于根据所述PWM波形成驱动发电机工作的励磁信号；
所述调压控制电路的调压控制过程为：
通过IO组件获取地面电源状态信号并将所述地面电源状态信号转化为可供处理模块读取的状态信号；
处理模块判断地面电源状态信号是否为接入状态，并根据接入的状态输出反馈控制信号；
其中，当地面电源状态信号为非接入状态时，控制开关选通模块切换至根据POR调压点及母线调压点生成幅值电压及第一输出反馈信号的第一阻容分压网络，调压电路根据开关选通模块对反馈信号的切换选取第一输出反馈信号所对应的幅值电压，并以所述幅值电压与参考电压进行处理，使得发电机输出电压符合要求；
当地面电源状态信号为接入状态时，控制开关选通模块切换至根据整流桥信号生成相同的幅值电压及第二输出反馈信号的第二阻容分压网络，调压电路用于根据开关选通模块对反馈信号的切换选取第二输出反馈信号所对应的幅值电压，并以所述幅值电压与参考电压进行处理，使得发电机输出电压符合要求。
2.如权利要求1所述的高压直流发电机稳定输出的调压控制电路，其特征在于，所述幅值电压为270伏。
3.如权利要求1所述的高压直流发电机稳定输出的调压控制电路，其特征在于，所述开关选通模块至少具有两个选通门。
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