专利名称：一种大磁矩磁力矩器能量泄放控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能量泄放的控制方法，特别涉及一种适用于大磁矩磁力矩器能量泄放的控制方法。
背景技术：
磁力矩器是航天器的执行部件之一，由磁力矩器本体和为其提供特定激磁电流的驱动电路组成，在航天器姿态控制方面得到了广泛的应用。目前国际上使用的磁力矩器输出磁矩通常为5 lOOOAm2，国内航天器上使用的磁力矩器通常输出磁矩在25 400Am2。目前我国正在建设空间实验室，所研制的航天器在体积和重量方面都很庞大，姿态机动能力及动量卸载的要求都很高，导致对磁力矩器输出磁矩的要求也很高，为此开发了输出磁矩在1500 2000Am2的磁力矩器产品。目前磁力矩器能量泄放控制电路是在主回路中各驱动管两端分别反并联一个二极管，当驱动回路关断时，通过该二极管将磁力矩器的能量泄放到电源上。但是磁力矩器本体具有电感特性，当输出磁矩小时，其电感量也小；输出磁矩大幅增加时，其电感量也将大幅增加。目前的磁力矩器能量泄放控制电路只能应用于输出磁矩在25 400Am2的磁力矩器产品，因为其电感量不大，在进行能量的泄放过程中，能量可以被电源和地线之间的电容吸收，而不对电源电压造成影响。而大磁矩磁力矩器的电感量约为十几H，最大激磁电流为几百mA，在能量泄放时，如果仍然采用目前磁力矩器能量泄放控制电路，将会产生激磁电流对电源电压充电的现象，导致电源电压升高，最坏情况下可将电源电压升高至标称电压值的4 5倍，使驱动电路中与电源相连的器件的工作电压大幅升高，造成器件损坏。因此现有技术不能满足大磁矩磁力矩器能量泄放的控制要求。
发明内容
本发明的技术解决问题:克服现有技术不足，提出一种能够适用于大磁矩磁力矩器能量泄放的控制电路。本发明的技术解决方案是:一种大磁矩磁力矩器能量泄放控制电路，包括大能量单独泄放电路和H桥驱动电路；大能量单独泄放电路包括二极管D5、PNP型三极管Q5、NPN型三极管Q6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4 ；电源端作为大能量单独泄放电路的输入端同时接至二极管D5的正端和电阻Rl的一端，电阻Rl的另一端接至三极管Q5的基极；二极管D5的负端接至三极管Q5的发射极和电阻R2的公共端，电阻R2的另一端接至三极管Q6的集电极；三极管Q5的集电极接至电阻R3的一端，电阻R3的另一端接至电阻R4的一端，电阻R4的另一端接至三极管Q6的发射极；三极管Q6的基极接至电阻R3和电阻R4的公共端，三极管Q6的发射极和电阻R4的公共端作为泄放电路的输出端接地出桥驱动电路包括NPN型三极管Ql、NPN型三极管Q2、NPN型三极管Q3、NPN型三极管Q4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4 ;二极管D5的负端作为H桥驱动电路的输入端接至三极管Ql的集电极、三极管Q3的集电极、二极管Dl的负端和二极管D3的负端的公共端；三极管Ql的基极、三极管Q2的基极、三极管Q3的基极、三极管Q4的基极作为H桥驱动电路另外4个输入端，分别外接逻辑控制信号ql、逻辑控制信号q2、逻辑控制信号q3、逻辑控制信号q4 ;三极管Q2的发射极、三极管Q4的发射极、二极管D2的正端和二极管D4的正端同时接地线；三极管Ql的发射极、三极管Q2的集电极、二极管Dl的正端和二极管D2的负端同时接至磁力矩器本体的引出端a ;三极管Q3的发射极、三极管Q4的集电极、二极管D3的正端和二极管D4的负端同时接至磁力矩器本体的引出端b ;H桥驱动电路正向工作时，采用H桥驱动电路进行能量泄放，逻辑控制信号ql处于脉宽调制状态，逻辑控制信号q4处于高电平状态，逻辑控制信号q2和逻辑控制信号q3都处于低电平状态；H桥驱动电路负向工作时，采用H桥驱动电路进行能量泄放，逻辑控制信号q3处于脉宽调制状态，逻辑控制信号q2处于高电平状态，逻辑控制信号ql和逻辑控制信号q4都处于低电平状态出桥驱动电路经历过渡时段时，采用大能量单独泄放电路进行能量泄放，逻辑控制信号ql、逻辑控制信号q2、逻辑控制信号q3和逻辑控制信号q4都处于低电平状态；所述的过渡时段为H桥驱动电路正、负向工作转换工作过程中所经历的时段。本发明与现有技术相比具有以下优点:(I)本发明采用大能量单独泄放电路，解决了大磁矩磁力矩器对电源电压充电的问题。且该电路仅由三极管和电阻组成，电路结构简单可靠；利用三极管的导通特性，可迅速将磁力矩器本体的能量泄放掉，适用范围更广，能够满足不同规格磁力矩器本体能量泄放的要求。(2)本发明采用二极管将电源电压和能量泄放电路隔离，使电源线上的电流只能单向导通，避免磁力矩器能量泄放对其产生影响，起到保护作用。(3)本发明H桥驱动电路中工作的一对三极管，上桥的三极管工作在脉宽调制状态，下桥的三极管工作在常导通状态，通常情况下可利用H桥驱动电路本身对磁力矩器能量进行泄放，只有当H桥驱动电路换向时，大能量单独泄放电路才导通。由于大能量单独泄放电路不长期工作，可有效减小电路的功耗，提闻电路的使用寿命。
图1为本发明能量泄放控制电路示意图；图2为本发明H桥驱动电路逻辑控制信号关系示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述:如图2所示，定义11时段内H桥驱动电路为正向工作，t2时段内H桥驱动电路为负向工作，那么t2时段相对于tl时段称之为H桥驱动电路换向，t’时段是H桥驱动电路换向过程中的过度时段，在t’时段内三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4都处于关闭状态。也就是说在t’时段内才采用大能量单独泄放电路，其他时段大能量单独泄放电路都不工作。大磁矩磁力矩器的电感量很大，工作时存储的能量也很大，采用现有技术对其能量进行泄放，将会造成磁力矩器的激磁电流对供电电源充电的现象。为解决此问题，本发明提出了一种大磁矩磁力矩器能量泄放控制电路，包括大能量单独泄放电路和H桥驱动电路。根据磁力矩器工作状态的不同采用不同的电路进行能量泄放。只有在H桥驱动电路换向过程中的过度时段，才采用大能量单独泄放电路，该电路是将磁力矩器本体上的大部分能量转移到泄放电路中的功率器件上，以达到能量泄放的目的；其它工作状态下，都利用H桥驱动电路本身对磁力矩器能量进行泄放，利用H桥中的功率管和二极管以及磁力矩器本体，构成导通回路，使磁力矩器本体的能量逐渐泄放掉。如图1所示，磁力矩器本体的驱动电路采用H桥驱动的形式，磁力矩器本体的两个引出端a、b分别接至H桥驱动电路的两个输出端。Vcc为两个电路供电，在Vcc和V+端之间加一个二极管D5，保证磁力矩器能量泄放时不会对电源Vcc造成充电现象。在经历H桥驱动电路换向过程中的过度时段时，利用大能量单独泄放电路和H桥驱动电路中的二极管Dl (或D3)和二极管D4 (或D2)，形成:磁力矩器本a (或b)端-二极管Dl (或D3) -V+-大能量单独泄放电路-地线-二极管D4 (或D2)-磁力矩器本体b (或a)端的泄放通路。当H桥驱动电路正向工作或负向工作时，大能量单独泄放电路不导通，也不工作。大能量单独泄放电路包括二极管D5、PNP型三极管Q5、NPN型三极管Q6和电阻Rl R4。电源端Vcc作为大能量单独泄放电路的输入端接至电阻Rl的一端，电阻Rl的另一端接至三极管Q5的基极；V+作为大能量单独泄放电路的另一输入端接至三极管Q5的发射极和电阻R2的公共端，电阻R2的另一端接至三极管Q6的集电极；三极管Q5的集电极接至电阻R3，电阻R3的另一端接至电阻R4，电阻R4的另一端接至三极管Q6的发射极；三极管Q6的基极接在电阻R3和电阻R4的公共端，三极管Q6的发射极和电阻R4的公共端作为泄放电路的输出端接地；当经历H桥驱动电路换向过程中的过度时段时，磁力矩器本体所产生的反电势将会使V+端的电压升高，当V+端的电压值超过Vcc端0.7V时，Q5导通，而后Q6导通，形成:磁力矩器本a (或b)端-二极管Dl (或D3) -V+-电阻R2-三极管Q6-地线-二极管D4 (或D2)-磁力矩器本体b (或a)端的泄放通路，将磁力矩器本体的能量泄放掉。当H桥驱动电路正向工作或负向工作时:利用H桥驱动电路中的三极管Q2(或Q4)和二极管D4 (或D2)，形成:磁力矩器本体a (b)端-Q2 (或Q4)-地线-D4 (或D2)-磁力矩器本体b (a)端的泄放通路。H桥驱动电路包括NPN型三极管Ql Q4和二极管Dl D4，H桥驱动电路的四个逻辑控制信号ql q4的时序关系如图2所示。在tl时段内Ql和Q4所在的一对桥臂工作，Q3和Q2所在的一对桥臂不工作；在t2时段内Q3和Q2所在的一对桥臂工作，Ql和Q4所在的一对桥臂不工作。工作的一对桥臂中，上桥臂的三极管Ql (或Q3)工作在脉宽调制状态，下桥臂的三极管Q4(或Q2)工作在常导通状态。不工作的一对桥臂上的三极管始终处于关闭状态。本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。
权利要求
1.一种大磁矩磁力矩器能量泄放控制电路，其特征在于:包括大能量单独泄放电路和H桥驱动电路；大能量单独泄放电路包括二极管D5、PNP型三极管Q5、NPN型三极管Q6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4;电源端作为大能量单独泄放电路的输入端同时接至二极管D5的正端和电阻Rl的一端，电阻Rl的另一端接至三极管Q5的基极；二极管D5的负端接至三极管Q5的发射极和电阻R2的公共端，电阻R2的另一端接至三极管Q6的集电极；三极管Q5的集电极接至电阻R3的一端，电阻R3的另一端接至电阻R4的一端，电阻R4的另一端接至三极管Q6的发射极；三极管Q6的基极接至电阻R3和电阻R4的公共端，三极管Q6的发射极和电阻R4的公共端作为泄放电路的输出端接地出桥驱动电路包括NPN型三极管Ql、NPN型三极管Q2、NPN型三极管Q3、NPN型三极管Q4、二极管Dl、二极管D2、二极管D3、二极管D4 ;二极管D5的负端作为H桥驱动电路的输入端接至三极管Ql的集电极、三极管Q3的集电极、二极管Dl的负端和二极管D3的负端的公共端；三极管Ql的基极、三极管Q2的基极、三极管Q3的基极、三极管Q4的基极作为H桥驱动电路另外4个输入端，分别外接逻辑控制信号ql、逻辑控制信号q2、逻辑控制信号q3、逻辑控制信号q4 ;三极管Q2的发射极、三极管Q4的发射极、二极管D2的正端和二极管D4的正端同时接地线；三极管Ql的发射极、三极管Q2的集电极、二极管Dl的正端和二极管D2的负端同时接至磁力矩器本体的引出端a ;三极管Q3的发射极、三极管Q4的集电极、二极管D3的正端和二极管D4的负端同时接至磁力矩器本体的引出端b ;H桥驱动电路正向工作时，采用H桥驱动电路进行能量泄放，逻辑控制信号ql处于脉宽调制状态，逻辑控制信号q4处于高电平状态，逻辑控制信号q2和逻辑控制信号q3都处于低电平状态；H桥驱动电路负向工作时，采用H桥驱动电路进行能量泄放，逻辑控制信号q3处于脉宽调制状态，逻辑控制信号q2处于高电平状态，逻辑控制信号ql和逻辑控制信号q4都处于低电平状态；H桥驱动电路经历过渡时段时，采用大能量单独泄放电路进行能量泄放，逻辑控制信号ql、逻辑控制信号q2、逻辑控制信号q3和逻辑控制信号q4都处于低电平状态；所述的过渡时段为H桥驱动电路正、负向工作转换工作过程中所经历的时段。
全文摘要
本发明一种大磁矩磁力矩器能量泄放控制电路，包括大能量单独泄放电路和H桥驱动电路；当H桥驱动电路换向时，采用大能量单独泄放电路，该电路是将磁力矩器本体上的大部分能量转移到泄放电路中的功率器件上，以达到能量泄放的目的；其它工作状态下，都利用H桥驱动电路本身对磁力矩器能量进行泄放，利用H桥电路中的功率管和二极管以及磁力矩器本体，构成导通回路，使磁力矩器本体的能量逐渐泄放掉。本发明电路结构简单可靠、功耗低、使用寿命长、适用范围广，能够满足不同规格磁力矩器本体能量泄放的要求。
文档编号H02M7/217GK103107718SQ20121050142
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者范佳堃, 孟海江, 曹剑, 徐勤超, 张磊, 展毅, 吴硕 申请人:北京控制工程研究所